Koje su čestice uključene u elektrifikaciju. Koje se čestice kreću s jednog tijela na drugo tokom procesa naelektrisanja? Šta se dešava sa nabojima tela? Zakon održanja električnog naboja

1. koje energetske transformacije se dešavaju kada se tijelo diže i kada pada?
2.šta se dešava sa mehaničkom energijom kada olovni uteg udari u olovnu ploču?
3.koja energija se naziva unutrašnja energija sistema?
4. kako se unutrašnja energija gasa menja tokom njegovog širenja; kada je komprimiran? dati primjere
5. Da li tijelo čija je temperatura 0 stepeni Celzijusa ima unutrašnju energiju?
6. ista supstanca može biti u čvrstom, tečnom ili gasovitom stanju. U kojem stanju je unutrašnja energija tijela veća? manje?

1. Na kom načinu prenosa toplote se zasniva zagrevanje čvrstih materija?A. Toplotna provodljivost.B. Konvekcija B. Zračenje 2. Koja vrsta prenosa toplote

praćeno prenosom materije? A. Toplotna provodljivost B. Zračenje B. Konvekcija 3. Koja od sljedećih tvari ima najveću toplinsku provodljivost?A. Krzno. B. Drvo. B. Čelik 4. Koja od sljedećih tvari ima najmanju toplotnu provodljivost A. Piljevina. B. Olovo. B. Bakar.5. Navedite mogući način prijenosa topline između tijela odvojenih bezvazdušnim prostorom A. Toplotna provodljivost B. Konvekcija B. Zračenje 6. Metalna ručka i drvena vrata će biti podjednako topli na dodir na temperaturi...A.iznad tjelesne temperature.B. ispod telesne temperature. B. jednaka telesnoj temperaturi. 7. Šta se dešava sa temperaturom tela ako ono apsorbuje onoliko energije koliko emituje? A. Telo se zagreva. B. Tijelo se hladi.B. Tjelesna temperatura se ne mijenja.8. Na koji način dolazi do prijenosa topline u tekućinama? A. Toplotna provodljivost B. Konvekcija B. Zračenje.9. Koja od sljedećih supstanci ima najmanje A. Zrak. B. Liveno gvožđe. B. Aluminij10. Specifični toplotni kapacitet vode je 4200 (J/kg*0S). To znači da...A.za zagrijavanje vode težine 4200 kg za 1°C potrebna je količina topline jednaka 1 J.B. za zagrevanje vode težine 1 kg za 4200 °C potrebna je količina toplote jednaka 1 J.B. Za zagrevanje vode težine 1 kg za 1 °C potrebno je 11. Specifična toplota sagorevanja goriva pokazuje koliki je coA. goriva B. potpuno sagorevanje goriva.B. sa potpunim sagorevanjem goriva težine 1 kg.12. Do isparavanja dolazi...A.na bilo kojoj temperaturi.B. na tački ključanja B. na određenoj temperaturi za svaku tečnost.13. U prisustvu vjetra dolazi do isparavanja...A.brže.B. sporije.B. istom brzinom kao iu njegovom odsustvu.14. Može li efikasnost toplotnog motora postati 100% ako se trenje između pokretnih dijelova ove mašine smanji na nulu?A. Da. B. br.15. Iz kojeg pola magneta izlaze linije magnetskog polja?A. Sa sjevera. B. Sa juga. B. Sa oba pola.16. Tijelo nabijeno negativnim nabojem dovodi se do kugle nenabijenog elektroskopa bez dodirivanja. Kakav će naboj dobiti listovi elektroskopa? A. Negativno. B. Pozitivno. B. Nema.17. Može li atom vodonika ili bilo koje druge tvari promijeniti svoj naboj za 1,5 puta veći od naboja elektrona?A. Da. B. br.18. Koja slika se stvara na ljudskoj retini? A. Uvećano, stvarno, obrnuto.B. Umanjen, pravi, obrnut.V. Uvećano, imaginarno, direktno.G. Smanjeno, imaginarno, direktno.19. Šta mjeri ampermetar?A) Električni otpor provodnikaB) Napon na polovima izvora struje ili na nekom dijelu strujnog kolaC) Jačina struje u kolu D) Snaga električne struje20. Difuzija je: A) Proces povećanja temperature B) Pojava u kojoj dolazi do međusobnog prodiranja molekula jedne tvari između molekula druge C) Pojava u kojoj tijelo prelazi iz čvrstog u tekuće stanje D) Proces povećanje gustine tela 21. Formula efikasnosti: A) ŋ= An* 100%AɜB) ŋ= Aɜ * 100%AnV) ŋ= An * Aɜ100%D) ŋ= An * Aɜ * 100%22. Šta kaže Arhimedov zakon?A) Sila uzgona koja deluje na telo uronjeno u tečnost jednaka je težini tečnosti koju istisne ovo teloB) Sila uzgona koja deluje na telo uronjeno u tečnost jednaka je brzini uranjanje ovog tela u tečnostC) Sila uzgona koja deluje na telo uronjeno u tečnost, jednaka je gustini ovog tela D) Sila uzgona koja deluje na telo uronjeno u tečnost jednaka je težini ovog tela23. Šta deyA)tep24. UnutrašnjeA) samo B) samo C) samo D) iz tema25. Koje od navedenih materija su provodnici: a) guma; b) bakar, c) plastika; d) staklo.26. Telo je naelektrisano samo kada...... naelektrisanje.a) stekne; b) gubi; c) dobici ili gubici.27. Koje od sljedećih tvari su dielektrici: a) guma; b) bakar; c) rastvor sumporne kiseline; d) čelik.28. Vjerovatno nabijena tijela ......., a suprotno nabijena - ......a) ...odbijaju, ...privlače, b) ...privlače, ...odbijaju.29. Električni udar zove se...A. Kretanje elektrona duž provodnika.B. Uređeno kretanje elektrona duž provodnika.V. Uređeno kretanje protona duž provodnika.G. Uređeno kretanje nabijenih čestica.D. Kretanje električnih naboja duž provodnika.30. Koja transformacija energije se dešava kada električni mlin za kafu radi? Električna energija se pretvara...A. U hemijsko odeljenje. B. Na mehaničku. B. U svijetlu sobu. G. Interni

1) Rješavaju se dva problema: a) izračunava se brzina ronjenja podmornice b) računa se vrijeme potrebno da se čamac pomakne iz jedne vojne baze

drugome.

U kom slučaju se podmornica može smatrati materijalnom tačkom?

2) Dvije remenice različitih radijusa su povezane remenskim pogonom i pogonjene rotaciono kretanje. Kako se fizičke veličine (linearna brzina, period rotacije, ugaona brzina) mijenjaju pri kretanju od tačke B do tačke A ako kaiš ne klizi?

Mnoge fizičke pojave uočene u prirodi i životu oko nas ne mogu se objasniti samo na osnovu zakona mehanike, molekularne kinetičke teorije i termodinamike. Ove pojave manifestiraju sile koje djeluju između tijela na udaljenosti, a te sile ne zavise od masa tijela u interakciji i stoga nisu gravitacijske. Ove sile se nazivaju elektromagnetne sile.

Zakon održanja električnog naboja

U normalnim uvjetima, mikroskopska tijela su električno neutralna jer su pozitivno i negativno nabijene čestice koje formiraju atome povezane jedna s drugom električnim silama i formiraju neutralne sisteme. Ako je narušena električna neutralnost tijela, onda se takvo tijelo naziva elektrificirano tijelo. Za naelektrisanje tijela potrebno je da se na njemu stvori višak ili manjak elektrona ili jona istog znaka.

Metode naelektrisanja tijela, koji predstavljaju interakciju naelektrisanih tela, mogu biti sledeći:

1. Elektrifikacija tijela pri kontaktu . U tom slučaju, pri bliskom kontaktu, mali dio elektrona prelazi iz jedne supstance, u kojoj je veza s elektronom relativno slaba, na drugu supstancu.
2. Elektrifikacija tijela pri trenju . Istovremeno se povećava površina kontakta između tijela, što dovodi do povećane elektrifikacije.
3. Uticaj. Osnova uticaja je fenomen elektrostatičke indukcije, odnosno indukcija električnog naboja u supstanciji smještenoj u konstantnom električnom polju.
4. Naelektrisanje tela pod uticajem svetlosti . Osnova ovoga je fotoelektrični efekat, ili fotoefekat kada pod uticajem svetlosti elektroni mogu da izlete iz provodnika u okolni prostor, usled čega se provodnik naelektriše.

Brojni eksperimenti pokazuju da kada postoji naelektrisanje tela, tada se na tijelima pojavljuju električni naboji, jednaki po veličini i suprotnog predznaka.

Negativno punjenje tijelo je uzrokovano viškom elektrona na tijelu u odnosu na protone, i pozitivan naboj uzrokovano nedostatkom elektrona.

Kada je tijelo naelektrizirano, odnosno kada se negativni naboj djelimično odvoji od pozitivnog naboja koji mu je povezan, zakon održanja električnog naboja. Zakon održanja naelektrisanja važi za zatvoreni sistem u koji naelektrisane čestice ne ulaze spolja i iz kojeg ne izlaze.

Zakon održanja električnog naboja formuliran je na sljedeći način:

U zatvorenom sistemu, algebarski zbir naelektrisanja svih čestica ostaje nepromenjen:

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = konst

Gdje
q 1, q 2, itd. - naelektrisanja čestica.

Definicije

Elementarne čestice možda ima email naboj, onda se nazivaju naelektrisani;

Elementarne čestice međusobno djeluju silama koje zavise od udaljenosti između čestica, ali višestruko premašuju sile međusobne gravitacije (ova interakcija se naziva elektromagnetna).

Električno punjenje- fizička veličina koja određuje intenzitet elektromagnetnih interakcija.

Postoje 2 znaka električnog naboja:

• pozitivno
• negativan

Čestice sa sličnim nabojem odbojnost, sa različitim imenima - su privučeni. Proton ima pozitivno naelektrisanje, elektron - negativan, neutron - električno neutralan.

Elementarno punjenje- minimalna naknada koja se ne može podijeliti.

Kako možemo objasniti prisustvo elektromagnetnih sila u prirodi? - Sva tijela sadrže nabijene čestice.

IN normalno stanje tijela su električno neutralna (pošto je atom neutralan), a elektromagnetne sile se ne manifestiraju.

Tijelo je napunjeno, ako ima višak naboja bilo kojeg predznaka:

• negativno nabijen - ako postoji višak elektrona;
• pozitivno naelektrisan - ako postoji nedostatak elektrona.

Elektrifikacija tijela- ovo je jedan od načina dobivanja nabijenih tijela, na primjer, kontaktom).

U ovom slučaju oba tijela su nabijena, a naelektrisanja su suprotna po predznaku, ali jednaka po veličini.

Interakcija tijela, s naplatom istih ili drugačiji znak, može se demonstrirati u sljedećim eksperimentima. Ebonitni štapić naelektriziramo trenjem o krzno i ​​dodirujemo ga s metalnim rukavom obješenim na svilenu nit.

Naboji istog znaka (negativni naboji) raspoređeni su na rukavu i štapiću od ebonita. Približavanjem negativno nabijenog ebonitnog štapa nabijenom rukavu, možete vidjeti da će se rukav odbiti od štapa (slika 1.1).

Ako sada donesete staklenu šipku natrljanu na svilu (pozitivno nabijenu) na napunjeni rukav, rukav će biti privučen njome (slika 1.2).

Uzmimo dva identična elektrometra i napunimo jedan od njih (slika 2.1). Njegov naboj odgovara 6 podjela skale.

Ako ove elektrometre povežete staklenom šipkom, neće doći do promjena. Ovo potvrđuje činjenicu da je staklo dielektrik. Ako koristite metalnu šipku A (slika 2.2) za spajanje elektrometara, držeći je za neprovodnu ručku B, primijetit ćete da će se početni naboj podijeliti na dva jednaka dijela: polovina naboja će se prenijeti iz prva lopta u drugu. Sada napunjenost svakog elektrometra odgovara 3 podjele skale. Dakle, prvobitni naboj se nije promijenio, samo se podijelio na dva dijela.

Ako se naelektrisanje prenese sa nabijenog tijela na nenabijeno tijelo iste veličine, tada će se naboj podijeliti na pola između ova dva tijela. Ali ako je drugo, nenabijeno tijelo veće od prvog, tada će više od polovine naboja preći na drugo. Što je veće tijelo na koje se prenosi naboj, na njega će se prenijeti i veći dio naboja.

Ali ukupan iznos naknade se neće promijeniti. Dakle, može se tvrditi da je naboj očuvan. One. zakon održanja električnog naboja je zadovoljen.

Električni naboji ne postoje sami po sebi, već su interna svojstva elementarne čestice– elektroni, protoni itd.

Eksperimentalno je 1914. pokazao američki fizičar R. Millikan taj električni naboj je diskretan . Naboj bilo kojeg tijela je cijeli broj višekratnik elementarnog električnog naboja e = 1,6 × 10 -19 C.

U reakciji formiranja para elektron-pozitron djeluje sljedeće: zakon održanja naelektrisanja.

q elektron +pozitron q = 0.

Positron- elementarna čestica čija je masa približno jednaka masi elektrona; Naboj pozitrona je pozitivan i jednak naboju elektrona.

Na osnovu zakon održanja električnog naboja objašnjava elektrifikaciju makroskopskih tijela.

Kao što znate, sva tijela se sastoje od atoma, koji uključuju elektrona I protona. Broj elektrona i protona u nenabijenom tijelu je isti. Dakle, takvo tijelo ne ispoljava električno djelovanje na druga tijela. Ako su dva tijela u bliskom kontaktu (prilikom trljanja, kompresije, udara, itd.), tada su elektroni povezani s atomima mnogo slabiji od protona i kreću se od jednog tijela do drugog.

Tijelo na koje su elektroni prenijeli imat će ih višak. Prema zakonu održanja, električni naboj ovog tijela bit će jednak algebarskom zbiru pozitivnih naboja svih protona i naboja svih elektrona. Ovaj naboj će biti negativan i jednak po vrijednosti zbiru naboja viška elektrona.

Tijelo s viškom elektrona ima negativan naboj.

Tijelo koje je izgubilo elektrone imat će pozitivan naboj, čiji će modul biti jednak zbiru naboja elektrona koje je tijelo izgubilo.

Tijelo koje ima pozitivan naboj ima manje elektrona nego protona.

Električni naboj se ne mijenja kada se tijelo pomakne u drugi referentni okvir.

Javascript je onemogućen u vašem pretraživaču.
Da biste izvršili proračune, morate omogućiti ActiveX kontrole!
Kako makroskopska tijela stiču električni naboj? O tome će se sada raspravljati.
Naboj makroskopskog tijela
Elektrodinamika, koju je stvorio Maxwell, razmatra elektromagnetne interakcije ne pojedinačnih nabijenih elementarnih čestica, već makroskopskih tijela.
Makroskopska tijela su po pravilu električno neutralna. Atom bilo koje supstance je neutralan jer je broj elektrona u njemu jednak broju protona u jezgru. Pozitivno i negativno nabijene čestice su međusobno povezane električnim silama i formiraju neutralne sisteme.
Veliko tijelo je nabijeno kada sadrži višak elementarnih čestica sa istim predznakom naboja. Negativan naboj tijela nastaje zbog viška elektrona u odnosu na protone, a pozitivan zbog njihovog manjka.
Elektrifikacija tijela
Da biste dobili električno nabijeno makroskopsko tijelo ili ga, kako kažu, naelektrizirali, potrebno je odvojiti dio negativnog naboja od onog koji je s njim povezan.
pozitivno1.
Najlakši način da to učinite je trenjem. Prođete li češljem kroz kosu, mali dio najmobilnijih nabijenih čestica - elektrona - će se pomaknuti od kose do češlja i nabiti je negativno, a kosa će postati pozitivno nabijena.
Uz pomoć jednostavnog eksperimenta može se dokazati da prilikom naelektrisanja trenjem oba tijela dobijaju naboje suprotnog predznaka, ali jednake po veličini.

1 Ovdje iu daljem tekstu, radi sažetosti, često ćemo govoriti o nabojima, kretanju naboja itd. U stvarnosti mislimo na nabijena tijela (ili čestice), kretanje nabijenih čestica itd., budući da je naelektrisanje bez čestica ne postoji.
Rice. 1.2
Rice. 1.1
Uzmimo elektrometar (elektroskop u metalnom kućištu) s metalnom sferom s rupom pričvršćenom za štap i dvije ploče na dugim ručkama: jedna od ebonita, a druga od pleksiglasa. Kada se trljaju jedna o drugu, ploče se naelektriziraju. Unesimo jednu od ploča unutar sfere bez dodirivanja njenih zidova. Ako je ploča pozitivno nabijena, tada će se dio elektrona iz strelice i štapa elektrometra privući na ploču i skupiti na unutrašnja površina sfere. Istovremeno, strelica će biti pozitivno naelektrisana i biće odgurnuta od štapa (slika 1.1).
Ako stavite drugu ploču unutar sfere, nakon što ste prvo uklonili prvu, tada će se elektroni sfere i štapa odbiti od ploče i nakupiti u višku na strelici. Ovo će uzrokovati da se strelica skrene pod istim uglom kao u prvom eksperimentu. Spuštanjem obe ploče unutar sfere nećemo uočiti nikakvo odstupanje strelice (slika 1.2). Ovo dokazuje da su naelektrisanja ploča jednaka po veličini i suprotnog predznaka. Ovaj zaključak direktno slijedi iz zakona održanja naboja.
Kako dolazi do elektrifikacije tijela?
Vrlo je jednostavno naelektrizirati tijela pomoću trenja. Ali objasniti kako se to dešava pokazalo se kao veoma težak zadatak. Dugi niz decenija se davalo i još uvek se daje sledeće objašnjenje. Prilikom naelektrisanja tijela važan je blizak kontakt između njih. Električne sile drže elektrone unutar tijela. Ali za različite supstance ove sile su različite. Prilikom bliskog kontakta, mali dio elektrona supstance u kojoj je veza elektrona sa tijelom relativno slaba prelazi na drugo tijelo. Kretanja elektrona ne prelaze međuatomske udaljenosti (10-8 cm). Ali ako se tijela razdvoje, onda će obojica biti optuženi.
Kako površine tijela nikada nisu savršeno glatke, bliski kontakt između tijela neophodan za prijelaz uspostavlja se samo na malim površinama. Kada se tijela trljaju jedno o drugo, povećava se broj područja s bliskim kontaktom, a time se povećava i ukupan broj nabijenih čestica koje prelaze s jednog tijela na drugo.
Međutim, nedavno je ovo objašnjenje elektrifikacije trenjem postalo kontroverzno. Nije jasno kako se elektroni mogu kretati u takvim neprovodnim supstancama (izolatorima) kao što su ebonit, pleksiglas i drugi. Vezani su u neutralne molekule. Zaposlenici Instituta za fiziku i tehnologiju u Sankt Peterburgu ponudili su još jedno objašnjenje.
Za ionski LiF kristal (izolator), ovo objašnjenje izgleda ovako. Tokom formiranja kristala nastaju različiti tipovi defekata, posebno praznina - nepopunjeni prostori u čvorovima kristalne rešetke. Ako broj slobodnih mjesta za pozitivne ione litijuma i negativne ione fluora nije isti, tada će kristal biti napunjen po volumenu nakon formiranja. Ali kristal ne može dugo zadržati naboj u cjelini. U zraku uvijek postoji određena količina jona i kristal će ih izvlačiti iz zraka sve dok se naboj kristala ne neutralizira slojem jona na njegovoj površini. Različiti izolatori imaju različite prostorne naboje, pa su stoga i naboji površinskih slojeva jona različiti. Tokom trenja, površinski slojevi jona se miješaju, a kada se izolatori razdvoje, svaki od njih postaje nabijen.
Mogu li se dva identična izolatora, na primjer isti LiF kristali, naelektrizirati trenjem? Ako imaju iste vlastite naplate prostora, onda ne. Ali mogu imati i različite vlastite naboje ako su uslovi kristalizacije bili različiti i drugačiji broj slobodna radna mjesta.
Kao što je iskustvo pokazalo, može doći do naelektrisanja prilikom trenja identičnih kristala rubina, ćilibara itd.
Međutim, malo je vjerovatno da će gore navedeno objašnjenje biti točno u svim slučajevima. Ako se tijela sastoje, na primjer, od molekularnih kristala, onda pojava praznih mjesta u njima ne bi trebala dovesti do punjenja tijela.
Dakle, vidimo da tako naizgled jednostavan fenomen kao što je naelektrisanje trenjem sadrži mnogo misterija.
Elektrifikacija tijela i njena primjena u tehnici
Pri trenju sintetičkih tkanina dolazi do značajne elektrifikacije. Prilikom skidanja najlonske košulje na suhom zraku možete čuti karakterističan zvuk pucketanja. Male iskre preskaču između naelektrisanih površina trljajućih površina. Sličan fenomen se mora uzeti u obzir u proizvodnji. Tako se niti prediva u tekstilnim tvornicama naelektriziraju zbog trenja, privlače vretena i kidaju. Pređa privlači prašinu i postaje prljava. Stoga je potrebno poduzeti različite mjere protiv elektrifikacije navoja.
Prilikom odmotavanja velikih rolni papira u štampariji, radnici nose gumene rukavice kako bi se zaštitili od električnih pražnjenja do kojih dolazi između elektrificiranog papira i njihovih ruku.
Veliki električni naboji se akumuliraju kada se gume trljaju o asfalt po suhom vremenu. Postoji opasnost od preskakanja varnice. Stoga su metalni lanci pričvršćeni za stražnji dio automobila - rezervoare za gorivo - i vuku se po cesti. Ponekad su čak i putnički automobili opremljeni elastičnom trakom od provodljive gume.
Zbog naelektrisanja trenjem, radi konvencionalna elektrostatička mašina.
Fenomen elektrifikacije tijela u bliskom kontaktu koristi se u savremenim elektrokopirnim mašinama (kao što su „Era“, „Xerox“ itd.).
Dakle, u jednoj od ovih instalacija, prah crne smole se miješa sa sitnim staklenim perlicama. U ovom slučaju, kuglice su nabijene pozitivno, a čestice praha negativno. Zbog privlačnosti, pokrivaju površinu loptica tankim slojem.
Kopirani tekst ili crtež se projektuje na tanku selensku ploču čija je površina pozitivno naelektrisana. Ploča leži na negativno nabijenoj metalnoj površini. Pod uticajem svjetlosti, ploča se prazni, a pozitivan naboj ostaje samo u područjima koja odgovaraju tamnim područjima slike. Ploča je tada prekrivena tankim slojem perli. Zbog privlačenja suprotnih naboja, prah smole privlači pozitivno nabijena područja ploče. Nakon toga, kuglice se otresu i, čvrsto pritiskajući list papira na ploču, na njoj se pravi otisak. Otisak se fiksira pomoću topline.
Makroskopsko tijelo je električno nabijeno ako sadrži višak elementarnih čestica s istim predznakom naboja. Negativni naboj tijela nastaje zbog viška elektrona u odnosu na protone, a pozitivan naboj zbog nedostatka elektrona.
? 1. Štap od ebonita je postao negativno naelektrisan. Da li je masa štapa ostala ista? 2. Poznato je da staklena šipka trljana o svilu postaje pozitivno naelektrisana. Eksperimentalno odredite predznak naboja plastične drške utrljane o vunu.

Teme kodifikatora Jedinstvenog državnog ispita: elektrifikacija tijela, interakcija naelektrisanja, dvije vrste naelektrisanja, zakon održanja električnog naboja.

Elektromagnetne interakcije spadaju među najosnovnije interakcije u prirodi. Sile elastičnosti i trenja, pritisak gasa i još mnogo toga mogu se svesti na elektromagnetne sile između čestica materije. Same elektromagnetne interakcije više se ne svode na druge, dublje vrste interakcija.

Jednako temeljna vrsta interakcije je gravitacija - gravitaciono privlačenje bilo koja dva tijela. Međutim, postoji nekoliko važnih razlika između elektromagnetnih i gravitacionih interakcija.

1. Ne može svako učestvovati u elektromagnetnim interakcijama, već samo naplaćeno tijela (imaju električni naboj).

2. Gravitaciona interakcija je uvijek privlačenje jednog tijela drugom. Elektromagnetne interakcije mogu biti ili privlačne ili odbojne.

3. Elektromagnetna interakcija je mnogo intenzivnija od gravitacijske interakcije. Na primjer, sila električnog odbijanja između dva elektrona je nekoliko puta veća od sile njihovog gravitacijskog privlačenja jedan prema drugom.

Svako nabijeno tijelo ima određenu količinu električnog naboja. Električni naboj je fizička veličina koja određuje snagu elektromagnetne interakcije između prirodnih objekata. Jedinica naplate je privjesak(Cl).

Dvije vrste punjenja

Pošto je gravitaciona interakcija uvek privlačnost, mase svih tela nisu negativne. Ali to nije tačno za optužbe. Pogodno je opisati dvije vrste elektromagnetne interakcije - privlačenje i odbijanje - uvođenjem dvije vrste električnih naboja: pozitivno I negativan.

Naboji različitih znakova se međusobno privlače, a naboji različitih znakova se međusobno odbijaju. Ovo je ilustrovano na sl. 1 ; Kuglice obješene na niti dobijaju naboje jednog ili drugog znaka.

Rice. 1. Interakcija dvije vrste naboja

Široko rasprostranjena manifestacija elektromagnetskih sila objašnjava se činjenicom da atomi bilo koje tvari sadrže nabijene čestice: jezgro atoma sadrži pozitivno nabijene protone, a negativno nabijeni elektroni kreću se po orbitama oko jezgre.

Naboji protona i elektrona jednaki su po veličini, a broj protona u jezgri jednak je broju elektrona u orbiti, pa se stoga ispostavlja da je atom kao cjelina električno neutralan. Zbog toga, u normalnim uslovima, ne primećujemo elektromagnetski uticaj okolnih tela: ukupno naelektrisanje svakog od njih je nula, a naelektrisane čestice su ravnomerno raspoređene po zapremini tela. Ali ako je električna neutralnost narušena (na primjer, kao rezultat elektrifikacija) tijelo odmah počinje djelovati na okolne nabijene čestice.

Zašto postoje upravo dvije vrste električnih naboja, a ne neki drugi broj, trenutno nije poznato. Možemo samo tvrditi da prihvatanje ove činjenice kao primarne daje adekvatan opis elektromagnetnih interakcija.

Naboj protona je Cl. Naboj elektrona je suprotan njemu po predznaku i jednak je Cl. Magnituda

pozvao elementarnog naboja. Ovo je najmanji mogući naboj: slobodne čestice sa manjim nabojem nisu otkrivene u eksperimentima. Fizika još ne može objasniti zašto priroda ima najmanji naboj i zašto je njena veličina upravo tolika.

Naboj bilo kojeg tijela uvijek se sastoji od cjelina broj elementarnih naboja:

Ako je , tada tijelo ima višak elektrona (u poređenju sa brojem protona). Ako, naprotiv, tijelu nedostaju elektroni: ima više protona.

Elektrifikacija tijela

Da bi makroskopsko tijelo moglo vršiti električni utjecaj na druga tijela, ono mora biti naelektrizirano. Elektrifikacija je povreda električne neutralnosti tijela ili njegovih dijelova. Kao rezultat naelektrisanja, tijelo postaje sposobno za elektromagnetne interakcije.

Jedan od načina da se tijelo naelektrizira je da mu se prenese električni naboj, odnosno da se postigne višak ovo tijelo naelektrisanja istog znaka. To je lako učiniti pomoću trenja.

Dakle, kada se stakleni štapić protrlja svilom, dio njegovih negativnih naboja odlazi na svilu. Kao rezultat toga, štap postaje pozitivno nabijen, a svila negativno. Ali kada trljate štapić od ebonita s vunom, dio negativnih naboja se prenosi sa vune na štap: štap je nabijen negativno, a vuna pozitivno.

Ova metoda naelektrisanja tijela se zove naelektrisanje trenjem. Svaki put kada skinete džemper preko glave nailazite na naelektrizirano trenje ;-)

Druga vrsta elektrifikacije se zove elektrostatička indukcija, ili elektrifikacija kroz uticaj. U tom slučaju ukupni naboj tijela ostaje jednak nuli, ali se preraspoređuje tako da se u nekim dijelovima tijela akumuliraju pozitivni, a u drugim negativni naboji.

Rice. 2. Elektrostatička indukcija

Pogledajmo sl. 2. Na određenoj udaljenosti od metalnog tijela postoji pozitivan naboj. Privlači negativne metalne naboje (slobodne elektrone), koji se akumuliraju na dijelovima površine tijela najbližim naboju. Nekompenzirani pozitivni naboji ostaju u udaljenim područjima.

Unatoč činjenici da je ukupni naboj metalnog tijela ostao jednak nuli, u tijelu je došlo do prostornog razdvajanja naboja. Ako sada podijelimo tijelo duž isprekidane linije, desna polovina će biti negativno nabijena, a lijeva polovina pozitivno.

Pomoću elektroskopa možete promatrati naelektriziranje tijela. Jednostavan elektroskop je prikazan na sl. 3 (slika sa en.wikipedia.org).

Rice. 3. Elektroskop

Šta se dešava u ovom slučaju? Pozitivno nabijen štap (na primjer, prethodno protrljan) dovodi se do diska elektroskopa i na njemu skuplja negativan naboj. Ispod, na pokretnim listovima elektroskopa, ostaju nekompenzirani pozitivni naboji; Odgurujući se jedno od drugog, listovi se kreću u različitim smjerovima. Ako uklonite štap, naboji će se vratiti na svoje mjesto i listovi će pasti.

Fenomen elektrostatičke indukcije u velikim razmjerima uočen je tokom grmljavine. Na sl. 4 vidimo grmljavinu koja prolazi preko zemlje.

Rice. 4. Elektrifikacija zemlje grmljavinskim oblakom

Unutar oblaka nalaze se komadi leda različitih veličina, koji se miješaju uzlaznim strujama zraka, sudaraju se jedni s drugima i naelektriziraju se. Ispostavilo se da se u donjem dijelu oblaka nakuplja negativan naboj, a u gornjem dijelu akumulira pozitivan naboj.

Negativno napunjeno Donji dio oblaci induciraju pozitivne naboje na površini zemlje ispod sebe. Pojavljuje se džinovski kondenzator sa kolosalnim naponom između oblaka i zemlje. Ako je ovaj napon dovoljan da razbije zračni jaz, tada će doći do pražnjenja - dobro poznate munje.

Zakon održanja naboja

Vratimo se na primjer naelektrisanja trenjem – trljanje štapa krpom. U tom slučaju štap i komad tkanine dobijaju naboje jednake veličine i suprotnog predznaka. Njihov ukupni naboj bio je jednak nuli prije interakcije i ostaje jednak nuli nakon interakcije.

Vidimo ovdje zakon održanja naelektrisanja, koji glasi: u zatvorenom sistemu tijela, algebarski zbir naboja ostaje nepromijenjen tokom bilo kojeg procesa koji se odvija sa ovim tijelima:

Zatvorenost sistema tijela znači da ova tijela mogu razmjenjivati ​​naboje samo između sebe, ali ne i sa bilo kojim drugim objektima izvan ovog sistema.

Prilikom naelektrisanja štapa, nema ničeg iznenađujućeg u očuvanju naelektrisanja: koliko je naelektrisanih čestica napustilo štap, ista količina je došla na komad tkanine (ili obrnuto). Ono što je iznenađujuće je da je u složenijim procesima popraćeno međusobne transformacije elementarne čestice i mijenjanje broja nabijenih čestica u sistemu, ukupni naboj je i dalje očuvan!

Na primjer, na sl. 5 prikazuje proces u kojem dio elektromagnetno zračenje(takozvani foton) pretvara se u dvije nabijene čestice - elektron i pozitron. Ispostavlja se da je takav proces moguć pod određenim uvjetima - na primjer, u električnom polju atomskog jezgra.

Rice. 5. Rođenje para elektron-pozitron

Naboj pozitrona je po veličini jednak naboju elektrona i suprotnog predznaka. Zakon održanja naboja je ispunjen! Zaista, na početku procesa imali smo foton čiji je naboj bio nula, a na kraju smo dobili dvije čestice sa ukupnim nabojem nula.

Zakon održanja naelektrisanja (zajedno sa postojanjem najmanjeg elementarnog naelektrisanja) danas je primarni naučna činjenica. Fizičari još nisu u stanju da objasne zašto se priroda ponaša ovako, a ne drugačije. Možemo samo konstatovati da su ove činjenice potvrđene brojnim fizičkim eksperimentima.

Elektrifikacija tijela

Ako makroskopsko tijelo sadrži višak elementarnih čestica s bilo kojim predznakom, onda je električno nabijeno. Dakle, negativni naboj nastaje zbog viška broja elektrona u odnosu na broj protona, a pozitivan naboj zbog nedostatka elektrona. Da bi se dobilo električno nabijeno makroskopsko tijelo, odnosno da bi se naelektriziralo, potrebno je odvojiti dio negativnog naboja od pozitivnog naboja koji mu je povezan. To se može učiniti, na primjer, pomoću trenja. Recimo, ako provučete češalj kroz suhu kosu, tada će se mali dio najmobilnijih nabijenih čestica - elektrona - pomaknuti od kose do češlja i naelektriti ga negativno, a kosa će biti nabijena pozitivno.

Elektrifikacija – je proces dobivanja električno nabijenih makroskopskih tijela od električno neutralnih .

Stepen naelektrisanja tijela kao rezultat međusobnog trenja karakterizira vrijednost i predznak električnog naboja koji tijelo prima. Guma utrljana o krzno postaje negativno nabijena, dok staklo utrljano o svilu postaje pozitivno. Krzno u ovom slučaju dobiva pozitivan naboj, a svila negativan. Predznak naboja tijela kao rezultat naelektrisanja određen je činjenicom da neke tvari odustaju od elektrona tijekom trenja, dok ih druge dodaju. Razlog za ovaj fenomen je razlika u energiji vezivanja elektrona sa atomom u ovim supstancama. Ispostavilo se da, ovisno o energiji vezivanja, ista tvar pri trenju s različitim supstancama može dobiti naboj različitog predznaka.

Trenje je samo jedan od mnogih načina naelektrisanja materije. Tijelo se može puniti zbog kontakta sa nabijenim tijelom, kao rezultat zagrijavanja, svjetlosnog zračenja itd. Elektrifikacija zračenjem se koristi, na primjer, u fotokopir mašini i laserskom štampaču.

2. Zakon održanja naboja .

Znamo da je masa tijela očuvana. Električni naboj se također zadržava. To je naboj, a ne broj nabijenih čestica. Prilikom naelektrisanja trenjem dolazi do preraspodjele postojećih naelektrisanja između tijela koja su u prvom trenutku neutralna. Mali dio elektrona se kreće od jednog tijela do drugog. U tom slučaju se nove čestice ne pojavljuju, a postojeće ne nestaju.

Kada su tijela naelektrizirana, zakon održanja električnog naboja je zadovoljen. Ovaj zakon važi za sistem u koji naelektrisane čestice ne ulaze spolja i iz kojeg naelektrisane čestice ne izlaze, tj. zatvoreni sistem koji se zove električno izolovan .

Električno izolovani sistem tela –sistem tijela kroz čiju granicu ne prodiru naboji.

Zakon održanja naelektrisanja je formulisan na sledeći način:

Algebarski zbir naelektrisanja električno izolovanog sistema je konstantan, tj :

Q 1 + Q 2 + … + Q n = konst

Zakon održanja naelektrisanja ima duboko značenje. Ako se broj naelektrisanih elementarnih čestica ne promeni, onda je ispunjenje zakona održanja naelektrisanja očigledno. Ali elementarne čestice se mogu transformirati jedna u drugu, roditi se i nestati, dajući život novim česticama. Međutim, u svim slučajevima, naelektrisane čestice se rađaju samo u parovima sa naelektrisanjem iste veličine i suprotnog predznaka; Čestice također nestaju samo u parovima, pretvarajući se u neutralne. I u svim slučajevima zbir optužbi ostaje isti. Valjanost zakona održanja naelektrisanja potvrđena je opažanjima ogromnog broja transformacija elementarnih čestica. Ovaj zakon izražava jedno od najosnovnijih svojstava električnog naboja. Još uvijek nije poznat razlog zbog kojeg je optužba zadržana.

Zakon održanja naelektrisanja važi u bilo kom inercijskom referentnom okviru (IFR). To znači da će posmatrači koji mjere naboj u različitim ISO vrijednostima dobiti istu vrijednost.

Električni naboj je očuvan u svemiru. Ukupni električni naboj svemira je najvjerovatnije nula, odnosno broj pozitivno nabijenih elementarnih čestica jednak je broju negativno nabijenih elementarnih čestica.

Coulombov zakon.

Proučavamo elektrostatiku i osnovni zakon elektrostatike – zakon interakcije dva stacionarna tačkasto naelektrisana tela .

Osnovni zakon elektrostatike je eksperimentalno ustanovio francuski naučnik Charles Coulomb 1785. godine i nosi njegovo ime. Coulombov zakon, kao i zakon univerzalne gravitacije, je takođe formulisan za tačkasta tela.

Tačkasta tijela ne postoje u prirodi, ali ako je razmak između tijela višestruko veći od njihove veličine, tada ni oblik ni veličina nabijenih tijela ne utiču bitno na interakcije među njima. U ovom slučaju tijela se mogu posmatrati kao tijela tačaka, odnosno kao tačke.

Jačina interakcije između nabijenih tijela ovisi o svojstvima medija između nabijenih tijela. Za sada ćemo pretpostaviti da se interakcija odvija u vakuumu. Međutim, iskustvo pokazuje da zrak ima vrlo malo utjecaja na silu interakcije između nabijenih tijela; ispostavilo se da je gotovo ista kao u vakuumu.

Otkrivanje zakona interakcije električnih naboja olakšano je činjenicom da su se te sile pokazale velikim. Ovdje nije bilo potrebno koristiti posebno osjetljivu opremu, kao prilikom testiranja zakona univerzalne gravitacije u zemaljskim uvjetima. Korištenjem je utvrđeno kako stacionarna nabijena tijela međusobno djeluju torzijske vage .

Torzione vage sastoji se od staklene šipke okačene na tanku elastičnu žicu. Mala metalna kuglica je pričvršćena na jedan kraj štapa, a protivteg je pričvršćen na drugi. Druga metalna kugla je fiksno pričvršćena na šipku, koja je zauzvrat montirana na poklopac vage.

Kada loptice dobiju naboje istog imena, one počinju da se odbijaju. Da bi ih držali na fiksnoj udaljenosti, elastična žica mora biti uvijena pod određenim kutom. Sila interakcije između kuglica određena je uglom uvijanja žice. Torzione ravnoteže omogućile su proučavanje zavisnosti sile interakcije nabijenih kuglica o veličini naboja i udaljenosti između njih. U to vrijeme znali su izmjeriti silu i udaljenost. Jedina poteškoća je bila sa punjenjem, za koje nije bilo ni jedinica za mjerenje. Privezak je pronašao jednostavan način da promijeni naboj loptica za 2, 4 ili više puta povezujući ga sa istom nenabijenom kuglom. U ovom slučaju, naelektrisanje je ravnomjerno raspoređeno između kuglica, što je u određenom omjeru smanjilo ispitivani naboj. Eksperimentalno je određena nova vrijednost sile interakcije s novim nabojem. Coulombovi eksperimenti doveli su do uspostavljanja zakona koji upadljivo podsjeća na zakon univerzalne gravitacije.

Sila interakcije između dva stacionarna točkasta naboja koja se nalaze u vakuumu direktno je proporcionalna proizvodu modula ovih naboja, obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih i usmjerena je duž prave linije koja povezuje ta naboja.