Ano ang bayad sa pisika. Ang singil ng kuryente at ang mga katangian nito. Electric field at mga katangian nito. Batas ng Coulomb. Electric field ng isang point charge. Prinsipyo ng superposisyon
Pagsingil ng kuryente- Ito pisikal na dami, na nagpapakilala sa pag-aari ng mga particle o katawan na pumasok sa mga interaksyon ng electromagnetic na puwersa. El z. karaniwang tinutukoy ng mga letrang q o Q. Ang kabuuan ng lahat ng kilalang pang-eksperimentong katotohanan ay nagbibigay-daan sa amin na makagawa ng mga sumusunod na konklusyon:
Mayroong dalawang uri ng mga singil sa kuryente, karaniwang tinatawag na positibo at negatibo.
Maaaring ilipat ang mga singil (halimbawa, sa pamamagitan ng direktang pakikipag-ugnayan) mula sa isang katawan patungo sa isa pa. Hindi tulad ng body mass, ang electric charge ay hindi isang mahalagang katangian ng isang partikular na katawan. Ang parehong katawan iba't ibang kondisyon maaaring may ibang singil.
Tulad ng mga singil ay nagtataboy, hindi katulad ng mga singil na umaakit. Inihayag din nito ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga puwersa ng electromagnetic at mga gravitational. Ang mga puwersa ng gravity ay palaging mga kaakit-akit na puwersa.
Ang isa sa mga pangunahing batas ng kalikasan ay ang eksperimento na itinatag batas ng konserbasyon ng singil sa kuryente .
Sa isang nakahiwalay na sistema, ang algebraic na kabuuan ng mga singil ng lahat ng katawan ay nananatiling pare-pareho:
|
Ang batas ng konserbasyon ng electric charge ay nagsasaad na sa saradong sistema Sa mga katawan, ang mga proseso ng paglikha o pagkawala ng mga singil ng isang tanda lamang ay hindi maaaring obserbahan.
Mula sa isang modernong punto ng view, ang mga carrier ng singil ay mga elementarya na particle. Ang lahat ng mga ordinaryong katawan ay binubuo ng mga atomo, na kinabibilangan ng mga positibong sisingilin na mga proton, mga negatibong sisingilin na mga electron at mga neutral na particle - mga neutron. Ang mga proton at neutron ay bahagi ng atomic nuclei, na bumubuo ng mga electron shell ng elektron mga atomo. Ang mga singil sa kuryente ng isang proton at isang elektron ay eksaktong magkapareho sa magnitude at katumbas ng elementarya na singil e.
Sa isang neutral na atom, ang bilang ng mga proton sa nucleus ay katumbas ng bilang ng mga electron sa shell. Ang numerong ito ay tinatawag atomic number . Ang isang atom ng isang partikular na sangkap ay maaaring mawalan ng isa o higit pang mga electron o makakuha ng karagdagang elektron. Sa mga kasong ito, ang neutral na atom ay nagiging isang positibo o negatibong sisingilin na ion.
Ang singil ay maaaring ilipat mula sa isang katawan patungo sa isa pa lamang sa mga bahaging naglalaman ng integer na bilang ng mga elementarya na singil. Kaya, ang electric charge ng katawan ay discrete na dami:
Ang mga pisikal na dami na maaari lamang tumagal ng isang discrete na serye ng mga halaga ay tinatawag quantized . bayad sa elementarya e ay isang quantum (pinakamaliit na bahagi) ng electric charge. Dapat pansinin na sa modernong pisika ng elementarya na mga particle ang pagkakaroon ng tinatawag na quark ay ipinapalagay - mga particle na may fractional charge at Gayunpaman, ang mga quark ay hindi pa naobserbahan sa isang libreng estado.
Sa karaniwang mga eksperimento sa laboratoryo, a electrometer - isang aparato na binubuo ng isang metal rod at isang pointer na maaaring paikutin sa paligid ng isang pahalang na axis.
Ang electrometer ay isang medyo magaspang na instrumento; hindi nito pinapayagan ang isa na pag-aralan ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga singil. Ang batas ng pakikipag-ugnayan ng mga nakatigil na singil ay unang natuklasan ng Pranses na pisisista na si C. Coulomb noong 1785. Sa kanyang mga eksperimento, sinukat ni Coulomb ang mga puwersa ng pagkahumaling at pagtanggi ng mga naka-charge na bola gamit ang isang aparato na kanyang dinisenyo - isang balanse ng pamamaluktot (Fig. 1.1.2). ), na nakikilala sa pamamagitan ng napakataas na sensitivity. Halimbawa, ang balance beam ay pinaikot ng 1° sa ilalim ng impluwensya ng puwersa ng pagkakasunud-sunod ng 10 –9 N.
Ang ideya ng mga sukat ay batay sa napakatalino na hula ni Coulomb na kung ang isang naka-charge na bola ay dinala sa eksaktong kaparehong hindi naka-charge, kung gayon ang singil ng una ay hahatiin nang pantay sa pagitan nila. Kaya, ang isang paraan ay ipinahiwatig upang baguhin ang singil ng bola ng dalawa, tatlo, atbp. Sa mga eksperimento ni Coulomb, sinukat ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga bola na ang mga sukat ay mas maliit kaysa sa distansya sa pagitan ng mga ito. Ang ganitong mga sisingilin na katawan ay karaniwang tinatawag mga singil sa punto.
Ang point charge ay isang sinisingil na katawan na ang mga sukat ay maaaring mapabayaan sa mga kondisyon ng problemang ito.
Mayroon ding: linear charge t(tau)=dq/dl, l-length, dq-charge ng thread
Surface charge: σ =dq/ds s-surface area (cell/m 2)
Volume charge p(ro)=dq/dv (cell/m3)
Ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ay sumusunod sa ikatlong batas ni Newton: Sila ay mga puwersang salungat sa magkatulad na mga palatandaan singil at kaakit-akit na pwersa sa iba't ibang palatandaan(Larawan 1.1.3). Ang pakikipag-ugnayan ng mga nakatigil na singil sa kuryente ay tinatawag electrostatic o Coulomb pakikipag-ugnayan. Ang sangay ng electrodynamics na nag-aaral sa pakikipag-ugnayan ng Coulomb ay tinatawag electrostatics .
Ang batas ng Coulomb ay may bisa para sa mga katawan na sinisingil ng punto. Sa pagsasagawa, ang batas ng Coulomb ay lubos na nasiyahan kung ang mga sukat ng mga sinisingil na katawan ay mas maliit kaysa sa distansya sa pagitan ng mga ito.
Salik ng proporsyonalidad k sa batas ng Coulomb ay nakasalalay sa pagpili ng sistema ng mga yunit. Sa International SI System, ang yunit ng singil ay itinuturing na palawit(Cl).
Palawit ay isang singil na dumadaan sa 1 s sa cross section ng isang konduktor sa kasalukuyang lakas na 1 A. Ang yunit ng kasalukuyang (ampere) sa SI ay, kasama ng mga yunit ng haba, oras at masa pangunahing yunit ng pagsukat.
Coefficient k sa sistema ng SI ito ay karaniwang nakasulat bilang:
Ipinapakita ng karanasan na ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng Coulomb ay sumusunod sa prinsipyo ng superposisyon.
Kung ang isang sisingilin na katawan ay nakikipag-ugnayan nang sabay-sabay sa ilang mga sinisingil na katawan, kung gayon ang nagreresultang puwersa ay kumikilos ibinigay na katawan, ay katumbas ng vector sum ng mga puwersang kumikilos sa katawan na ito mula sa lahat ng iba pang mga katawan na sinisingil.
Ang prinsipyo ng superposisyon ay isang pangunahing batas ng kalikasan. Gayunpaman, ang paggamit nito ay nangangailangan ng ilang pag-iingat kapag pinag-uusapan natin ang pakikipag-ugnayan ng mga naka-charge na katawan ng may hangganan na laki (halimbawa, dalawang nagsasagawa ng mga naka-charge na bola 1 at 2). Kung ang ikatlong naka-charge na bola ay dadalhin sa isang sistema ng dalawang naka-charge na bola, magbabago ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng 1 at 2 dahil sa muling pamamahagi ng singil.
Ang prinsipyo ng superposisyon ay nagsasaad na kapag ibinigay (naayos) pamamahagi ng singil sa lahat ng mga katawan, ang mga puwersa ng electrostatic na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng alinmang dalawang katawan ay hindi nakasalalay sa pagkakaroon ng iba pang mga katawan na sinisingil.
mga katangian:
Ang magnitude ng electric charge q ay palaging isang multiple ng ilang minimum na halaga e=|e|: q=n|e|, n=±1,±2..,where|e|=1.6·10-19[C ].
Pagkakapantay-pantay ng positibo at negatibong singil sa elementarya.
Electrostatics.
Electrostatics - ito ang doktrina ng mga katangian at interaksyon ng mga singil sa kuryente na nakatigil kaugnay ng napili inertial system countdown.
Batas ng konserbasyon ng singil sa kuryente. Mga konduktor, dielectric, semiconductor.
Mayroong dalawang uri ng singil: positibo at negatibo. Eksperimento na itinatag na ang elementary charge ay discrete, iyon ay, ang charge ng anumang katawan ay isang integer multiple ng isang partikular na electric charge. Ang electron at proton ay mga carrier ng elementarya na negatibo at positibong singil. Mula sa pangkalahatan na pang-eksperimentong data, isang pangunahing batas ng kalikasan ang itinatag, na unang binuo ng Ingles na physicist na si Faraday.
Batas ng konserbasyon ng singil sa kuryente : ang algebraic na kabuuan ng mga singil sa kuryente ng anumang saradong sistema ay nananatiling hindi nagbabago, anuman ang mga prosesong magaganap sa loob ng sistemang ito.
Ang sistema ay tinatawag sarado , kung hindi ito nakikipagpalitan ng mga singil sa kuryente sa mga panlabas na katawan.
Ang electric charge ay isang relativistic, invariant na dami, iyon ay, hindi ito nakadepende sa napiling reference system. Nangangahulugan ito na hindi ito nakasalalay sa kung ang singil na ito ay gumagalaw o nakapahinga.
Ang pagkakaroon ng isang charge carrier (mga electron at ions) ay isang kondisyon para sa katawan upang magsagawa agos ng kuryente. Depende sa kanilang kakayahang magsagawa ng electric current, ang mga katawan ay nahahati sa:
Mga konduktor
Dielectrics
Semiconductor.
Mga konduktor– mga katawan kung saan ang isang electric charge ay maaaring gumalaw sa buong volume nito. Ang mga konduktor ay nahahati sa dalawang pangkat:
1) mga konduktor unang uri(mga metal) - ang paglipat ng mga singil sa kuryente (mga libreng electron) sa kanila ay hindi sinamahan ng mga pagbabagong kemikal;
2) mga konduktor pangalawang uri(mga tinunaw na asing-gamot, mga solusyon ng mga asin at acid, at iba pa) - ang paglipat ng mga singil (positibo at negatibong sisingilin na mga ion) sa kanila ay humahantong sa mga pagbabago sa kemikal.
Dielectrics(salamin, plastik) – mga katawan na hindi nagsasagawa ng electric current maliban kung ang isang malakas na panlabas na electric field ay inilapat sa mga katawan na ito; halos wala silang libreng singil.
Semiconductor(germanium, silicon) - sumasakop sa isang intermediate na posisyon sa pagitan ng mga conductor at dielectrics. Ang kanilang kondaktibiti ay lubos na nakasalalay sa panlabas na kondisyon(temperatura, ionizing radiation, atbp.).
Yunit ng electric charge - Coulomb (C) - electric charge na dumadaan sa cross-section ng isang conductor sa isang kasalukuyang 1 ampere sa 1 segundo.
Ang singil ng kuryente at ang mga katangian nito. Electric field at mga katangian nito. Batas ng Coulomb. Electric field ng isang point charge. Prinsipyo ng superposisyon.
Pagsingil ng kuryente ay isang dami na nagpapakilala sa mga interaksyon sa pagitan ng mga particle at katawan sa pamamagitan ng electric at magnetic field (electromagnetic interaction).
Ang isang tampok ng electromagnetic na pakikipag-ugnayan ay ang mga ito ay mas matindi kaysa sa gravitational. Nakuha nila ang pangalawang lugar (pagkatapos ng mga puwersang nuklear) sa mga tuntunin ng pakikipag-ugnayan.
1 – pakikipag-ugnayang nuklear 1
2 – electromagnetic na pakikipag-ugnayan 0.1
3 – mahina ang pakikipag-ugnayang nuklear
4 – pakikipag-ugnayan ng gravitational
Ang electric charge ay isang mahalagang pag-aari ng elementarya na mga particle. Ang lahat ng elementarya na particle ay mga carrier ng positibo o negatibong mga singil sa kuryente. Cl. Ang singil ng anumang katawan ay tinutukoy ng kabuuan ng mga singil sa kuryente na kasama dito.
Ang hitsura ng mga singil sa mga katawan ay nangyayari bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan ng mga katawan sa isa't isa o sa kapaligiran (paglipat ng mga singil sa kuryente mula sa mga sisingilin na katawan - electrification; paglipat ng mga singil sa kuryente sa pagitan ng magkakaibang mga katawan, habang sila ay sinisingil ng positibo o negatibo; paglipat ng mga singil sa kuryente sa isang distansya - electrical induction).
Sa isang saradong sistema, ang kabuuang singil ay hindi nagbabago sa panahon ng anumang kemikal o pisikal na proseso.
Ang electric charge ay isang invariant na pisikal na katangian (hindi nakadepende sa pagpili ng reference system).
Ang pakikipag-ugnayan ng mga singil sa kuryente ay isinasagawa sa pamamagitan ng mga electromagnetic field. Ang paglipat ng mga singil sa kuryente ay lumilikha ng mga elektrikal at mga magnetic field, na humahantong sa paglitaw ng mga electric at magnetic na pwersa at pakikipag-ugnayan (mga pwersa ng Coulomb at pwersa ng Lorentz). Ang pinakasimpleng pakikipag-ugnayan ay isinasagawa para sa mga hindi gumagalaw na may kaugnayan sa isa't isa - static na pakikipag-ugnayan.
Ang mga patlang na lumilikha ng mga singil ay electrostatic. Ang mga katangian ng electrostatic field ay intensity at potensyal.
Pag-igting electrostatic field - isang halaga na katumbas ng ratio ng puwersa na kumikilos sa isang test charge na inilagay sa isa pang punto sa field sa magnitude ng charge na ito.
Nasaan ang test charge.
Potensyal ay isang dami na katumbas ng ratio ng potensyal na enerhiya ng isang test charge na inilagay sa isang partikular na punto sa field sa halaga ng charge na ito.
Sa paksa ng Electrical Statistics
Napaghandaan ang Pag-aaral
Groupy TM-11
Na-misinterpret ko ito; Danku Gabriela S
1. Ang mga konduktor ay mga katawan kung saan ang mga singil ng kuryente ay maaaring dumaan mula sa isang naka-charge na katawan patungo sa isang hindi naka-charge. Ang kakayahan ng mga konduktor na magpasa ng mga singil sa kuryente sa pamamagitan ng kanilang sarili ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga carrier ng libreng bayad sa kanila. Kasama sa mga halimbawa ng mga konduktor mga katawan ng metal sa solid at estado ng likido, mga solusyon sa likidong electrolyte.
Ang mga dielectric ay mga sangkap na hindi naglalaman ng mga libreng sisingilin na particle, i.e. tulad ng mga sisingilin na particle na malayang nakakagalaw sa buong volume ng katawan. Samakatuwid, ang mga dielectric ay hindi maaaring magsagawa ng electric current.
Electric field ng isang sisingilin na bola.
Mayroong naka-charge na conducting ball na may radius R - ang singil ay pantay na ipinamamahagi lamang sa ibabaw ng bola.
Pag-igting ng kuryente mga patlang sa labas:
Tensyon sa loob ng bola: E = 0
Ang electrometer ay isang aparato para sa pagsukat ng potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng dalawang konduktor. Sa pamamagitan ng pagkonekta ng isang naka-charge na katawan sa isang electrometer, maaari mong sukatin ang potensyal ng katawan - ito ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng sinisingil na katawan at ng Earth.
Ang mga dielectric ay tinatawag na mga insulator, pangalanan ang mga halimbawa ng mga solido na mga dielectric (mga insulator) Ang mga dielectric ay maraming solid (porselana, amber, ebonite, salamin, kuwarts, marmol, atbp.), ilang mga likido (halimbawa, distilled water) at lahat ng mga gas. . Sa pamamagitan ng panloob na istraktura Ang mga dielectric ay nahahati sa polar at non-polar. Sa polar dielectrics, ang mga molekula ay mga dipoles kung saan ang mga sentro ng pamamahagi ng mga positibo at negatibong singil ay hindi nag-tutugma. Kabilang sa mga naturang dielectric ang alkohol, tubig, ammonia, atbp.
Ang non-polar dielectrics ay binubuo ng mga atomo o molekula kung saan ang mga sentro ng pamamahagi ng mga positibo at negatibong singil ay nagtutugma. Ang mga naturang sangkap ay kinabibilangan ng mga inert gas, hydrogen, oxygen, polyethylene.
Kung ang isang dielectric ay inilagay sa isang panlabas na electric field, pagkatapos ay ang polariseysyon ng dielectric ay nangyayari. Sa prosesong ito, ang mga dielectric na molekula ay nakatuon sa panlabas electric field. Lumilitaw ang mga nakagapos na singil sa magkasalungat na ibabaw ng dipole. Ito ay humahantong sa katotohanan na ang mga dielectric ay bumuo ng kanilang sariling electric field na nakadirekta laban sa panlabas, at sa kabuuan ang field sa loob ng dielectric ay magiging mas mababa kaysa sa panlabas.
2. Ang liwanag ay electromagnetic wave, kumakalat sa bilis na 3*10 8 m/s.
Panghihimasok sa mga manipis na pelikula. “Isang bula ng sabon na lumulutang sa hangin... lumiliwanag kasama ang lahat ng mga kulay ng kulay na likas sa mga bagay sa paligid. Ang bula ng sabon ay marahil ang pinakakatangi-tanging himala ng kalikasan.” Ito ay ang interference ng liwanag na gumagawa bula kaya kahanga-hanga.
Ang Ingles na siyentipiko na si Thomas Young ang unang nakaisip ng napakatalino na ideya ng posibilidad na ipaliwanag ang mga kulay ng manipis na mga pelikula sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga alon 1 at 2, kung saan ang (1) ay makikita mula sa panlabas na ibabaw mga pelikula, at ang pangalawa (2) - mula sa panloob. Sa kasong ito, nangyayari ang interference ng mga light wave - ang pagdaragdag ng dalawang alon, bilang isang resulta kung saan ang isang time-stable na pattern ng amplification o pagpapahina ng mga nagresultang light vibrations ay sinusunod sa iba't ibang mga punto sa espasyo. Ang resulta ng interference (pagpapalakas o pagpapahina ng mga resultang vibrations) ay depende sa anggulo ng saklaw ng liwanag sa pelikula, ang kapal at wavelength nito. Magaganap ang light amplification kung ang refracted wave 2 ay nahuhuli sa naka-reflect na wave 1 ng isang integer na bilang ng mga wavelength. Kung ang pangalawang alon ay nahuhuli sa una ng kalahating haba ng daluyong o isang kakaibang bilang ng kalahating alon, kung gayon ang liwanag ay hihina.
Pagkakaugnay-ugnay ng mga alon na sinasalamin mula sa panlabas at panloob na ibabaw ang mga pelikula ay tinitiyak ng katotohanan na ang mga ito ay bahagi ng parehong sinag ng liwanag. Ang alon na tren mula sa bawat naglalabas na atom ay nahahati sa dalawa ng pelikula, at pagkatapos ang mga bahaging ito ay pinagsasama-sama at nakikialam.
Napagtanto din ni Jung na ang mga pagkakaiba sa kulay ay dahil sa mga pagkakaiba sa wavelength (o dalas ng mga light wave). Mga light beam iba't ibang kulay tumutugma sa mga alon na may iba't ibang haba. Para sa mutual amplification ng mga alon na naiiba sa bawat isa sa haba (ang mga anggulo ng saklaw ay ipinapalagay na pareho), ang iba't ibang mga kapal ng pelikula ay kinakailangan. Samakatuwid, kung ang pelikula ay may hindi pantay na kapal, pagkatapos ay kapag naiilaw na may puting ilaw, dapat lumitaw ang iba't ibang kulay.