Kao i koncept gravitacijske tjelesne težine u Newtonovoj mehanici, koncept naboja u elektrodinamici je primarni, osnovni koncept.

Električno punjenje - To je fizička količina koja karakterizira svojstvo čestica ili tel za pridruživanje elektromagnetskim interakcijama.

Električna naknada obično označava slova p: ili P:.

Skup svih poznatih eksperimentalnih činjenica omogućuje vam da nacrtate sljedeće zaključke:

Postoje dvije vrste električnih naknada, uvjetno spomenuti pozitivne i negativne.

Naknade se mogu prenositi (na primjer, s izravnim kontaktom) iz jednog tijela u drugo. Za razliku od tjelesne težine, električni naboj nije integralna karakteristika ovog tijela. Isto tijelo u različiti uvjeti Može imati drugačiju naknadu.

Naknade istog imena se odbijaju, privučeni su variepeteti. To također pokazuje temeljnu razliku. elektromagnetske sile Od gravitacije. Gravitacijske snage Uvijek su snage privlačnosti.

Jedan od temeljnih zakona prirode je eksperimentalno uspostavljen zakon o konzervaciji električne naplate .

U izoliranom sustavu, algebarski iznos naknada svih tijela ostaje trajan:

Zakon očuvanja električnog naboja tvrdi da se u zatvorenom sustavu tijela ne mogu promatrati procesi rođenja ili nestanka naknada samo jednog znaka.

Od modernog stajališta, elementarne čestice su nositelji optužbi. Sva obična tijela sastoje se od atoma, koji uključuju pozitivno nabijene protone, negativno nabijene elektrone i neutralne čestice - neutrone. Protoni i neutroni dio su atomskih jezgri, elektroni tvore elektronski omotač atoma. Električna bitka protona i elektrona modula su potpuno ista i jednaka elementarnom naboju e..

U neutralnom atomu, broj protona u jezgri jednak je broju elektrona u ljusci. Ovaj se broj zove atomski broj , Atoma ove tvari može izgubiti jedan ili više elektrona ili kupiti višak elektrona. U tim slučajevima, neutralni atom se pretvara u pozitivan ili negativno nabijeni ion.

Naknada se može prenositi iz jednog tijela u drugi samo dijelovi koji sadrže cijeli broj elementarne naknade. Dakle, električni naboj tijela je diskretna vrijednost:

Fizičke količine koje se mogu uzeti samo diskretni broj vrijednosti kvantivan , Osnovna optužba e. To je kvantni (najmanji dio) električnog naboja. Treba napomenuti da je u modernoj fizici elementarnih čestica, postojanje takozvanih kvarkova - čestice s frakcijskim naknadom se pretpostavlja, međutim, u slobodnom stanju kvarkova i dalje nije uspjelo.

U običnom laboratorijski eksperimenti Za otkrivanje i mjerenje korištenih električnih naknada elektrometra ( ili elektroskop) - uređaj koji se sastoji od metalne šipke i strelice koja se može okretati oko horizontalne osi (sl. 1.1.1). Štap sa strelicom izolirana je iz metalnog kućišta. Kada kontaktirate nabijeno tijelo s elektrometrom štapom, električne natpise jednog znaka se distribuiraju preko šipke i strelice. Električne snage odbijanja uzrokuju da se strelica okreće na nekom kutu, koji se može prosuđivati \u200b\u200bputem naboje prenose elektrometrom štapom.

Elektrometar je prilično grub uređaj; Ne dopušta istraživanje snage interakcije optužbi. Prvi put, zakon interakcije fiksnih optužbi otvorio je francuski fizičar charlock privjesak 1785. godine , 1.1.2), koja se razlikovala iznimno visoka osjetljivost. Dakle, na primjer, ljuska rocker okrenula je 1 ° pod djelovanjem naloga od oko 10-9 N.

Ideja o mjerenjima temeljila se na briljantnoj hladnoj nagađanju da ako se nabijena lopta donese u kontakt s točno istim nenaplaćenim, a zatim će se naknada prve podijeliti između njih. Dakle, metoda je naznačena da promijeni loptu lopte u dva, tri, itd. U eksperimentima kulaja mjerena je interakcija između lopti, čija su dimenzije mnogo manje od udaljenosti između njih. Takva optužena tijela su uobičajena zvana točku optužbi.

Naplatiti nazvana naplaćena tijela, koje se mogu zanemariti veličine u uvjetima ovog zadatka.

Na temelju brojnih eksperimenata, privjesak je uspostavio sljedeći zakon:

Snage interakcije fiksnih naknada izravno su proporcionalne proizvodu punjenja modula i obrnuto proporcionalni kvadratu udaljenosti između njih:

Sile interakcije podliježu trećem Newtonskom pravu:

Oni su odbojne snage s istim znakovima optužbi i privlačnosti različiti znakovi (Sl. 1.1.3). Zove se interakcija fiksnih električnih naknada elektrostatički ili koulom interakcija. Poziv elektrodinamike proučavanja coulomb interakcije naziva se elektrostatika .

Zakon Coulona je pošteno za točku optuženih tijela. Praktično je zakon u kuliku dobro učinio ako je veličina optuženih tijela mnogo manja od udaljenosti između njih.

Koeficijent proporcionalnosti k. U zakonu Coulona ovisi o izboru sustava jedinica. U međunarodnom sustavu SI po jedinici privjesak (Cl).

Privjesak - Ovo je naknada koja prolazi kroz poprečni presjek vodiča na struji 1 A. Jedinica struje (AMP) u C je zajedno s jedinicama duljine, vremena i mase glavna jedinica mjere.

Koeficijent k. SI sustav je obično napisan u obliku:

Gdje - električna konstanta .

U sustavu SI osnovna optužba e. jednak:

Iskustvo pokazuje da su sile coulomb interakcije podložne principu superpozicije:

Ako optuženo tijelo istovremeno uradi s nekoliko optuženih tijela, tada je rezultirajuća sila koja djeluje na ovom tijelu jednaka vektoru Zbroj sila koje djeluju na ovo tijelo iz svih drugih optuženih tijela.

Sl. 1.1.4 Objašnjava načelo superpozicije na primjer elektrostatičke interakcije triju nabijenih tijela.

Načelo superpozicije je temeljni zakon prirode. Međutim, njegova uporaba zahtijeva određeni oprez, u slučaju kada pričamo Na interakciji nabijenih tijela konačnih veličina (na primjer, dvije vodljive nabijene kuglice 1 i 2). Ako je sustav dvije nabijene kugle treće napunjene lopte, onda će se interakcija između 1 i 2 promijeniti naknade za preraspodjelu.

Načelo superpozicije tvrdi da navedena (fiksna) raspodjela naknada Sva tijela moći elektrostatske interakcije između bilo kojeg dva tijela ne ovise o prisutnosti drugih optuženih tijela.

- jedan od temeljnih zakona prirode. Zakon očuvanja optužbe otvoren je 1747. B. Franklin.

Elektron - Čestica koja je dio atoma. U povijesti fizike bilo je nekoliko modela strukture atoma. Jedan od njih dopuštajući objasniti niz eksperimentalnih činjenica, uključujući fenomen elektrifikacije , predloženo je E. Rootford, Na temelju eksperimenata zaključio je da u središtu atoma postoji pozitivno nabijeni kernel, oko koji se negativno napunjeni elektroni kreću oko orbita. Neutralan atom pozitivan Jezgra je jednaka ukupnom negativnom naboju elektrona. Atom jezgra se sastoji od pozitivno nabijenih protona i neutralnih neutronskih čestica. Protonska naknada na modulu jednaka je na naknadu za elektron. Ako se jedan ili više elektrona uklanja iz neutralnog atoma, postaje pozitivno nabijeni ion; Ako su elektroni pričvršćeni na atom, postaje negativno nabijeni ion.

Poznavanje strukture atoma omogućuje vam da objasnite fenomen elektrifikacije trenje , Elektroni, slabo povezani s jezgrom, mogu se odvojiti od jednog atoma i pridružiti se drugom. To objašnjava zašto se na jednom tijelu može formirati nedostatak elektrona, a s druge - njihove višak , U tom slučaju, prvo tijelo se naplaćuje pozitivno i drugi - negativan .

Kada dođe do elektrifikacije redistribucija naplate , oba tijela su elektrificirana, stjecanje jednakih optužbi suprotnih znakova. U isto vrijeme, algebarski iznos električnih naknada prije i nakon elektrifikacije ostaje trajno:

P 1 + Q 2 + ... + q n \u003d Const.

Algebarski iznos naknada ploča prije i nakon elektrifikacije je nula. Zabilježena jednakost izražava temeljno pravo prirode - zakon o konzervaciji električne naplate.

Kao i svaki fizički zakon, ima određene granice primjenjivosti: to je pošteno za zatvoreno tijelo tijela , Za kombinaciju tijela, izoliranih iz drugih objekata.

Također u Drevna grčka Primijećeno je da je jantarno bijesno krzno počne privući male čestice - prašinu i mrvice. Dugo vremena (Sve do sredine 18. stoljeća) ne može dati ozbiljan potkrijepljenje ovog fenomena. Samo 1785. godine privjesak, promatranje interakcije nabijenih čestica donijela je osnovni zakon njihove interakcije. U oko pola stoljeća, proučavana i sistematizirala učinak električnih struja i magnetskog polja, a nakon još trideset godina, Maxwell je potkrijepila teoriju elektromagnetsko polje.

Električno punjenje

Po prvi put, pojam "električne" i "elektrifikacije", kao derivati \u200b\u200biz latinske riječi "Electri" - Amber, uvedeni su 1600. Engleski znanstvenici W. Hilbert da objasne fenomene koji se pojavljuju kada trljanje jantarno krzno ili čašu koža. Dakle, tijela koja imaju električna svojstva su se električno napunjena, odnosno prenesena električna naboja.

Iz gore navedenog slijedi da je električni naboja kvantitativna karakteristika koja prikazuje stupanj mogućeg sudjelovanja tijela u elektromagnetskoj interakciji. Naknada je označena q ili q i ima privjesak za pražnjenje (CL)

Kao rezultat brojnih eksperimenata izvedena su glavna svojstva električnih naknada:

• postoje optužbe za dvije vrste koje su uvjetno nazvane pozitivne i negativne;
• električne naknade mogu se prenositi iz jednog tijela u drugo;
• električni troškovi istog imena se odbijaju jedni od drugih, a relevantni - privlače jedni druge.

Osim toga, uspostavljen je zakon štednje: algebarski iznos električnih naknada u zatvorenom (izoliranom) sustavu ostaje konstantna

Godine 1749. američki izumitelj Benjamin Franklin vraća teoriju električnih pojava, prema kojima je električna energija optužena tekućina, čiji je nedostatak utvrđen kao negativna električna energija i višak - pozitivna električna energija. Dakle, izgledao je poznati paradoks elektrotehnike: prema teoriji B. Franklina, struja teče od pozitivnog na negativni stup.

Prema suvremena teorija Strukture tvari, sve tvari se sastoje od molekula i atoma, koje se zauzvrat sastoje od atoma kernela i elektrona koji se okreću oko njega ". Kernel je nehomogena i sastoji se od protona "p" i neutrona "N". Štoviše, elektroni su negativno nabijeni čestice, a protoni su pozitivno napunjeni. Budući da udaljenost između elektrona i atom jezgre značajno premašuje dimenzije samih čestica, elektroni se mogu odcijepiti iz atoma, čime se određuje kretanje električnih naknada između tijela.

Osim gore navedenih svojstava, električni naboji ima svojstvo podjele, ali postoji vrijednost minimalnog mogućeg nedjeljivog naboja jednaka apsolutna vrijednost Elektronska naknada (1,6 x 10 -19 Cl), također se naziva elementarnim nabojem. Trenutno je postojanje čestica s električnim nabojem manji od elementarne, koji se nazivaju kvarkovi, ali vrijeme njihovog postojanja je blago iu slobodnom stanju koji nisu otkriveni.

Zakon u kulaku. Princip superpozicije

Interakcija fiksnih električnih naknada proučava se dijelom fizike pod nazivom elektrostatički, koji zapravo zapravo leži zakon kulaka, koji je izveden iz brojnih eksperimenata. Ovaj zakon, kao i jedinica električnog naboja, nazvana je po francuskoj FIZIKI.

Privjesak koji provodi svoje eksperimente utvrdilo je da je snaga interakcije između dva mala električna naknada podliježe sljedećim pravilima:

• sila je proporcionalna veličini svake naknade;
• sila je obrnuto proporcionalna trgu udaljenosti između njih;
• smjer sile je bitno duž izravnog priključnog naboja;
• sila je atrakcija ako se tijela nasuprot suprotnosti i odbijanju u slučaju iste naknade.

Dakle, zakon u koulon je izražen sljedećom formulom

gdje je Q1, Q2 veličina električnih naknada,

r je udaljenost između dva optužbe,

k je koeficijent proporcionalnosti jednak k \u003d 1 / (4πε 0) \u003d 9 * 10 9 KL 2 / (h * m2), gdje je ε 0 električna konstanta, ε 0 \u003d 8.85 * 10 -12 -12 / ( N * m 2).

Napomim da je prethodno električna konstantna ε0 nazvana dielektrična konstanta ili dielektrična propusnost vakuuma.

Zakon Culon se manifestira, ne samo kada je interakcija dva optužbe, već i da je sustav češće od nekoliko optužbi. U tom slučaju, zakon Kulona nadopunjuje još jedan značajan čimbenik pod nazivom "Načelo slojeva" ili načelo superpozicije.

Načelo superpozicije temelji se na dva pravila:

• utjecaj na napunjenu česticu nekoliko sila je vektorski zbroj učinaka tih sila;
• bilo koji složeni pokret sastoji se od nekoliko jednostavnih pokreta.

Načelo superpozicije, po mom mišljenju, najlakše je prikazati grafički

Slika prikazuje tri punjenja: -q 1, + Q 2, + Q3. Kako bi se izračunala snaga F ukupno, koja djeluje na naknadu -q 1, potrebno je izračunati u skladu sa zakonom hlađenja interakcije F1 i F2 između -q 1, + Q 2 i -Q 1 , + Q3. Zatim, dobivene sile su presavijene prema pravilu formiranja vektora. U ovom slučaju, F je izračunata kao dijagonala paralelograma prema slijedećem izrazu

gdje je α kut između vektora F1 i F2.

Električno polje. Napetost električnog polja

Svaka interakcija između optužbi, koja se naziva coulomb interakcija (po imenu zakona o krilu), pojavljuje se uz pomoć elektrostatičkog polja, što je u vremenu kratkotrajno polje fiksnih naknada. Električno polje dio je elektromagnetskog polja i stvara se električnim naknadama ili napunjenim tijelima. Električno polje utječe na optužbe i nabijene tijela, bez obzira na to jesu li se kreću ili su u mirovanju.

Jedan od temeljnih koncepata električno polje je njegova napetost, koja je definirana kao omjer snage struje za naplatu u električno polje na veličinu ove naknade. Da biste otkrili ovaj koncept, potrebno je uvesti takav koncept kao "probnu naknadu".

"Substvena naknada" naziva se takvom naknadom koja ne sudjeluje u stvaranju električnog polja, a također ima vrlo mali iznos i stoga njegova prisutnost ne uzrokuje preraspodjelu troškova u prostoru, a time ne iskrivljuje električno polje stvorene električne naknade.

Dakle, ako napravite "probnu naknadu" Q 0 do točke, koja je na nekoj udaljenosti od punjenja Q, onda neka sila f, zbog prisutnosti naboja Q, djeluje na "probnu naknadu". Odnos snage F 0 koji djeluje na probnu naknadu, u skladu sa zakonom Coulona, \u200b\u200bna veličinu "testnog naboja" naziva se snaga električnog polja. Snaga električnog polja ukazuje na E i ima ugriznosti N / Cl

Potencijal elektrostatičkog polja. Potencijalna razlika

Kao što znate, ako bilo koja snaga djeluje na tijelo, takav tijelo čini određeni posao. Prema tome, naplata smještena u električnom polju također će obavljati posao. U električnom polju, obavljeni rad ne ovisi o putanjem pokreta, već se određuje samo položaj koji zauzima česticu na početku i kraj kretanja. U fizici polja kao što je električno polje (gdje rad ne ovisi o putanju kretanja tijela) nazivaju se potencijal.

Rad izveden u tijelu određuje se sljedećim izrazom

gdje je F sila koja djeluje ne tijelo,

S - udaljenost koja je putovala moć tijela f,

α je kut između smjera kretanja tijela i smjera sile F.

Tada je rad izveden od strane "testnog naboja" u električnom polju koje je stvorila naknada Q 0 bit će određen iz zakona kulaka

gdje je Q p - "probna naknada",

p0 - naknada stvaranje električnog polja,

r1 i R2 - Odnosno, udaljenost između q p i q0 u početnom i konačna pozicija "Probna naknada."

Budući da je izvedba povezana s promjenom potencijalne energije w, tada

I potencijalna energija "testnog naboja" u svakoj hotelskoj točki putanja kretanja određuje se iz sljedećeg izraza

Kao što se može vidjeti iz izraza s promjenom veličine "testnog punjenja" Q N vrijednosti potencijalnog energetskog WP-a bit će promijenjen u odnosu na QP, stoga je uveden drugi parametar u karakteristiku električnog polja, koji je potencijal električnog polja φ, što je energetska karakteristična i određuje se sljedećim izrazom

gdje je k koeficijent proporcionalnosti jednak k \u003d 1 / (4πε 0) \u003d 9 * 10 9 kl 2 / (h * m2), gdje je ε 0 je električna konstanta, ε 0 \u003d 8,85 * 10 -12 kl 2 / (n * m 2).

Stoga je potencijal elektrostatičkog polja energetska karakteristika koja karakterizira potencijalnu energiju koju je naboj u ova točka elektrostatičko polje.

Od gore navedenog, možemo zaključiti da se rad izvodi prilikom premještanja naboj s jedne točke na drugi može se odrediti iz sljedećeg izraza

To jest, rad koji provodi elektrostatičko polje s kretanjem naboja od jedne točke na drugu jednaka je naknadi za naknadu na potencijalnoj razlici u početnim i krajnjim točkama putanja.

Prilikom izračunavanja najprikladnijeg znanja potencijalne razlike između točaka električnog polja, a ne specifične vrijednosti potencijala u tim točkama, dakle, govoreći o potencijalu bilo koje točke polja, potencijalne razlike između toga Točka i druga točka polja, čiji je potencijal trebao smatrati jednakim nuli.

Potencijalna razlika određuje se iz sljedećeg izraza i ima voltnu dimenziju (b)

Nastavak čitanja u sljedećem članku

Teorija je dobra, ali bez praktična aplikacija To su samo riječi.

Činjenica da električni troškovi u prirodi postoje, čovječanstvo je znala od vremena drevnih grčkih prirodnih filozofa, koji su otkrili da su komadi jantara, ako su izgubljeni u mačji vuna, počeli odbijaju se jedno od drugoga. Danas znamo da je električni naboj, poput mase, jedno od temeljnih svojstava materije. Sve elementarne čestice, od kojih se sastoje od materijalni svemir, imaju jedan ili drugi električni naboj - pozitivni (slični protonima u sastavu atomske jezgre), neutralne (kao što su neutroni iste jezgre) ili negativni (slični elektronima koji tvore vanjski omotač atomske jezgre i osiguravaju njegovu električnu neutralnost u cjelini).

Jedna od najkorisnijih tehnika u fizici je identificirati ukupno (ukupno) svojstva sustava koji se ne mijenjaju pod bilo kakvim promjenama u njegovom stanju. Takva svojstva, izražavajući znanstveni jezik, su konzervativanZato što ih se izvodi za njih zakoni očuvanja, Svaki zakon o očuvanju je sveden na izjavu o činjenici da je u zatvorenom (u smislu potpunog odsutnosti "propuštanja" ili "primitaka" odgovarajuće fizičke količine) konzervativni sustav Odgovarajuća vrijednost koju karakterizira sustav u cjelini ne mijenja tijekom vremena.

Električna naknada se samo odnosi na kategoriju konzervativnih obilježja zatvorenih sustava. Algebarski iznos pozitivnih i negativnih električnih naknada - Čista potpuna naplata sustava - ne mijenja se ni pod kojim okolnostima, bez obzira na procese u sustavu. Posebno, kada kemijske reakcijeNegativno nabijeni valentski elektroni mogu se redistribuirati između vanjskih školjki formiranja kemijskih veza atoma razne tvari - Ni kumulativni negativni naboj elektrona niti kumulativni pozitivan naboj protona u kernelu u zatvorenom kemijskom sustavu neće se mijenjati. A to je samo najjednostavniji primjer, budući da u kemijskim reakcijama, ne postoje transmutacije protona i elektrona samih, kao posljedica kojih se broj pozitivnih i negativnih naknada u sustavu može jednostavno izračunati.

S više visoke energijeMeđutim, električno nabijene elementarne čestice počinju sudjelovati u interakciji jedni s drugima, te slijediti usklađenost sa zakonom očuvanja električnog naboja postaje mnogo teže, ali se izvodi u ovom slučaju. Na primjer, s reakcijom spontanog raspada izoliranog neutrona, nastaje proces, koji se može opisati slijedećom formulom:

gdje je p pozitivno nabijeni proton, N je neutralno nabijeni neutron, E je negativno nabijeni elektron, a V je neutralna čestica koja se zove neutrina. Lako je vidjeti da je u izvornom materijalu iu reakcijskom proizvodu, ukupni električni naboj je nula (0 \u003d (+1) + (-1) + 0), ali u ovom slučaju postoji promjena ukupan Pozitivne i negativno nabijene čestice u sustavu. To je jedna od reakcija radioaktivnog raspada, u kojima je zakon o očuvanju algebarski iznos Izvodi se električne naknade, unatoč formiranju novih nabijenih čestica. Takvi procesi su karakteristični za interakcije između elementarnih čestica, u kojima se čestice s drugim električnim naknadama rađaju iz čestica s jednim električnim naknadama. Ukupni električni naboj zatvorenog sustava, u svakom slučaju, ostaje nepromijenjen.