Co to jest ładunek w fizyce. Ładunek elektryczny i jego właściwości. Pole elektryczne i jego charakterystyka. Prawo Coulomba. Pole elektryczne ładunku punktowego. Zasada superpozycji
Ładunek elektryczny- Ten wielkość fizyczna, charakteryzujące właściwość cząstek lub ciał wchodzenia w oddziaływania sił elektromagnetycznych. El z. zwykle oznaczane literami q lub Q. Całość znanych faktów eksperymentalnych pozwala nam wyciągnąć następujące wnioski:
Istnieją dwa rodzaje ładunków elektrycznych, umownie nazywane dodatnimi i ujemnymi.
Ładunki mogą być przenoszone (na przykład przez bezpośredni kontakt) z jednego ciała na drugie. W przeciwieństwie do masy ciała, ładunek elektryczny nie jest integralną cechą danego ciała. To samo ciało różne warunki może mieć inną opłatę.
Podobnie jak ładunki odpychają się, w przeciwieństwie do ładunków przyciągają. To także ujawnia zasadniczą różnicę pomiędzy siłami elektromagnetycznymi i grawitacyjnymi. Siły grawitacyjne są zawsze siłami przyciągającymi.
Jedno z podstawowych praw natury jest ustalone eksperymentalnie prawo zachowania ładunku elektrycznego .
W układzie izolowanym suma algebraiczna ładunków wszystkich ciał pozostaje stała:
|
Prawo zachowania ładunku elektrycznego mówi, że w układ zamknięty W ciałach nie można zaobserwować procesów powstawania lub zanikania ładunków tylko jednego znaku.
Z współczesnego punktu widzenia nośniki ładunku są cząstkami elementarnymi. Wszystkie zwykłe ciała składają się z atomów, do których zaliczają się dodatnio naładowane protony, ujemnie naładowane elektrony i cząstki obojętne – neutrony. Protony i neutrony są częścią jąder atomowych, powstają elektrony powłoka elektronowa atomy. Ładunki elektryczne protonu i elektronu są dokładnie tej samej wielkości i równe ładunkowi elementarnemu mi.
W atomie obojętnym liczba protonów w jądrze jest równa liczbie elektronów na powłoce. Ten numer się nazywa liczba atomowa . Atom danej substancji może stracić jeden lub więcej elektronów lub zyskać dodatkowy elektron. W takich przypadkach neutralny atom zamienia się w jon naładowany dodatnio lub ujemnie.
Ładunek może być przenoszony z jednego ciała na drugie tylko w porcjach zawierających całkowitą liczbę ładunków elementarnych. Zatem ładunek elektryczny ciała wynosi dyskretna ilość:
Nazywa się wielkości fizyczne, które mogą przyjmować tylko dyskretny szereg wartości skwantowany . Opłata podstawowa mi jest kwantem (najmniejszą częścią) ładunku elektrycznego. Należy zaznaczyć, że we współczesnej fizyce cząstek elementarnych zakłada się istnienie tzw. kwarków – cząstek o ładunku ułamkowym i nie zaobserwowano dotychczas jednak kwarków w stanie swobodnym.
W typowych eksperymentach laboratoryjnych a elektrometr - urządzenie składające się z metalowego pręta i wskazówki, które może obracać się wokół osi poziomej.
Elektrometr jest raczej prymitywnym instrumentem; nie pozwala na badanie sił oddziaływania pomiędzy ładunkami. Prawo oddziaływania ładunków stacjonarnych po raz pierwszy odkrył francuski fizyk C. Coulomb w 1785 r. W swoich eksperymentach Coulomb mierzył siły przyciągania i odpychania naładowanych kulek za pomocą zaprojektowanego przez siebie urządzenia - wagi skrętnej (ryc. 1.1.2). ), który wyróżniał się wyjątkowo dużą czułością. Przykładowo, równoważnia została obrócona o 1° pod wpływem siły rzędu 10 –9 N.
Idea pomiarów opierała się na genialnym przypuszczeniu Coulomba, że jeśli naładowana kula zetknie się z dokładnie tą samą nienaładowaną, wówczas ładunek pierwszej zostanie równo rozdzielony pomiędzy nimi. Wskazano zatem sposób na zmianę ładunku piłki dwa, trzy itd. razy. W doświadczeniach Coulomba mierzono oddziaływanie pomiędzy kulkami, których wymiary były znacznie mniejsze niż odległość między nimi. Takie naładowane ciała są zwykle nazywane opłaty punktowe.
Ładunek punktowy to naładowane ciało, którego wymiary można pominąć w warunkach tego problemu.
Istnieją również:ładunek liniowy t(tau)=dq/dl, l-długość, dq-ładunek nici
Ładunek powierzchniowy: σ =dq/ds s-powierzchnia (ogniwo/m2)
Ładunek objętościowy p(ro)=dq/dv (ogniwo/m3)
Siły interakcji podlegają trzeciemu prawu Newtona: są siłami odpychającymi identyczne znakiładunki i siły przyciągania w różne znaki(Rys. 1.1.3). Nazywa się oddziaływaniem stacjonarnych ładunków elektrycznych elektrostatyczny Lub Kulomb wzajemne oddziaływanie. Dział elektrodynamiki badający oddziaływanie Coulomba nazywa się elektrostatyka .
Prawo Coulomba obowiązuje dla ciał naładowanych punktowo. W praktyce prawo Coulomba jest dobrze spełnione, jeśli rozmiary naładowanych ciał są znacznie mniejsze niż odległość między nimi.
Czynnik proporcjonalności k w prawie Coulomba zależy od wyboru układu jednostek. W międzynarodowym układzie SI za jednostkę ładunku przyjmuje się wisiorek(Cl).
Wisiorek to ładunek przechodzący w ciągu 1 s przez przekrój poprzeczny przewodnika przy natężeniu prądu 1 A. Jednostką prądu (ampera) w SI jest wraz z jednostkami długości, czasu i masy podstawowa jednostka miary.
Współczynnik k w układzie SI jest to zwykle zapisywane jako:
Doświadczenie pokazuje, że siły oddziaływania Coulomba podlegają zasadzie superpozycji.
Jeżeli naładowane ciało oddziałuje jednocześnie z kilkoma naładowanymi ciałami, wówczas powstała na nim siła działa dane ciało, jest równa sumie wektorów sił działających na to ciało ze wszystkich innych naładowanych ciał.
Zasada superpozycji jest podstawowym prawem natury. Jednak jego użycie wymaga pewnej ostrożności, gdy mówimy o oddziaływaniu naładowanych ciał o skończonych rozmiarach (na przykład dwie przewodzące naładowane kule 1 i 2). Jeśli trzecia naładowana kula zostanie doprowadzona do układu dwóch naładowanych kul, wówczas interakcja pomiędzy 1 i 2 ulegnie zmianie ze względu na redystrybucję opłat.
Zasada superpozycji mówi, że kiedy zadany (stały) rozkład ładunku na wszystkich ciałach siły oddziaływania elektrostatycznego między dowolnymi dwoma ciałami nie zależą od obecności innych naładowanych ciał.
właściwości:
Wielkość ładunku elektrycznego q jest zawsze wielokrotnością pewnej minimalnej wartości e=|e|: q=n|e|, n=±1,±2..,gdzie|e|=1,6·10-19[C ]
Równość dodatnich i ujemnych ładunków elementarnych.
Elektrostatyka.
Elektrostatyka - jest to doktryna o właściwościach i oddziaływaniu ładunków elektrycznych, które są nieruchome w stosunku do wybranych układ inercyjny odliczanie.
Prawo zachowania ładunku elektrycznego. Przewodniki, dielektryki, półprzewodniki.
Istnieją dwa rodzaje ładunków: dodatnie i ujemne. Ustalono eksperymentalnie, że ładunek elementarny jest dyskretny, to znaczy ładunek dowolnego ciała jest całkowitą wielokrotnością określonego ładunku elektrycznego. Elektron i proton są nośnikami elementarnych ładunków ujemnych i dodatnich. Na podstawie uogólnionych danych eksperymentalnych ustalono podstawowe prawo natury, sformułowane po raz pierwszy przez angielskiego fizyka Faradaya.
Prawo zachowania ładunku elektrycznego : algebraiczna suma ładunków elektrycznych dowolnego układu zamkniętego pozostaje niezmieniona, niezależnie od tego, jakie procesy zachodzą w tym układzie.
System nazywa się Zamknięte , jeśli nie wymienia ładunków elektrycznych z ciałami zewnętrznymi.
Ładunek elektryczny jest wielkością relatywistyczną, niezmienną, to znaczy niezależną od wybranego układu odniesienia. Oznacza to, że nie zależy to od tego, czy ładunek ten jest w ruchu, czy w spoczynku.
Obecność nośnika ładunku (elektronów i jonów) jest warunkiem przewodzenia ciała prąd elektryczny. Ze względu na zdolność przewodzenia prądu elektrycznego ciała dzielimy na:
Przewodnicy
Dielektryki
Półprzewodniki.
Przewodnicy– ciała, w których ładunek elektryczny może przemieszczać się w całej swojej objętości. Przewodniki dzielą się na dwie grupy:
1) przewodniki pierwszy rodzaj(metale) – przenoszeniu do nich ładunków elektrycznych (wolnych elektronów) nie towarzyszą przemiany chemiczne;
2) przewodniki drugi rodzaj(stopione sole, roztwory soli i kwasów i inne) - przeniesienie do nich ładunków (jonów dodatnich i ujemnych) prowadzi do zmian chemicznych.
Dielektryki(szkło, tworzywo sztuczne) – ciała, które nie przewodzą prądu elektrycznego, jeżeli nie zostanie przyłożone do tych ciał silne zewnętrzne pole elektryczne; nie mają praktycznie żadnych bezpłatnych opłat.
Półprzewodniki(german, krzem) - zajmują pozycję pośrednią między przewodnikami a dielektrykami. Ich przewodność silnie zależy od warunki zewnętrzne(temperatura, promieniowanie jonizujące itp.).
Jednostka ładunku elektrycznego - Kulomb (C) - ładunek elektryczny przechodzący przez przekrój przewodnika pod prądem 1 ampera w ciągu 1 sekundy.
Ładunek elektryczny i jego właściwości. Pole elektryczne i jego charakterystyka. Prawo Coulomba. Pole elektryczne ładunku punktowego. Zasada superpozycji.
Ładunek elektryczny to wielkość charakteryzująca oddziaływania pomiędzy cząstkami i ciałami poprzez pola elektryczne i magnetyczne (oddziaływanie elektromagnetyczne).
Cechą oddziaływań elektromagnetycznych jest to, że są one intensywniejsze od oddziaływań grawitacyjnych. Zajmują drugie miejsce (po siłach nuklearnych) pod względem interakcji.
1 – oddziaływania jądrowe 1
2 – oddziaływania elektromagnetyczne 0.1
3 – słabe oddziaływania jądrowe
4 – oddziaływania grawitacyjne
Ładunek elektryczny jest integralną właściwością cząstek elementarnych. Wszystkie cząstki elementarne są nośnikami dodatnich lub ujemnych ładunków elektrycznych. kl. Ładunek dowolnego ciała zależy od sumy zawartych w nim ładunków elektrycznych.
Pojawienie się ładunków na ciałach następuje w wyniku oddziaływania ciał ze sobą lub z otoczeniem (przenoszenie ładunków elektrycznych z naładowanych ciał - elektryzacja; przenoszenie ładunków elektrycznych pomiędzy różnymi ciałami, gdy są one naładowane dodatnio lub ujemnie; przenoszenie ładunków elektrycznych na odległość – indukcja elektryczna).
W układzie zamkniętym całkowity ładunek nie zmienia się podczas żadnych procesów chemicznych ani fizycznych.
Ładunek elektryczny jest niezmienną cechą fizyczną (nie zależy od wyboru układu odniesienia).
Oddziaływanie ładunków elektrycznych odbywa się poprzez pola elektromagnetyczne. Poruszające się ładunki elektryczne tworzą elektryczność i pola magnetyczne, co prowadzi do pojawienia się sił i oddziaływań elektrycznych i magnetycznych (sił Coulomba i sił Lorentza). Dla tych, którzy są nieruchomi względem siebie, przeprowadza się najprostszą interakcję - interakcję statyczną.
Pola tworzące ładunki są elektrostatyczne. Charakterystyka pól elektrostatycznych to intensywność i potencjał.
Napięcie pole elektrostatyczne - wartość równa stosunkowi siły działającej na ładunek próbny umieszczony w innym punkcie pola do wielkości tego ładunku.
Gdzie jest opłata testowa.
Potencjał jest wielkością równą stosunkowi energii potencjalnej ładunku próbnego umieszczonego w danym punkcie pola do wartości tego ładunku.
Na temat statystyki elektrycznej
Po przygotowaniu Studium
Grupa TM-11
Źle to zinterpretowałem; Danku Gabriela S
1. Przewodniki to ciała, przez które ładunki elektryczne mogą przechodzić z ciała naładowanego do nienaładowanego. Zdolność przewodników do przepuszczania przez siebie ładunków elektrycznych tłumaczy się obecnością w nich wolnych nośników ładunku. Przykłady przewodników obejmują korpusy metalowe w solidnym i stan ciekły, ciekłe roztwory elektrolitów.
Dielektryki to substancje, które nie zawierają wolnych naładowanych cząstek, tj. takie naładowane cząstki, które są w stanie swobodnie poruszać się po całej objętości ciała. Dlatego dielektryki nie mogą przewodzić prądu elektrycznego.
Pole elektryczne naładowanej piłki.
Istnieje naładowana przewodząca kula o promieniu R - ładunek jest równomiernie rozłożony tylko na powierzchni kuli.
Napięcie elektryczne pola na zewnątrz:
Napięcie wewnątrz kuli: E = 0
Elektrometr to urządzenie służące do pomiaru różnicy potencjałów pomiędzy dwoma przewodnikami. Podłączając naładowane ciało do elektrometru, możesz zmierzyć potencjał ciała - jest to różnica potencjałów między naładowanym ciałem a Ziemią.
Dielektryki nazywane są inaczej izolatorami, podaj przykłady ciał stałych będących dielektrykami (izolatorami). Dielektrykami są liczne ciała stałe (porcelana, bursztyn, ebonit, szkło, kwarc, marmur itp.), niektóre ciecze (na przykład woda destylowana) i wszystkie gazy. . Przez struktura wewnętrzna Dielektryki dzielą się na polarne i niepolarne. W dielektrykach polarnych cząsteczki są dipolami, w których środki rozkładu ładunków dodatnich i ujemnych nie pokrywają się. Takie dielektryki obejmują alkohol, wodę, amoniak itp.
Dielektryki niepolarne składają się z atomów lub cząsteczek, w których pokrywają się środki rozkładu ładunków dodatnich i ujemnych. Do takich substancji należą gazy obojętne, wodór, tlen, polietylen.
Jeśli dielektryk zostanie umieszczony w zewnętrznym polu elektrycznym, nastąpi polaryzacja dielektryka. W tym procesie cząsteczki dielektryka są zorientowane wzdłuż zewnętrznej strony pole elektryczne. Związane ładunki pojawiają się na przeciwległych powierzchniach dipola. Prowadzi to do tego, że dielektryki wytwarzają własne pole elektryczne skierowane przeciwko zewnętrznemu, a w sumie pole wewnątrz dielektryka będzie mniejsze niż zewnętrzne.
2. Światło jest fala elektromagnetyczna, rozprzestrzenia się z prędkością 3*10 8 m/s.
Zakłócenia w cienkich warstwach. „Bańka mydlana unosząca się w powietrzu... rozświetla się wszystkimi odcieniami barw, jakie charakteryzują otaczające ją przedmioty. Bańka mydlana to chyba najwspanialszy cud natury.” To interferencja światła powoduje bańka takie godne podziwu.
Angielski naukowiec Thomas Young jako pierwszy wpadł na genialny pomysł możliwości wyjaśnienia kolorów cienkich warstw poprzez dodanie fal 1 i 2, z których jedna (1) odbija się od powierzchnia zewnętrzna folie, a druga (2) - od wewnętrznej. W tym przypadku dochodzi do interferencji fal świetlnych – dodania dwóch fal, w wyniku czego obserwuje się stabilny w czasie wzór wzmocnienia lub osłabienia powstałych drgań światła w różnych punktach przestrzeni. Wynik interferencji (wzmocnienie lub osłabienie powstałych drgań) zależy od kąta padania światła na folię, jej grubości i długości fali. Wzmocnienie światła nastąpi, jeśli załamana fala 2 będzie opóźniona w stosunku do fali odbitej 1 o całkowitą liczbę długości fal. Jeśli druga fala będzie opóźniona w stosunku do pierwszej o połowę długości fali lub nieparzystą liczbę półfal, wówczas światło osłabnie.
Spójność fal odbitych od zewnętrznych i powierzchnie wewnętrzne folie zapewnia fakt, że są one częściami tej samej wiązki światła. Ciąg fal z każdego emitującego atomu jest dzielony przez warstwę na dwie części, a następnie te części są łączone i zakłócają.
Jung zdał sobie również sprawę, że różnice w kolorze wynikają z różnic w długości fali (lub częstotliwości fal świetlnych). Promienie światła różne kolory odpowiadają falom o różnej długości. Do wzajemnego wzmacniania się fal różniących się od siebie długością (zakłada się, że kąty padania są takie same) wymagane są różne grubości folii. Dlatego jeśli folia ma nierówną grubość, to po oświetleniu białym światłem powinny pojawić się różne kolory.