Electrostatica studiază proprietățile și interacțiunile sarcinilor care sunt staționare în cadrul de referință în care sunt luate în considerare.
În natură există doar două tipuri de sarcini electrice - negative și pozitive. O sarcină pozitivă poate apărea pe un tij de sticlă frecat cu piele, iar o sarcină negativă poate apărea pe chihlimbar frecat cu lână.
Se știe că toate corpurile sunt formate din atomi. La rândul său, un atom este format dintr-un nucleu încărcat pozitiv și electroni care se învârt în jurul lui. Deoarece electronii au o sarcină negativă, iar nucleul are o sarcină pozitivă, atomul în ansamblu este neutru din punct de vedere electric. Când este expus la acesta din exterior, poate pierde unul sau mai mulți electroni și se poate transforma într-un ion încărcat pozitiv. Dacă un atom (sau moleculă) își atașează un electron suplimentar, acesta se va transforma într-un ion negativ.
Prin urmare, incarcare electrica poate exista sub formă de ioni și electroni negativi sau pozitivi. Există un fel de „electricitate liberă” - electronii negativi. Prin urmare, dacă un corp are sarcină pozitivă- nu are destui electroni, iar daca este negativ, atunci are un exces.
Proprietățile electrice ale oricărei substanțe sunt determinate de ea structura atomica. Atomii pot pierde chiar și câțiva electroni, caz în care se numesc ionizat multiplicat. Nucleul unui atom este format din protoni și neutroni. Fiecare proton poartă o sarcină care egal cu taxa electron, dar opus în semn. Neutronii sunt particule neutre din punct de vedere electric (nu au sarcină electrică).
Pe lângă protoni și electroni, alte particule elementare au și o sarcină electrică. Sarcina electrică este o parte integrantă particule elementare.
Cea mai mică sarcină este considerată a fi sarcina egală cu sarcina electronului. Se mai numește și sarcină elementară, care este egală cu 1,6·10 -19 C. Orice sarcină este un multiplu al unui număr întreg de sarcini electronice. Prin urmare, electrificarea corpului nu poate avea loc continuu, ci doar în trepte (discret), în funcție de cantitatea de sarcină a electronului.
Dacă un corp încărcat pozitiv începe să se reîncarce (încărcare cu electricitate negativă), atunci sarcina sa nu se va schimba instantaneu, ci va scădea mai întâi la zero și abia apoi dobândește un potențial negativ. De aici putem concluziona că se compensează reciproc. Acest fapt i-a condus pe oamenii de știință la concluzia că corpurile „neîncărcate” conțin întotdeauna sarcini de semne pozitive și negative, care sunt conținute în astfel de cantități încât acțiunea lor se compensează complet reciproc.
În timpul electrificării, frecarea separă „elementele” negative și pozitive conținute în „corpul neîncărcat”. Ca urmare a mișcării elementelor negative ale corpului (electroni), ambele corpuri sunt electrificate, unul dintre ele este negativ, iar al doilea este pozitiv. Cantitatea de sarcini care „curg” de la un element la altul rămâne constantă pe parcursul întregului proces.
De aici putem concluziona că taxele nu sunt sunt create și nu dispar, ci pur și simplu „curg” de la un corp la altul sau se mișcă în interiorul lui. Aceasta este esența legii conservării sarcinilor electrice. Când apare frecarea, multe materiale sunt supuse electrificării - ebonită, sticlă și multe altele. În multe industrii (textile, hârtie și altele), prezența electricității statice reprezintă o problemă serioasă de inginerie, deoarece electrificarea elementelor cauzată de frecarea hârtiei, țesăturilor sau a altor produse industriale împotriva pieselor mașinilor poate provoca incendii și explozii.
Cum dobândesc corpurile macroscopice o sarcină electrică? Acest lucru va fi discutat acum.
Sarcina unui corp macroscopic
Electrodinamica, creată de Maxwell, consideră interacțiunile electromagnetice nu ale particulelor elementare încărcate individuale, ci ale corpurilor macroscopice.
Corpurile macroscopice, de regulă, sunt neutre din punct de vedere electric. Un atom al oricărei substanțe este neutru deoarece numărul de electroni din el este egal cu numărul de protoni din nucleu. Particulele încărcate pozitiv și negativ sunt conectate între ele prin forțe electrice și formează sisteme neutre.
Un corp mare este încărcat atunci când conține un număr în exces de particule elementare cu același semn de sarcină. Sarcina negativă a unui corp se datorează unui exces de electroni în comparație cu protonii, iar sarcina pozitivă se datorează deficienței acestora.
Electrificarea corpurilor
Pentru a obține un corp macroscopic încărcat electric sau, după cum se spune, pentru a-l electriza, trebuie să separați o parte din sarcina negativă de cea asociată acesteia.
pozitiv1.
Cel mai simplu mod de a face acest lucru este prin frecare. Dacă treceți un pieptene prin păr, o mică parte din particulele cele mai mobile încărcate - electronii - se vor muta din păr în pieptene și se vor încărca negativ, iar părul va fi încărcat pozitiv.
Cu ajutorul unui simplu experiment se poate dovedi că în timpul electrificării prin frecare, ambele corpuri capătă sarcini de semn opus, dar egale ca mărime.
1 Aici și în cele ce urmează, pentru concizie, vom vorbi adesea despre sarcini, mișcarea sarcinilor etc. În realitate, ne referim la corpuri încărcate (sau particule), la mișcarea particulelor încărcate etc., deoarece o sarcină fără un particule nu există.
Orez. 1.2
Orez. 1.1
Să luăm un electrometru (un electroscop într-o carcasă metalică) cu o sferă metalică cu un orificiu atașat de tijă și două plăci pe mânere lungi: una din ebonită și cealaltă din plexiglas. Când se frecă unele de altele, plăcile devin electrificate. Să aducem una dintre plăci în interiorul sferei fără a-i atinge pereții. Dacă placa este încărcată pozitiv, atunci o parte dintre electronii din acul și tija electrometrului vor fi atrași de placă și colectați pe suprafața interioară a sferei. În același timp, săgeata va fi încărcată pozitiv și va fi împinsă departe de tijă (Fig. 1.1).
Dacă plasați o altă placă în interiorul sferei, după ce ați îndepărtat-o mai întâi pe prima, atunci electronii sferei și tija vor fi respinși de pe placă și se vor acumula în exces pe săgeată. Acest lucru va face ca săgeata să se devieze în același unghi ca în primul experiment. După ce am coborât ambele plăci în interiorul sferei, nu vom detecta nicio abatere a săgeții (Fig. 1.2). Aceasta dovedește că sarcinile plăcilor sunt egale ca mărime și semne opuse. Această concluzie decurge direct din legea conservării sarcinii.
Cum se produce electrificarea corpurilor?
Este foarte simplu să electrizați corpurile folosind frecare. Dar explicarea modului în care se întâmplă acest lucru s-a dovedit a fi o sarcină foarte dificilă. De multe decenii s-a dat și încă se dă următoarea explicație. Când electrizați corpurile, este important contactul strâns între ele. Forțele electrice rețin electronii în interiorul corpului. Dar pentru diferite substanțe aceste forțe sunt diferite. În timpul contactului strâns, o mică parte din electronii unei substanțe în care legătura electronilor cu corpul este relativ slabă trece într-un alt corp. Mișcările electronilor nu depășesc distanțele interatomice (10-8 cm). Dar dacă cadavrele sunt separate, atunci ambii vor fi acuzați.
Deoarece suprafețele corpurilor nu sunt niciodată perfect netede, contactul strâns dintre corpuri necesar pentru tranziție se stabilește doar pe zone mici ale suprafețelor. Când corpurile se freacă unele de altele, numărul zonelor cu contact apropiat crește și, prin urmare, crește numărul total particulele încărcate care trec de la un corp la altul.
Cu toate acestea, în În ultima vreme Această explicație a electrificării prin frecare a devenit controversată. Nu este clar cum se pot mișca electronii în astfel de substanțe neconductoare (izolatori) precum ebonita, plexiglas și altele. Sunt legați în molecule neutre. Angajatii Institutul de Fizică și Tehnologie la Sankt Petersburg s-a propus o altă explicație.
Pentru cristal ionic LiF (izolator) această explicație arată așa. În timpul formării unui cristal, apar diferite tipuri de defecte, în special locuri libere - spații neumplute la nodurile rețelei cristaline. Dacă numărul de locuri libere pentru ionii de litiu pozitivi și ionii negativi de fluor nu este același, atunci cristalul va fi încărcat în volum la formare. Dar încărcarea în ansamblu nu poate fi reținută de cristal pentru mult timp. Există întotdeauna o anumită cantitate de ioni în aer, iar cristalul îi va trage din aer până când sarcina cristalului este neutralizată de un strat de ioni de pe suprafața sa. Diferiți izolatori au sarcini spațiale diferite și, prin urmare, sarcini diferite straturi de suprafață ionii. În timpul frecării, straturile de suprafață de ioni sunt amestecate, iar atunci când izolatorii sunt separați, fiecare dintre ei devine încărcat.
Doi izolatori identici, de exemplu aceleași cristale LiF, se pot electrifica în timpul frecării? Dacă au aceleași taxe proprii de spațiu, atunci nu. Dar pot avea și alte taxe proprii dacă condițiile de cristalizare au fost diferite și a apărut un număr diferit de posturi vacante.
După cum a arătat experiența, electrificarea în timpul frecării cristalelor identice de rubin, chihlimbar etc. poate avea loc de fapt.
Cu toate acestea, este puțin probabil ca explicația de mai sus să fie corectă în toate cazurile. Dacă corpurile constau, de exemplu, din cristale moleculare, atunci apariția unor locuri libere în ele nu ar trebui să conducă la încărcarea corpului.
Astfel, vedem că un astfel de fenomen aparent simplu precum electrificarea prin frecare conține mult mister.
Electrificarea corpurilor și aplicarea ei în tehnologie
Electrificarea semnificativă are loc în timpul frecării țesăturilor sintetice. Când scoateți o cămașă de nailon în aer uscat, puteți auzi un trosnet caracteristic. Scântei mici sar între zonele încărcate ale suprafețelor de frecare. Un fenomen similar trebuie luat în considerare în producție. Astfel, firele de fire din fabricile textile sunt electrizate din cauza frecării, atrase de fusuri și rupte. Fire atrage praful și se murdărește. Prin urmare, este necesar să se ia diferite măsuri împotriva electrificării firelor.
Când desfășoară role mari de hârtie într-o imprimerie, lucrătorii poartă mănuși de cauciuc pentru a se proteja de descărcările electrice care apar între hârtia electrificată și mâinile lor.
Sarcinile electrice mari se acumulează atunci când anvelopele se freacă de asfalt pe vreme uscată. Există pericolul ca o scânteie să sară. Prin urmare, lanțurile metalice sunt atașate la spatele mașinilor - rezervoarele de combustibil - și trage de-a lungul drumului. Uneori, chiar și mașinile de pasageri sunt echipate cu o bandă elastică din cauciuc conductor.
Datorită electrificării prin frecare, funcționează o mașină electrostatică convențională.
Fenomenul de electrificare a corpurilor aflate în contact strâns este utilizat în mașinile moderne de electrocopiere (cum ar fi „Era”, „Xerox”, etc.).
Deci, într-una dintre aceste instalații, pulberea de rășină neagră este amestecată cu mărgele minuscule de sticlă. În acest caz, bilele sunt încărcate pozitiv, iar particulele de pulbere sunt încărcate negativ. Datorită atracției, acestea acoperă suprafața bilelor cu un strat subțire.
Textul sau desenul copiat este proiectat pe o placă subțire de seleniu, a cărei suprafață este încărcată pozitiv. Placa se sprijină pe o suprafață metalică încărcată negativ. Sub influența luminii, placa este descărcată, iar o sarcină pozitivă rămâne doar în zonele corespunzătoare zonelor întunecate ale imaginii. Placa este apoi acoperită cu un strat subțire de margele. Datorită atracției sarcinilor opuse, pulberea de rășină este atrasă de zonele încărcate pozitiv ale plăcii. După aceasta, bilele sunt scuturate și, apăsând strâns o foaie de hârtie pe farfurie, se face o amprentă pe aceasta. Imprimarea este fixată folosind căldură.
Un corp macroscopic este încărcat electric dacă conține o cantitate în exces de particule elementare cu același semn de sarcină. Sarcina negativă a unui corp se datorează unui exces de electroni în comparație cu protonii, iar sarcina pozitivă se datorează lipsei de electroni.
? 1. Bățul de ebonită s-a încărcat negativ atunci când a fost electrizat. Masa bastonului a rămas aceeași? 2. Se știe că o baghetă de sticlă frecata de mătase devine încărcată pozitiv. Determinați experimental semnul încărcăturii unui mâner de plastic frecat pe lână.
Teme Codificator de examen de stat unificat : electrificarea corpurilor, interacțiunea sarcinilor, două tipuri de sarcină, legea conservării sarcinii electrice.
Interacțiuni electromagnetice sunt printre cele mai multe interacțiuni fundamentaleîn natură. Forțele de elasticitate și frecare, presiunea gazului și multe altele pot fi reduse la forțe electromagnetice între particulele de materie. Interacțiunile electromagnetice în sine nu se mai reduc la alte tipuri de interacțiuni mai profunde.
Un tip la fel de fundamental de interacțiune este gravitația - atracția gravitațională a oricăror două corpuri. Cu toate acestea, există câteva diferențe importante între interacțiunile electromagnetice și gravitaționale.
1. Nu toată lumea poate participa la interacțiuni electromagnetice, ci numai taxat corpuri (având incarcare electrica).
2. Interacțiunea gravitațională este întotdeauna atracția unui corp către altul. Interacțiunile electromagnetice pot fi fie atractive, fie respingătoare.
3. Interacțiunea electromagnetică este mult mai intensă decât interacțiunea gravitațională. De exemplu, forța de repulsie electrică dintre doi electroni este de câteva ori mai mare decât forța lor. atracție gravitațională unul altuia.
Fiecare corp încărcat are o anumită cantitate de sarcină electrică. Sarcina electrică este o mărime fizică care determină puterea interacțiunii electromagnetice dintre obiectele naturale. Unitatea de încărcare este pandantiv(Cl).
Două tipuri de taxe
Deoarece interacțiune gravitațională este întotdeauna o atracție, masele tuturor corpurilor sunt nenegative. Dar acest lucru nu este valabil pentru taxe. Este convenabil să descriem două tipuri de interacțiuni electromagnetice - atracție și repulsie - prin introducerea a două tipuri de sarcini electrice: pozitivȘi negativ.
Sarcinile de semne diferite se atrag reciproc, iar încărcăturile de semne diferite se resping reciproc. Acest lucru este ilustrat în Fig. 1; Bilele suspendate pe fire sunt încărcate de unul sau altul.
Orez. 1. Interacțiunea a două tipuri de sarcini
Manifestarea pe scară largă a forțelor electromagnetice se explică prin faptul că atomii oricărei substanțe conțin particule încărcate: nucleul unui atom conține protoni încărcați pozitiv, iar electronii încărcați negativ se mișcă pe orbite în jurul nucleului.
Sarcinile unui proton și ale unui electron sunt egale ca mărime, iar numărul de protoni din nucleu este egal cu numărul de electroni de pe orbite și, prin urmare, se dovedește că atomul în ansamblu este neutru din punct de vedere electric. De aceea în conditii normale nu observăm influența electromagnetică a corpurilor înconjurătoare: sarcina totală a fiecăruia dintre ele egal cu zero, iar particulele încărcate sunt distribuite uniform în volumul corpului. Dar dacă neutralitatea electrică este încălcată (de exemplu, ca rezultat electrificare) corpul începe imediat să acționeze asupra particulelor încărcate din jur.
De ce există exact două tipuri de sarcini electrice și nu un alt număr dintre ele? acest moment necunoscut. Putem doar afirma că acceptarea acestui fapt ca primar oferă o descriere adecvată a interacțiunilor electromagnetice.
Sarcina unui proton este Cl. Sarcina unui electron este opusă lui în semn și este egală cu Cl. Magnitudinea
numit sarcina elementara. Aceasta este taxa minimă posibilă: particulele libere cu o încărcătură mai mică nu au fost detectate în experimente. Fizica nu poate explica încă de ce natura are cea mai mică sarcină și de ce magnitudinea ei este exact aceea.
Sarcina oricărui corp constă întotdeauna în întregul numărul de sarcini elementare:
Dacă , atunci corpul are un număr în exces de electroni (comparativ cu numărul de protoni). Dacă, dimpotrivă, organismului îi lipsesc electroni: sunt mai mulți protoni.
Electrificarea corpurilor
Pentru ca un corp macroscopic să exercite o influență electrică asupra altor corpuri, acesta trebuie să fie electrificat. Electrificare este o încălcare a neutralității electrice a corpului sau a părților sale. Ca urmare a electrificării, corpul devine capabil de interacțiuni electromagnetice.
Una dintre modalitățile de a electriza un corp este de a-i conferi o sarcină electrică, adică de a obține un exces de sarcini de același semn într-un corp dat. Acest lucru este ușor de făcut folosind frecare.
Deci, atunci când o tijă de sticlă este frecată cu mătase, o parte din sarcinile sale negative se îndreaptă către mătase. Ca rezultat, bastonul devine încărcat pozitiv, iar mătasea se încarcă negativ. Dar atunci când frecați un bețișor de ebonită cu lână, unele dintre sarcinile negative sunt transferate de la lână la băț: bastonul este încărcat negativ, iar lâna este încărcată pozitiv.
Această metodă de electrizare a corpurilor se numește electrificare prin frecare. Te confrunți cu frecare electrizată de fiecare dată când îți scoți un pulover peste cap ;-)
Un alt tip de electrificare se numește inducție electrostatică, sau electrificare prin influență. În acest caz, sarcina totală a corpului rămâne egală cu zero, dar este redistribuită astfel încât sarcinile pozitive să se acumuleze în unele părți ale corpului, iar sarcinile negative în altele.
Orez. 2. Inducția electrostatică
Să ne uităm la fig. 2. La o anumită distanță de corpul metalic există o sarcină pozitivă. Atrage sarcini metalice negative (electroni liberi), care se acumulează pe zonele suprafeței corpului cele mai apropiate de sarcină. Sarcinile pozitive necompensate rămân în zone îndepărtate.
În ciuda faptului că sarcina totală a corpului metalic a rămas egală cu zero, în corp a avut loc o separare spațială a sarcinilor. Dacă acum împărțim corpul de-a lungul liniei punctate, atunci jumătatea dreaptă va fi încărcată negativ, iar jumătatea stângă va fi încărcată pozitiv.
Puteți observa electrificarea corpului folosind un electroscop. Un electroscop simplu este prezentat în Fig. 3 (imagine de pe en.wikipedia.org).
Orez. 3. Electroscop
Ce se întâmplă în în acest caz,? Un baston încărcat pozitiv (de exemplu, frecat anterior) este adus pe discul electroscopului și colectează o sarcină negativă pe acesta. Mai jos, pe frunzele în mișcare ale electroscopului, rămân sarcini pozitive necompensate; împingându-se una de cealaltă, frunzele diverg în laturi diferite. Dacă scoateți bastonul, încărcăturile se vor întoarce la locul lor și frunzele vor cădea înapoi.
Fenomenul de inducție electrostatică la scară mare este observat în timpul unei furtuni. În fig. 4 vedem un nor de tunete trecând peste pământ.
Orez. 4. Electrificarea pământului de către un nor de tunete
În interiorul norului există bucăți de gheață de diferite dimensiuni, care sunt amestecate de curenții de aer în creștere, se ciocnesc între ele și se electrifică. Se pare că o sarcină negativă se acumulează în partea inferioară a norului, iar o sarcină pozitivă se acumulează în partea superioară.
Încărcat negativ Partea de jos norii induc sarcini pozitive pe suprafața pământului de sub ei. Apare un condensator gigant cu o tensiune colosală între nor și sol. Dacă această tensiune este suficientă pentru a sparge întrefierul, atunci va avea loc o descărcare - binecunoscutul fulger.
Legea conservării sarcinii
Să revenim la exemplul electrificării prin frecare - frecarea unui băț cu o cârpă. În acest caz, bățul și bucata de pânză capătă sarcini egale ca mărime și opus ca semn. Sarcina lor totală a fost egală cu zero înainte de interacțiune și rămâne egală cu zero după interacțiune.
Vedem aici legea conservării sarcinii, care scrie: V sistem închis corpuri, suma algebrică a sarcinilor rămâne neschimbată în timpul oricăror procese care au loc cu aceste corpuri:
Închiderea unui sistem de corpuri înseamnă că aceste corpuri pot schimba sarcini numai între ele, dar nu cu alte obiecte externe acestui sistem.
Când electrizați un stick, nu este nimic surprinzător în conservarea încărcăturii: câte particule încărcate au părăsit stickul, aceeași cantitate a ajuns la bucata de material (sau invers). Ceea ce este surprinzător este că în procesele mai complexe însoțite de transformări reciproce particulele elementare și schimbarea numărului particule încărcate din sistem, încărcarea totală este încă conservată!
De exemplu, în Fig. 5 arată procesul în care o porțiune radiatie electromagnetica(așa-zisul foton) se transformă în două particule încărcate - un electron și un pozitron. Un astfel de proces se dovedește a fi posibil în anumite condiții - de exemplu, în câmpul electric al nucleului atomic.
Orez. 5. Nașterea unei perechi electron-pozitron
Sarcina unui pozitron este egală ca mărime cu sarcina unui electron și opusă ca semn. Legea conservării sarcinii este îndeplinită! Într-adevăr, la începutul procesului am avut un foton a cărui sarcină era zero, iar la sfârșit am obținut două particule cu sarcină totală zero.
Legea conservării sarcinii (împreună cu existența celei mai mici sarcini elementare) este un fapt științific primar astăzi. Fizicienii nu au reușit încă să explice de ce natura se comportă astfel și nu altfel. Putem afirma doar că aceste fapte sunt confirmate de numeroase experimente fizice.
Mulți fenomene fizice observate în natură și viața din jurul nostru nu pot fi explicate doar pe baza legilor mecanicii, teoriei cinetice moleculare și termodinamicii. Aceste fenomene manifestă forțe care acționează între corpuri aflate la distanță, iar aceste forțe nu depind de masele corpurilor care interacționează și, prin urmare, nu sunt gravitaționale. Aceste forțe sunt numite forte electromagnetice.
Legea conservării sarcinii electrice
În condiții normale, corpurile microscopice sunt neutre din punct de vedere electric, deoarece particulele încărcate pozitiv și negativ care formează atomi sunt legate între ele de forțe electrice și formează sisteme neutre. Dacă neutralitatea electrică a unui corp este încălcată, atunci se numește un astfel de corp corp electrificat. Pentru a electriza un corp, este necesar ca asupra acestuia să se creeze un exces sau o deficiență de electroni sau ioni de același semn.
Metode de electrizare a corpurilor, care reprezintă interacțiunea corpurilor încărcate, poate fi după cum urmează:
- Electrificarea corpurilor la contact . În acest caz, în timpul contactului apropiat, o mică parte din electroni se transferă de la o substanță, în care legătura cu electronul este relativ slabă, la o altă substanță.
- Electrificarea corpurilor în timpul frecării . În același timp, aria de contact dintre corpuri crește, ceea ce duce la o electrificare crescută.
- Influență. Baza influenței este fenomen de inducție electrostatică, adică inducerea unei sarcini electrice într-o substanță plasată într-un câmp electric constant.
- Electrificarea corpurilor sub influența luminii . Baza acestui lucru este efect fotoelectric, sau fotoefect când, sub influența luminii, electronii pot zbura dintr-un conductor în spațiul înconjurător, în urma căruia conductorul se încarcă.
Numeroase experimente arată că atunci când există electrificarea corpului, apoi pe corpuri apar sarcini electrice, egale ca mărime și opus ca semn.
Încărcare negativă corpul este cauzat de un exces de electroni pe corp în comparație cu protoni și sarcină pozitivă cauzate de lipsa de electroni.
Când un corp este electrificat, adică atunci când o sarcină negativă este parțial separată de sarcina pozitivă asociată cu acesta, legea conservării sarcinii electrice. Legea conservării sarcinii este valabilă pentru un sistem închis în care particulele încărcate nu intră din exterior și din care nu ies.
Legea conservării sarcinii electrice se formulează după cum urmează:
Într-un sistem închis, suma algebrică a sarcinilor tuturor particulelor rămâne neschimbată:
q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = const
Unde
q 1, q 2 etc. - încărcături de particule.
Definiții
Particule elementare poate avea email taxă, atunci se numesc încărcate;
Particule elementare - interacționează între ele cu forțe care depind de distanța dintre particule, dar depășesc de multe ori forțele gravitației reciproce (această interacțiune se numește electromagnetică).
Incarcare electrica- o mărime fizică care determină intensitatea interacțiunilor electromagnetice.
Există 2 semne de încărcare electrică:
- pozitiv
- negativ
Particule cu sarcini similare respinge, cu nume diferite - sunt atrași. Proton are pozitiv sarcină, electron - negativ, neutroni - neutru din punct de vedere electric.
Taxa elementara- o taxă minimă care nu poate fi împărțită.
Cum putem explica prezența forțelor electromagnetice în natură? - Toate corpurile conțin particule încărcate.
În stare normală, corpurile sunt neutre din punct de vedere electric (deoarece atomul este neutru), iar forțele electromagnetice nu se manifestă.
Cadavrul este încărcat, dacă are un exces de taxe de orice semn:
- încărcat negativ - dacă există un exces de electroni;
- încărcat pozitiv - dacă există o lipsă de electroni.
Electrificarea corpurilor- aceasta este una dintre modalitățile de a obține corpuri încărcate, de exemplu, prin contact).
În acest caz, ambele corpuri sunt încărcate, iar sarcinile sunt opuse ca semn, dar egale ca mărime.
Interacțiunea corpurilor, având taxe de același sau semn diferit, poate fi demonstrat în următoarele experimente. Electrificăm bastonul de ebonită prin frecare pe blană și îl atingem de un manșon metalic suspendat pe un fir de mătase.
Pe manșon și pe bastonul de ebonită sunt distribuite încărcături de același semn (încărcări negative). Prin apropierea unui stick de ebonită încărcat negativ de un manșon încărcat, puteți vedea că manșonul va fi respins de stick (Fig. 1.1).
Dacă aduceți acum o tijă de sticlă frecată pe mătase (încărcată pozitiv) pe manșonul încărcat, manșonul va fi atras de acesta (Fig. 1.2).
Să luăm două electrometre identice și să încărcăm unul dintre ele (Fig. 2.1). Sarcina acestuia corespunde celor 6 diviziuni de scară.
Dacă conectați aceste electrometre cu o tijă de sticlă, nu vor apărea modificări. Acest lucru confirmă faptul că sticla este un dielectric. Dacă utilizați o tijă de metal A (Fig. 2.2) pentru a conecta electrometrele, ținând-o de mânerul neconductor B, veți observa că sarcina inițială va fi împărțită în două părți egale: jumătate din sarcină se va transfera de la prima minge la a doua. Acum, sarcina fiecărui electrometru corespunde la 3 diviziuni de scară. Astfel, taxa inițială nu s-a schimbat, s-a împărțit doar în două părți.
Dacă o sarcină este transferată de la un corp încărcat la un corp neîncărcat de aceeași dimensiune, atunci sarcina va fi împărțită la jumătate între aceste două corpuri. Dar dacă al doilea corp neîncărcat este mai mare decât primul, atunci mai mult de jumătate din încărcătură se va transfera celui de-al doilea. Cu cât este mai mare corpul căruia i se transferă sarcina, cu atât o parte mai mare a încărcăturii va fi transferată acestuia.
Dar suma totală a taxei nu se va modifica. Astfel, se poate susține că sarcina este conservată. Acestea. legea conservării sarcinii electrice este îndeplinită.
Sarcinile electrice nu există de la sine, ci sunt proprietăți interne ale particulelor elementare - electroni, protoni etc.
Experimental în 1914 fizician american a arătat R. Milliken acea sarcină electrică este discretă . Sarcina oricărui corp este un multiplu întreg al sarcina electrica elementara e = 1,6 × 10 -19 C.
În reacția de formare a unei perechi electron-pozitron, acționează următoarele: legea conservării sarcinii.
q electron +pozitronul q = 0.
Pozitron- o particulă elementară având o masă aproximativ egală cu masa unui electron; Sarcina unui pozitron este pozitivă și egală cu sarcina unui electron.
Bazat legea conservării sarcinii electrice explică electrificarea corpurilor macroscopice.
După cum știți, toate corpurile constau din atomi, care includ electroniȘi protoni. Numărul de electroni și protoni dintr-un corp neîncărcat este același. Prin urmare, un astfel de corp nu prezintă un efect electric asupra altor corpuri. Dacă două corpuri sunt în contact strâns (în timpul frecării, compresiei, impactului etc.), atunci electronii asociați cu atomii sunt mult mai slabi decât protonii și se deplasează de la un corp la altul.
Corpul către care s-au transferat electronii va avea un exces de ei. Conform legii conservării, sarcina electrică a acestui corp va fi egală cu suma algebrică a sarcinilor pozitive ale tuturor protonilor și sarcinilor tuturor electronilor. Această sarcină va fi negativă și egală ca valoare cu suma sarcinilor electronilor în exces.
Un corp cu un exces de electroni are o sarcină negativă.
Un corp care a pierdut electroni va avea o sarcină pozitivă, al cărei modul va fi egal cu suma sarcinile de electroni pierdute de organism.
Un corp care are o sarcină pozitivă are mai puțini electroni decât protoni.
Sarcina electrică nu se modifică atunci când un corp trece la un alt cadru de referință.
Javascript este dezactivat în browserul dvs.Pentru a efectua calcule, trebuie să activați controalele ActiveX!
Forțele electromagnetice joacă un rol imens în natură datorită faptului că toate corpurile conțin particule încărcate electric. Părțile constitutive ale atomilor, nucleele și electronii, au o sarcină electrică
Forțele electromagnetice existente între particulele încărcate sunt enorme. Cu toate acestea, acțiunea forțelor electromagnetice între corpuri nu este direct detectabilă, deoarece corpurile în starea lor normală sunt neutre din punct de vedere electric. Un atom al oricărei substanțe este neutru deoarece numărul de electroni din el este egal cu numărul de protoni din nucleu. Particulele încărcate pozitiv și negativ sunt conectate între ele prin forțe electrice și formează sisteme neutre
Un corp macroscopic este încărcat electric dacă conține o cantitate în exces de particule elementare cu același semn de sarcină. Sarcina negativă a unui corp se datorează unui exces de electroni în comparație cu protonii, iar sarcina pozitivă se datorează lipsei de electroni.
Pentru a obține un corp macroscopic încărcat electric, adică pentru a-l electriza, este necesar să se separe o parte din sarcina negativă de sarcina pozitivă asociată acesteia. Acest lucru se poate face folosind frecare. Dacă treceți un pieptene prin părul uscat, o mică parte din particulele cele mai mobile încărcate - electronii - se vor muta din păr în pieptene și se vor încărca negativ, iar părul va fi încărcat pozitiv.
Egalitatea tarifelor în timpul electrificării. Cu ajutorul experimentului, se poate dovedi că în timpul electrificării prin frecare, ambele corpuri capătă sarcini de semn opus, dar egale ca mărime. Să luăm un electrometru cu a
o sferă de metal cu un orificiu și două plăci pe mânere lungi: una din ebonită și cealaltă din plexiglas. Când se frecă unele de altele, plăcile devin electrificate. Să aducem una dintre plăci în interiorul sferei fără a-i atinge pereții. Dacă placa este încărcată pozitiv, atunci o parte dintre electronii din acul și tija electrometrului vor fi atrași de placă și colectați pe suprafața interioară a sferei. În același timp, săgeata va fi încărcată pozitiv și va fi respinsă din tijă (Fig. 92, a). Dacă aduceți o altă placă în interiorul sferei, după ce ați îndepărtat-o mai întâi pe prima, atunci electronii sferei și tija vor fi respinși de pe placă și se vor acumula în exces pe săgeată. Acest lucru va face ca săgeata să se devieze în același unghi ca în primul experiment. După ce am coborât ambele plăci în interiorul sferei, nu vom detecta abaterea săgeții (Fig. 92, b). Aceasta dovedește că sarcinile plăcilor sunt egale ca mărime și semne opuse.
Cum se produce electrificarea corpurilor? Când electrizați corpurile, este important contactul strâns între ele. Forțele electrice rețin electronii în interiorul corpului. Dar pentru diferite substanțe aceste forțe sunt diferite. În timpul contactului strâns, o mică parte din electronii substanței în care legătura electronilor cu corpul este relativ slabă trece la o altă substanță. Mişcările electronilor nu depăşesc distanţele interatomice cm). Dar dacă cadavrele sunt separate, atunci ambii vor fi acuzați.
Deoarece suprafețele corpurilor nu sunt niciodată perfect netede, contactul strâns dintre corpuri necesar transferului de electroni se stabilește doar pe suprafețe mici ale suprafețelor (Fig. 93). Când corpurile se freacă unele de altele, numărul de zone cu contact apropiat crește și, prin urmare, crește numărul total de particule încărcate care trec de la un corp la altul.
Electrificarea corpurilor și aplicarea ei în tehnologie. Electrificarea semnificativă are loc în timpul frecării țesăturilor sintetice. Când scoateți o cămașă de nailon în aer uscat, puteți auzi un trosnet caracteristic. Scântei mici sar între zonele încărcate ale suprafețelor de frecare. Astfel de fenomene trebuie luate în considerare în producție. Astfel, firele de fire din fabricile textile sunt electrificate din cauza frecării, atrase de fusuri și role și rupte. Fire atrage praful și se murdărește.
Este necesar să se ia măsuri speciale împotriva electrificării firelor.
Electrificarea corpurilor prin contact strâns este utilizată la mașinile de copiat electrice (cum ar fi „Era”, „Xerox”, etc.).
Deci, într-una dintre aceste instalații, pulberea de rășină neagră este amestecată cu mărgele minuscule de sticlă. În acest caz, bilele sunt încărcate pozitiv, iar particulele de pulbere sunt încărcate negativ. Datorită atracției, acestea acoperă suprafața bilelor cu un strat subțire.
Textul sau desenul copiat este proiectat pe o placă subțire de seleniu, a cărei suprafață este încărcată pozitiv. Placa se sprijină pe o suprafață metalică încărcată negativ. Sub influența luminii, placa este descărcată și o sarcină pozitivă rămâne doar în zonele corespunzătoare zonelor întunecate ale imaginii. După aceasta, farfuria este acoperită cu un strat subțire de bile. Datorită atracției sarcinilor opuse, pulberea de rășină este atrasă de zonele încărcate pozitiv ale plăcii. Apoi bilele sunt scuturate și, apăsând strâns o foaie de hârtie pe farfurie, se face o amprentă pe aceasta. Imprimarea este fixată folosind căldură.