Elektrodinamika- znanost o svojstvima elektromagnetskog polja.
Elektromagnetsko polje- određeno kretanjem i međudjelovanjem nabijenih čestica.
Manifestacija električnog/magnetskog polja- ovo je djelovanje električnih/magnetskih sila:
1) sile trenja i sile elastičnosti u makrokozmosu;
2) djelovanje električnih/magnetskih sila u mikrokozmosu (struktura atoma, sprezanje atoma u molekule, transformacija elementarnih čestica)
Otkriće električnog/magnetskog polja- J. Maxwell.
ELEKTROSTATIKA
Grana elektrodinamike proučava električki nabijena tijela u mirovanju.
Elementarne čestice možda ima e-poštu naboj, tada se nazivaju nabijeni;
- međusobno djeluju silama koje ovise o udaljenosti između čestica, ali višestruko premašuju sile međusobne gravitacije (ova interakcija se naziva elektromagnetska).
Električno punjenje- fizikalna veličina koja određuje intenzitet elektromagnetskih međudjelovanja.
Postoje 2 predznaka električnih naboja: pozitivni i negativni.
Čestice jednakog naboja se odbijaju, a čestice različitog naboja privlače.
Proton ima pozitivan naboj, elektron ima negativan naboj, a neutron je električki neutralan.
Elementarni naboj- minimalna naknada koja se ne može podijeliti.
Kako možemo objasniti prisutnost elektromagnetskih sila u prirodi? - Sva tijela sadrže nabijene čestice.
U normalnom stanju tijela su električki neutralna (jer je atom neutralan), a elektromagnetske sile se ne manifestiraju.
Tijelo je nabijeno, ako ima višak naboja bilo kojeg predznaka:
negativno nabijen - ako postoji višak elektrona;
pozitivno nabijen – ako postoji nedostatak elektrona.
Elektrifikacija tijela- ovo je jedan od načina dobivanja nabijenih tijela, na primjer, kontaktom).
U tom su slučaju oba tijela nabijena, a naboji su suprotnog predznaka, ali jednaki po veličini.
U zatvorenom sustavu algebarski zbroj naboji svih čestica ostaju nepromijenjeni.
(... ali ne i broj nabijenih čestica, jer postoje transformacije elementarnih čestica).
Zatvoreni sustav- sustav čestica u koji nabijene čestice ne ulaze izvana i ne izlaze.
Osnovni zakon elektrostatike.
Sila međudjelovanja između dva točkasta nepokretna nabijena tijela u vakuumu izravno je proporcionalna umnošku modula naboja i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih.
Kada tijela se smatraju točkastim tijelima? - ako je udaljenost između njih mnogo puta više veličina tel.
Ako dva tijela imaju električni naboj, tada međusobno djeluju prema Coulombovom zakonu.
Jedinica električno punjenje:
1 C je naboj koji prolazi kroz poprečni presjek vodiča u 1 sekundi pri struji od 1 A
1 razred - vrlo veliki naboj
Elementarni naboj:
Uobičajeno je da se koeficijent proporcionalnosti u Coulombovom zakonu u vakuumu zapisuje u obliku
gdje je električna konstanta
Coulombov zakon za veličinu sile međudjelovanja između naboja u proizvoljnom mediju (u SI):
Dielektrična konstanta medija karakterizira električna svojstva medija. U vakuumu
Dakle, Coulombova sila ovisi o svojstvima medija između nabijenih tijela.
Elektrostatika i zakoni istosmjerne struje - Cool physics
>>Fizika: Zakon održanja električnog naboja
Znate da je masa tijela očuvana. Električni naboj je također očuvan. To je naboj, a ne broj nabijenih čestica.
Iskustva s elektriziranjem ploča dokazuju da kod elektriziranja trenjem dolazi do preraspodjele postojećih naboja između tijela koja su u prvi trenutak neutralna. Mali dio elektrona prelazi s jednog tijela na drugo. U tom se slučaju nove čestice ne pojavljuju, a već postojeće ne nestaju.
Kada su tijela naelektrizirana, zakon održanja električnog naboja
. Ovaj zakon vrijedi za sustav u koji nabijene čestice ne ulaze izvana i iz kojeg ne izlaze, tj. izolirani sustav. U izoliranom sustavu očuvan je algebarski zbroj naboja svih čestica
. Ako se naboji čestica označe sa q 1 , q 2 itd., zatim
Zakon očuvanja naboja ima duboko značenje. Ako se broj nabijenih elementarnih čestica ne mijenja, tada je ispunjenje zakona očuvanja naboja očito. Ali elementarne čestice se mogu pretvarati jedna u drugu, rađati se i nestajati, dajući život novim česticama. Međutim, u svim slučajevima, nabijene čestice rađaju se samo u parovima s nabojima iste veličine i suprotnog predznaka; Nabijene čestice također nestaju samo u parovima, pretvarajući se u neutralne. I u svim tim slučajevima, algebarski zbroj naboja ostaje isti.
Valjanost zakona održanja naboja potvrđuju opažanja ogromnog broja transformacija elementarnih čestica. Ovaj zakon izražava jedno od najosnovnijih svojstava električnog naboja. Razlog očuvanja naboja još uvijek nije poznat.
Električni naboj je očuvan u svemiru. Ukupni električni naboj svemira najvjerojatnije je nula; broj pozitivno nabijenih elementarnih čestica jednak je broju negativno nabijenih elementarnih čestica.
???
1. Formulirajte zakon održanja električnog naboja.
2. Navedite primjere pojava kod kojih se uočava očuvanje naboja.
G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizika 10. razred
Sadržaj lekcije bilješke lekcije prateći okvir lekcija prezentacija metode ubrzanja interaktivne tehnologije Praksa zadaci i vježbe radionice za samotestiranje, treninzi, slučajevi, potrage domaća zadaća pitanja za raspravu retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video isječci i multimedija fotografije, slike, grafike, tablice, dijagrami, humor, anegdote, vicevi, stripovi, parabole, izreke, križaljke, citati Dodaci sažetakačlanci trikovi za znatiželjne jaslice udžbenici osnovni i dodatni rječnik pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i nastaveispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje ulomka u udžbeniku, elementi inovacije u nastavi, zamjena zastarjelih znanja novima Samo za učitelje savršene lekcije kalendarski plan za godinu smjernice programi rasprava Integrirane lekcijeAko imate ispravke ili prijedloge za ovu lekciju,
Električni naboj je sposobnost tijela da budu izvor elektromagnetskih polja. Ovako izgleda enciklopedijska definicija važne električne veličine. Glavni zakoni povezani s njim su Coulombov zakon i očuvanje naboja. U ovom ćemo članku pogledati zakon održanja električnog naboja, pokušat ćemo ga definirati jednostavnim riječima i dati sve potrebne formule.
Koncept "" je prvi put uveden 1875. u ovom. Formulacija kaže da je sila koja djeluje između dviju nabijenih čestica, usmjerenih pravocrtno, izravno proporcionalna naboju i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih.
To znači da će se udaljavanjem naboja za faktor 2 sila njihove interakcije smanjiti za faktor četiri. A ovako to izgleda u vektorskom obliku:
Granica primjenjivosti gore navedenog:
- točkaste naknade;
- jednoliko nabijena tijela;
- njegovo djelovanje vrijedi na velikim i malim udaljenostima.
Zasluge Charlesa Coulomba u razvoju moderne elektrotehnike su velike, ali prijeđimo na glavnu temu članka - zakon očuvanja naboja. On tvrdi da je zbroj svih nabijenih čestica u zatvorenom sustavu konstantan. Jednostavnim riječima, naboji se ne mogu tek tako pojaviti ili nestati. Pritom se ne mijenja tijekom vremena i može se mjeriti (ili podijeliti, kvantizirati) na dijelove koji su višekratnici elementarnog električnog naboja, odnosno elektrona.
Ali zapamtite da u izoliranom sustavu nove nabijene čestice nastaju samo pod utjecajem određenih sila ili kao rezultat nekih procesa. Tako ioni nastaju kao rezultat ionizacije plinova, na primjer.
Ako vas zanima pitanje, tko je i kada otkrio zakon održanja naboja? Potvrdio ju je 1843. godine veliki znanstvenik Michael Faraday. U pokusima koji potvrđuju zakon održanja, broj naboja se mjeri elektrometrima, njegovim izgled prikazano na slici ispod:
No, potvrdimo svoje riječi praksom. Uzmimo dva elektrometra, na šipku jednog stavimo metalnu ploču i pokrijmo je tkaninom. Sada nam treba još jedan metalni disk na dielektričnoj ručki. Protrljamo ga o disk koji leži na elektrometru i oni se naelektriziraju. Kada se disk s dielektričnom ručkom ukloni, elektrometar će pokazati koliko je nabijen; dodirujemo drugi elektrometar s diskom s dielektričnom ručkom. Njegova strelica će također skrenuti. Spojimo li sada dva elektrometra sa šipkom na dielektrične ručke, njihove će se strelice vratiti u prvobitni položaj. To znači da je ukupni ili neto električni naboj jednak nuli i da njegova veličina u sustavu ostaje ista.
To dovodi do formule koja opisuje zakon održanja električnog naboja:
Sljedeća formula kaže da je promjena električnog naboja u volumenu ekvivalentna ukupnoj struji kroz površinu. Ovo se također naziva "jednadžba kontinuiteta".
A ako odemo na vrlo mali volumen, dobit ćemo zakon održanja naboja u diferencijalnom obliku.
Također je važno objasniti kako su naboj i maseni broj povezani. Kada se govori o strukturi tvari često se čuju riječi kao što su molekule, atomi, protoni i slično. Tako se zove maseni broj ukupno protona i neutrona, a broj protona i elektrona u jezgri nazivamo nabojnim brojem. Drugim riječima, broj naboja je naboj jezgre, a uvijek ovisi o njenom sastavu. Pa, masa elementa ovisi o broju njegovih čestica.
Stoga smo ukratko ispitali pitanja vezana uz zakon održanja električnog naboja. To je jedan od temeljnih zakona fizike, uz zakone održanja količine gibanja i energije. Njegovo djelovanje je besprijekorno i s vremenom i razvojem tehnologije nije moguće osporiti njegovu valjanost. Nadamo se da su vam nakon čitanja našeg obrazloženja postale jasne sve ključne točke ovog zakona!
Materijali
Elektrostatika proučava svojstva i interakcije naboja koji miruju u referentnom okviru u kojem se promatraju.
U prirodi postoje samo dvije vrste električnih naboja - negativni i pozitivni. Na staklenoj šipci natrljanoj kožom može se pojaviti pozitivan naboj, a na jantaru natrljanom vunom negativan naboj.
Poznato je da su sva tijela građena od atoma. S druge strane, atom se sastoji od pozitivno nabijene jezgre i elektrona koji kruže oko nje. Budući da elektroni imaju negativan naboj, a jezgra pozitivan, atom kao cjelina je električki neutralan. Kada mu je izložen izvana, može izgubiti jedan ili više elektrona i pretvoriti se u pozitivno nabijeni ion. Ako atom (ili molekula) veže dodatni elektron za sebe, pretvorit će se u negativni ion.
Dakle, električni naboj može postojati u obliku negativnog ili pozitivni ioni i elektrona. Postoji jedna vrsta "besplatnog elektriciteta" - negativni elektroni. Dakle, ako tijelo ima pozitivan naboj, nema dovoljno elektrona, a ako je negativan, onda ima višak.
Električna svojstva svake tvari određena su njezinom atomskom strukturom. Atomi čak mogu izgubiti nekoliko elektrona, u kojem slučaju se nazivaju višestruko ionizirani. Jezgra atoma sastoji se od protona i neutrona. Svaki proton nosi naboj koji je jednak naboju elektrona, ali suprotnog predznaka. Neutroni su električki neutralne čestice (nemaju električni naboj).
Osim protona i elektrona, električni naboj imaju i druge elementarne čestice. Električni naboj je sastavni dio elementarnih čestica.
Najmanjim nabojem smatra se naboj jednak naboju elektrona. Također se naziva i elementarni naboj, koji je jednak 1,6·10 -19 C. Svaki naboj je višekratnik cijelog broja naboja elektrona. Dakle, naelektrisanje tijela ne može se odvijati kontinuirano, već samo u koracima (diskretno), prema količini naboja elektrona.
Ako se pozitivno nabijeno tijelo počne ponovno puniti (nabijati negativnim elektricitetom), tada se njegov naboj neće odmah promijeniti, već će se prvo smanjiti na nulu, a tek onda dobiti negativni potencijal. Iz ovoga možemo zaključiti da one kompenziraju jedna drugu. Ova činjenica doveli su znanstvenike do zaključka da "nenabijena" tijela uvijek sadrže naboje pozitivnog i negativnog predznaka, koji su sadržani u takvim količinama da njihovo djelovanje potpuno kompenzira jedno drugo.
Tijekom elektrifikacije, trenje razdvaja negativne i pozitivne "elemente" sadržane u "nenabijenom tijelu". Kao rezultat kretanja negativnih elemenata tijela (elektrona), oba tijela su elektrificirana, jedno je negativno, a drugo pozitivno. Količina naboja koji "teče" s jednog elementa na drugi ostaje konstantna tijekom cijelog procesa.
Iz ovoga možemo zaključiti da naknade nisu nastaju i ne nestaju, već jednostavno “teku” iz jednog tijela u drugo ili se kreću unutar njega. To je bit zakona održanja električnih naboja. Kada dođe do trenja, mnogi materijali su podložni elektrizaciji - ebonit, staklo i mnogi drugi. U mnogim industrijama (tekstilna, papirna i druge) prisutnost statičkog elektriciteta predstavlja ozbiljan inženjerski problem, jer elektrifikacija elemenata uzrokovana trenjem papira, tkanine ili drugih industrijskih proizvoda o dijelove stroja može uzrokovati požare i eksplozije.
Zakon očuvanja naboja može se formulirati kraće - u izoliranom sustavu algebarski zbroj nabijenih elemenata ostaje konstantan:
Ovaj zakon vrijedi i za međusobne transformacije raznih elementarnih čestica koje čine atom i jezgru kao cjelinu.
- jedan od temeljnih zakona prirode. Zakon očuvanja naboja otkrio je 1747. B. Franklin.
Elektron- čestica koja je dio atoma. U povijesti fizike postojalo je nekoliko modela strukture atoma. Jedan od njih, koji omogućuje objašnjenje niza eksperimentalnih činjenica, uključujući fenomen elektrifikacije , predloženo je E. Rutherford. Na temelju svojih pokusa zaključio je da se u središtu atoma nalazi pozitivno nabijena jezgra oko koje se u orbitama kreću negativno nabijeni elektroni. Neutralni atom ima pozitivan nuklearni naboj jednak ukupnom negativni naboj elektroni. Jezgra atoma sastoji se od pozitivno nabijenih protona i neutralnih čestica, neutrona. Naboj protona jednak je u apsolutnoj vrijednosti naboju elektrona. Ako se jedan ili više elektrona ukloni iz neutralnog atoma, on postaje pozitivno nabijen ion; Ako se atomu dodaju elektroni, on postaje negativno nabijen ion.
Poznavanje strukture atoma omogućuje nam da objasnimo pojavu naelektrisanja trenje . Elektroni koji su labavo vezani za jezgru mogu se odvojiti od jednog atoma i pričvrstiti za drugi. To objašnjava zašto se može formirati na jednom tijelu nedostatak elektrona, a s druge - njihove višak. U tom slučaju prvo tijelo postaje nabijeno pozitivno , a drugi - negativan .
Kod elektrifikacije se javlja preraspodjela naboja , oba su tijela naelektrizirana, dobivaju naboje jednake veličine i suprotnih predznaka. U tom slučaju algebarski zbroj električnih naboja prije i poslije elektrifikacije ostaje konstantan:
q 1 + q 2 + … + q n = konst.
Algebarski zbroj naboja ploča prije i poslije naelektrisanja jednak je nuli. Pisana jednakost izražava temeljni zakon prirode - zakon održanja električnog naboja.
Kao i svaki fizikalni zakon, on ima određene granice primjenjivosti: pošten je za zatvoreni sustav tijela , tj. za zbirku tijela izoliranih od drugih objekata.
