Elektromagnetische Kräfte spielen in der Natur eine große Rolle, da die Zusammensetzung aller Körper elektrisch geladene Teilchen enthält. Die Bestandteile der Atome des Kerns und der Elektronen haben eine elektrische Ladung

Die elektromagnetischen Kräfte, die zwischen geladenen Teilchen wirken, sind enorm. Die Wirkung elektromagnetischer Kräfte zwischen Körpern wird jedoch nicht direkt erfasst, da die Körper im Normalzustand elektrisch neutral sind. Ein Atom jeder Substanz ist neutral, da die Anzahl der darin enthaltenen Elektronen gleich der Anzahl der Protonen im Kern ist. Positiv und negativ geladene Teilchen werden durch elektrische Kräfte miteinander verbunden und bilden neutrale Systeme.

Ein makroskopischer Körper ist elektrisch geladen, wenn er einen Überschuss an Elementarteilchen mit gleichem Ladungszeichen enthält. Die negative Ladung des Körpers entsteht durch einen Überschuss an Elektronen im Vergleich zu Protonen, die positive Ladung durch einen Elektronenmangel.

Um einen elektrisch geladenen makroskopischen Körper zu erhalten, dh ihn zu elektrifizieren, ist es notwendig, einen Teil der negativen Ladung von der damit verbundenen positiven Ladung zu trennen. Dies kann mit Reibung erfolgen. Wenn Sie mit einem Kamm über trockenes Haar fahren, gelangt ein kleiner Teil der mobilsten geladenen Teilchen - Elektronen - vom Haar zum Kamm und lädt ihn negativ auf, und das Haar wird positiv aufgeladen.

Ladungsgleichheit bei der Elektrisierung. Mit Hilfe der Erfahrung kann bewiesen werden, dass beide Körper, wenn sie durch Reibung elektrisiert werden, Ladungen mit entgegengesetztem Vorzeichen, aber identischem Betrag annehmen. Nehmen wir ein Elektrometer mit a

eine Metallkugel mit einem Loch und zwei Platten an langen Griffen: eine aus Ebonit und die andere aus Plexiglas. Beim Reiben aneinander werden die Platten elektrisiert. Lassen Sie uns eine der Platten in die Kugel bringen, ohne ihre Wände zu berühren. Wenn die Platte positiv geladen ist, werden einige der Elektronen von der Nadel und dem Elektrometerstab von der Platte angezogen und sammeln sich auf der Innenfläche der Kugel. In diesem Fall wird der Pfeil positiv geladen und von der Stange abgestoßen (Abb. 92, a). Wenn eine weitere Platte in die Kugel eingeführt wird, nachdem zuvor die erste entfernt wurde, werden die Elektronen der Kugel und des Stabs von der Platte abgestoßen und sammeln sich im Überschuss auf dem Pfeil an. Dadurch weicht der Pfeil ab, und zwar im gleichen Winkel wie im ersten Experiment. Nachdem wir beide Platten in die Kugel abgesenkt haben, werden wir die Abweichung des Pfeils nicht finden (Abb. 92, b). Dies beweist, dass die Ladungen der Platten gleich groß und von entgegengesetztem Vorzeichen sind.

Wie funktioniert die Elektrifizierung von Karosserien? Bei der Elektrifizierung von Körpern ist ein enger Kontakt zwischen ihnen wichtig. Elektrische Kräfte halten die Elektronen im Körper. Aber für verschiedene Substanzen sind diese Kräfte unterschiedlich. Bei engem Kontakt geht ein kleiner Teil der Elektronen dieser Substanz, bei der die Verbindung der Elektronen mit dem Körper relativ schwach ist, auf eine andere Substanz über. In diesem Fall überschreiten die Verschiebungen der Elektronen nicht die Größe der Atomabstände (cm). Aber wenn die Leichen getrennt werden, werden beide angeklagt.

Da die Oberflächen von Körpern nie vollkommen glatt sind, wird der für die Elektronenübertragung notwendige enge Kontakt zwischen den Körpern nur in kleinen Bereichen der Oberfläche hergestellt (Abb. 93). Wenn Körper aneinander reiben, erhöht sich die Anzahl der Bereiche mit engem Kontakt und damit die Gesamtzahl geladener Teilchen, die von einem Körper zum anderen gelangen.

Elektrisierung von Körpern und ihre Anwendung in der Technik. Während der Reibung von synthetischen Stoffen tritt eine erhebliche Elektrifizierung auf. Beim Ausziehen eines Nylonhemdes in trockener Luft ist ein charakteristisches Knistern zu hören. Kleine Funken springen zwischen aufgeladenen Bereichen reibender Oberflächen über. Solche Phänomene müssen in der Produktion berücksichtigt werden. So werden Garnfäden in Textilfabriken durch Reibung elektrisiert, von Spindeln und Walzen angezogen und brechen. Garn zieht Staub an und wird schmutzig.

Gegen die Elektrifizierung von Fäden sind besondere Maßnahmen erforderlich.

Die Elektrifizierung von Körpern in engem Kontakt wird in Elektrokopiergeräten (wie "Era", "Xerox" usw.) verwendet.

In einer dieser Anlagen wird also schwarzes Harzpulver mit winzigen Glasperlen vermischt. In diesem Fall sind die Kugeln positiv und die Pulverpartikel negativ geladen. Aufgrund der Anziehungskraft bedecken sie die Oberfläche der Kugeln mit einer dünnen Schicht.

Der kopierte Text oder die Zeichnung wird auf eine dünne Selenplatte projiziert, deren Oberfläche positiv geladen ist. Die Platte liegt auf einer negativ geladenen Metalloberfläche. Unter Lichteinwirkung wird die Platte entladen und eine positive Ladung verbleibt nur in Bereichen, die dunklen Bereichen des Bildes entsprechen. Danach wird die Platte mit einer dünnen Schicht Kugeln bedeckt. Aufgrund der Anziehung entgegengesetzter Ladungen wird das Harzpulver von den positiv geladenen Bereichen der Platte angezogen. Dann werden die Kugeln abgeschüttelt und ein Blatt Papier fest gegen die Platte gedrückt, um einen Abdruck darauf zu erhalten. Der Abdruck wird durch Erhitzen fixiert.

Viele physikalische Phänomene, die in der Natur und im Leben um uns herum beobachtet werden, können nicht nur auf der Grundlage der Gesetze der Mechanik, der molekularkinetischen Theorie und der Thermodynamik erklärt werden. Diese Phänomene manifestieren Kräfte, die zwischen entfernten Körpern wirken, und diese Kräfte hängen nicht von den Massen der interagierenden Körper ab und sind daher nicht gravitativ. Diese Kräfte werden gerufen elektromagnetische Kräfte.

Das Gesetz der Erhaltung der elektrischen Ladung

Unter normalen Bedingungen sind mikroskopisch kleine Körper elektrisch neutral, weil die positiv und negativ geladenen Teilchen, die Atome bilden, durch elektrische Kräfte miteinander verbunden sind und neutrale Systeme bilden. Wenn die elektrische Neutralität des Körpers verletzt wird, wird ein solcher Körper gerufen elektrifizierter Körper. Um einen Körper zu elektrifizieren, muss auf ihm ein Überschuss oder Mangel an Elektronen oder Ionen des gleichen Vorzeichens erzeugt werden.

Methoden der Elektrifizierung von Körpern, die die Wechselwirkung geladener Körper darstellen, können wie folgt aussehen:

1. Elektrifizierung von Körpern bei Kontakt . Dabei geht bei engem Kontakt ein kleiner Teil der Elektronen von einem Stoff, bei dem die Bindung zum Elektron relativ schwach ist, auf einen anderen Stoff über.
2. Elektrisierung von Körpern bei Reibung . Dadurch vergrößert sich die Kontaktfläche der Körper, was zu einer verstärkten Elektrisierung führt.
3. Beeinflussen. Einfluss basiert Phänomen der elektrostatischen Induktion, das heißt, die Induktion einer elektrischen Ladung in einer Substanz, die in einem konstanten elektrischen Feld angeordnet ist.
4. Elektrifizierung von Körpern unter Lichteinwirkung . Dies basiert auf photoelektrischer Effekt, oder photoelektrischer Effekt wenn unter Lichteinwirkung Elektronen aus dem Leiter in den umgebenden Raum fliegen können, wodurch der Leiter aufgeladen wird.

Zahlreiche Experimente zeigen, dass wann Körper Elektrifizierung, dann erscheinen auf den Körpern elektrische Ladungen gleicher Größe und entgegengesetzten Vorzeichens.

negative Ladung Körper ist auf einen Überschuss an Elektronen im Körper im Vergleich zu Protonen zurückzuführen, und positive Ladung wegen Elektronenmangel.

Wenn die Elektrifizierung des Körpers auftritt, das heißt, wenn die negative Ladung teilweise von der damit verbundenen positiven Ladung getrennt wird, Gesetz der Erhaltung der elektrischen Ladung. Der Ladungserhaltungssatz gilt für ein geschlossenes System, das von außen nicht eintritt und aus dem geladene Teilchen nicht austreten.

Das Gesetz der Erhaltung der elektrischen Ladung wird wie folgt formuliert:

In einem abgeschlossenen System bleibt die algebraische Summe der Ladungen aller Teilchen unverändert:

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

wo
q1, q2 usw. sind die Teilchenladungen.

Definitionen

Elementarteilchen kann E-Mail haben Ladung, dann werden sie geladen genannt;

Elementarteilchen - interagieren miteinander mit Kräften, die vom Abstand zwischen den Teilchen abhängen, aber oft die Kräfte der gegenseitigen Gravitation überschreiten (diese Wechselwirkung wird als elektromagnetisch bezeichnet).

Elektrische Ladung- physikalische Größe, bestimmt die Intensität elektromagnetischer Wechselwirkungen.

Es gibt 2 Anzeichen für elektrische Ladungen:

• positiv
• Negativ

Teilchen mit gleichen Ladungen abstoßen, mit entgegengesetzten Namen - sind angezogen. Das Proton hat positiv Ladung, Elektron Negativ, Neutron - elektrisch neutral.

elementare Ladung- die nicht teilbare Mindestgebühr.

Wie lässt sich das Vorhandensein elektromagnetischer Kräfte in der Natur erklären? Alle Körper enthalten geladene Teilchen.

Im Normalzustand sind Körper elektrisch neutral (weil das Atom neutral ist), und elektromagnetische Kräfte treten nicht auf.

Körper aufgeladen, wenn es einen Ladungsüberschuss von irgendeinem Zeichen hat:

• negativ geladen - wenn ein Elektronenüberschuss vorhanden ist;
• positiv geladen - wenn der Mangel an Elektronen.

Elektrifizierung von Körpern- dies ist eine der Möglichkeiten, geladene Körper zu erhalten, beispielsweise durch Kontakt).

In diesem Fall sind beide Körper geladen, und die Ladungen haben entgegengesetztes Vorzeichen, sind aber gleich groß.

Interaktion von Körpern mit Ladungen gleichen oder unterschiedlichen Vorzeichens können in den folgenden Experimenten nachgewiesen werden. Wir elektrisieren den Ebonitstab, indem wir ihn am Fell reiben und ihn mit einer Metallhülse berühren, die an einem Seidenfaden hängt.

Ladungen gleichen Vorzeichens (negative Ladungen) verteilen sich auf Hülse und Ebonitstab. Bringt man einen negativ geladenen Ebonitstab näher an eine geladene Patronenhülse heran, sieht man, dass die Patronenhülse vom Stock abgestoßen wird (Abb. 1.1).

Bringen wir nun einen an Seide geriebenen Glasstab (positiv geladen) an die geladene Hülse, so wird die Hülse davon angezogen (Abb. 1.2).

Nehmen wir zwei identische Elektrometer und laden eines davon auf (Abb. 2.1). Seine Ladung entspricht 6 Skalenteilen.

Wenn Sie diese Elektrometer mit einem Glasstab verbinden, tritt keine Änderung ein. Dies bestätigt die Tatsache, dass Glas ein Dielektrikum ist. Wenn Sie jedoch zum Anschließen der Elektrometer einen Metallstab A (Abb. 2.2) verwenden und ihn an einem nichtleitenden Griff B halten, können Sie sehen, dass die Anfangsladung in zwei gleiche Teile geteilt wird: die Hälfte der Ladung wird Übertragung von der ersten Kugel auf die zweite. Nun entspricht die Ladung jedes Elektrometers 3 Skalenteilen. Die ursprüngliche Ladung hat sich also nicht geändert, sie hat sich nur in zwei Teile gespalten.

Wird die Ladung von einem geladenen Körper auf einen ungeladenen Körper gleicher Größe übertragen, so wird die Ladung zwischen diesen beiden Körpern halbiert. Ist aber der zweite, ungeladene Körper größer als der erste, geht mehr als die Hälfte der Ladung auf den zweiten über. Je größer der Körper ist, auf den die Ladung übertragen wird, desto größerer Teil der Ladung wird auf ihn übertragen.

Der Gesamtbetrag der Gebühr ändert sich jedoch nicht. Somit kann argumentiert werden, dass die Ladung erhalten bleibt. Jene. Das Gesetz der Erhaltung der elektrischen Ladung ist erfüllt.

Elektrische Ladungen existieren nicht an sich, sondern sind innere Eigenschaften von Elementarteilchen - Elektronen, Protonen usw.

Empirisch zeigte 1914 der amerikanische Physiker R. Milliken diese elektrische Ladung ist diskret . Die Ladung eines Körpers ist ein ganzzahliges Vielfaches von elementare elektrische Ladung e = 1,6 × 10 –19 C.

Bei der Reaktion zur Bildung eines Elektron-Positron-Paares Gesetz der Ladungserhaltung.

q Elektron +q Positron = 0.

Positron- ein Elementarteilchen mit einer Masse, die ungefähr gleich der Masse eines Elektrons ist; Die Ladung des Positrons ist positiv und gleich der Ladung des Elektrons.

Basierend Gesetz der Erhaltung der elektrischen Ladung erklärt die Elektrifizierung makroskopischer Körper.

Wie Sie wissen, bestehen alle Körper aus Atomen, darunter Elektronen und Protonen. Die Anzahl der Elektronen und Protonen in einem ungeladenen Körper ist gleich. Daher übt ein solcher Körper keine elektrische Wirkung auf andere Körper aus. Wenn zwei Körper in engem Kontakt stehen (während Reibung, Kompression, Stoß usw.), sind die mit Atomen verbundenen Elektronen viel schwächer als Protonen, sie gehen von einem Körper zum anderen über.

Der Körper, zu dem die Elektronen gegangen sind, wird einen Überschuss davon haben. Nach dem Erhaltungssatz ist die elektrische Ladung dieses Körpers gleich der algebraischen Summe der positiven Ladungen aller Protonen und der Ladungen aller Elektronen. Diese Ladung ist negativ und gleich der Summe der Ladungen überschüssiger Elektronen.

Ein Körper mit einem Überschuss an Elektronen hat eine negative Ladung.

Ein Körper, der Elektronen verloren hat, hat eine positive Ladung, deren Modul gleich der Summe der vom Körper verlorenen Elektronenladungen ist.

Ein positiv geladener Körper hat weniger Elektronen als Protonen.

Die elektrische Ladung ändert sich nicht, wenn sich der Körper in einen anderen Bezugsrahmen bewegt.

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Die Elektrostatik untersucht die Eigenschaften und Wechselwirkungen von Ladungen, die in dem Bezugssystem, in dem sie betrachtet werden, stationär sind.

In der Natur gibt es nur zwei Arten von elektrischen Ladungen - negativ und positiv. Auf einem mit der Haut geriebenen Glasstab kann eine positive Ladung auftreten, und auf Bernstein, der mit einem Wolltuch gerieben wird, kann eine negative Ladung auftreten.

Wir wissen, dass alle Körper aus Atomen bestehen. Ein Atom wiederum besteht aus einem positiv geladenen Kern und Elektronen, die sich um ihn drehen. Da die Elektronen negativ und der Kern positiv geladen sind, ist das Atom als Ganzes elektrisch neutral. Wenn es ihm von außen ausgesetzt wird, kann es ein oder mehrere Elektronen verlieren und sich in ein positiv geladenes Ion verwandeln. Für den Fall, dass ein Atom (oder Molekül) ein zusätzliches Elektron an sich bindet, verwandelt es sich in ein negatives Ion.

Somit kann elektrische Ladung in Form von negativen oder positiven Ionen und Elektronen vorliegen. Es gibt eine Art von "freier Elektrizität" - negative Elektronen. Wenn also ein Körper eine positive Ladung hat, hat er nicht genug Elektronen, und wenn er eine negative Ladung hat, dann hat er einen Überschuss.

Die elektrischen Eigenschaften einer Substanz werden durch ihre atomare Struktur bestimmt. Atome können sogar ein paar Elektronen verlieren, in diesem Fall werden sie als mehrfach ionisiert bezeichnet. Der Kern eines Atoms besteht aus Protonen und Neutronen. Jedes Proton trägt eine Ladung, die gleich der des Elektrons ist, aber im entgegengesetzten Vorzeichen. Neutronen sind elektrisch neutrale Teilchen (haben keine elektrische Ladung).

Neben Protonen und Elektronen tragen auch andere Elementarteilchen eine elektrische Ladung. Elektrische Ladung ist ein wesentlicher Bestandteil von Elementarteilchen.

Als kleinste Ladung wird die Ladung angesehen, die gleich der Ladung des Elektrons ist. Sie wird auch als Elementarladung bezeichnet, die 1,6 10 -19 C entspricht. Jede Ladung ist ein Vielfaches einer ganzen Zahl von Elektronenladungen. Daher kann die Elektrifizierung des Körpers nicht kontinuierlich erfolgen, sondern nur schrittweise (diskret) durch den Wert der Elektronenladung.

Wenn ein positiv geladener Körper wieder aufgeladen wird (mit negativer Elektrizität aufgeladen wird), ändert sich seine Ladung nicht sofort, sondern sinkt zuerst auf Null und nimmt erst dann ein negatives Potential an. Daraus können wir schließen, dass sie sich gegenseitig kompensieren. Diese Tatsache führte die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass in "ungeladenen" Körpern immer Ladungen mit positiven und negativen Vorzeichen vorhanden sind, die in solchen Mengen enthalten sind, dass sich ihre Wirkung vollständig kompensiert.

Bei Elektrifizierung durch Reibung werden die im „ungeladenen Körper“ enthaltenen negativen und positiven „Elemente“ getrennt. Infolge der Bewegung der negativen Elemente des Körpers (Elektronen) werden beide Körper elektrisiert, und einer von ihnen ist negativ und der zweite positiv. Die Menge des "Flusses" von einem Ladungselement zum anderen bleibt während des gesamten Prozesses konstant.

Daraus lässt sich schließen Gebühren sind es nicht entstehen und verschwinden nicht, sondern „fließen“ nur von einem Körper zum anderen oder bewegen sich darin. Dies ist die Essenz des Erhaltungssatzes elektrischer Ladungen. Während der Reibung unterliegen viele Materialien einer Elektrifizierung - Ebonit, Glas und viele andere. In vielen Branchen (Textil, Papier und andere) ist das Vorhandensein statischer Elektrizität ein ernsthaftes technisches Problem, da die Elektrifizierung von Elementen, die durch die Reibung von Papier, Stoff oder anderen Produktionsprodukten an Maschinenteilen verursacht wird, Brände und Explosionen verursachen kann.

Themen des USE-Kodifikators: Elektrisierung von Körpern, Wechselwirkung von Ladungen, zwei Ladungsarten, Erhaltungssatz der elektrischen Ladung.

Elektromagnetische Wechselwirkungen gehören zu den grundlegendsten Wechselwirkungen in der Natur. Elastizitäts- und Reibungskräfte, Gasdruck und vieles mehr lassen sich auf elektromagnetische Kräfte zwischen Materieteilchen zurückführen. Die elektromagnetischen Wechselwirkungen selbst werden nicht mehr auf andere, tiefere Arten von Wechselwirkungen reduziert.

Eine ebenso grundlegende Art der Wechselwirkung ist die Schwerkraft – die Anziehungskraft zweier beliebiger Körper. Es gibt jedoch mehrere wichtige Unterschiede zwischen elektromagnetischen und gravitativen Wechselwirkungen.

1. Nicht jeder kann an elektromagnetischen Wechselwirkungen teilnehmen, sondern nur berechnet Körper (haben elektrische Ladung).

2. Gravitationswechselwirkung ist immer die Anziehung eines Körpers zu einem anderen. Elektromagnetische Wechselwirkungen können sowohl Anziehung als auch Abstoßung sein.

3. Die elektromagnetische Wechselwirkung ist viel intensiver als die Gravitation. Beispielsweise ist die elektrische Abstoßungskraft zweier Elektronen um ein Vielfaches größer als die Kraft ihrer gegenseitigen Anziehungskraft.

Jeder geladene Körper hat eine gewisse elektrische Ladung. Elektrische Ladung ist eine physikalische Größe, die die Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen Naturobjekten bestimmt. Die Gebühreneinheit ist Anhänger(CL).

Zwei Arten von Gebühren

Da die gravitative Wechselwirkung immer eine Anziehung ist, sind die Massen aller Körper nicht negativ. Dies gilt jedoch nicht für Gebühren. Zwei Arten der elektromagnetischen Wechselwirkung – Anziehung und Abstoßung – lassen sich bequem durch die Einführung von zwei Arten elektrischer Ladungen beschreiben: positiv und Negativ.

Ladungen unterschiedlichen Vorzeichens ziehen sich an, Ladungen unterschiedlichen Vorzeichens stoßen sich ab. Dies ist in Abb. 1 dargestellt. ein ; an Fäden aufgehängte Bälle erhalten Ladungen des einen oder anderen Zeichens.

Reis. 1. Wechselwirkung zweier Ladungsarten

Die allgegenwärtige Manifestation elektromagnetischer Kräfte erklärt sich aus der Tatsache, dass geladene Teilchen in den Atomen jeder Substanz vorhanden sind: Positiv geladene Protonen sind Teil des Atomkerns und negativ geladene Elektronen bewegen sich in Umlaufbahnen um den Kern.

Die Ladungen eines Protons und eines Elektrons sind im absoluten Wert gleich, und die Anzahl der Protonen im Kern ist gleich der Anzahl der Elektronen in Umlaufbahnen, und daher stellt sich heraus, dass das Atom als Ganzes elektrisch neutral ist. Deshalb bemerken wir unter normalen Bedingungen die elektromagnetische Wirkung der umgebenden Körper nicht: Die Gesamtladung jedes von ihnen ist Null und die geladenen Teilchen sind gleichmäßig über das Volumen des Körpers verteilt. Aber wenn die elektrische Neutralität verletzt wird (z Elektrifizierung) beginnt der Körper sofort, auf die umgebenden geladenen Teilchen einzuwirken.

Warum es genau zwei Arten von elektrischen Ladungen gibt und nicht eine andere Anzahl davon, ist derzeit nicht bekannt. Wir können nur behaupten, dass die Annahme dieser Tatsache als primär eine angemessene Beschreibung der elektromagnetischen Wechselwirkungen liefert.

Die Ladung eines Protons ist Cl. Die Ladung eines Elektrons hat das entgegengesetzte Vorzeichen und ist gleich C. Wert

namens elementare Ladung. Dies ist die minimal mögliche Ladung: Freie Teilchen mit geringerer Ladung wurden in den Experimenten nicht gefunden. Die Physik kann noch nicht erklären, warum die Natur die kleinste Ladung hat und warum sie genau so groß ist.

Die Ladung eines Körpers ist immer die Summe von das Ganze Anzahl der Elementarladungen:

Wenn , dann hat der Körper einen Überschuss an Elektronen (im Vergleich zur Anzahl an Protonen). Fehlen dem Körper dagegen Elektronen: Es sind mehr Protonen vorhanden.

Elektrifizierung von Körpern

Damit ein makroskopischer Körper einen elektrischen Einfluss auf andere Körper ausüben kann, muss er elektrifiziert werden. Elektrifizierung- Dies ist eine Verletzung der elektrischen Neutralität des Körpers oder seiner Teile. Durch die Elektrifizierung wird der Körper zu elektromagnetischen Wechselwirkungen befähigt.

Eine Möglichkeit, einen Körper zu elektrifizieren, besteht darin, ihm eine elektrische Ladung zu verleihen, dh in einem bestimmten Körper einen Ladungsüberschuss mit demselben Vorzeichen zu erreichen. Das geht ganz einfach mit Reibung.

Wenn Sie also einen Glasstab mit Seide reiben, geht ein Teil seiner negativen Ladungen auf die Seide. Dadurch wird der Stick positiv und die Seide negativ geladen. Aber wenn man einen Ebonitstab mit Wolle reibt, wird ein Teil der negativen Ladungen von der Wolle auf den Stab übertragen: Der Stab wird negativ und die Wolle positiv geladen.

Diese Methode der Elektrifizierung von Körpern wird genannt Elektrifizierung durch Reibung. Elektrifizierung durch Reibung begegnet einem jedes Mal, wenn man einen Pullover über dem Kopf auszieht ;-)

Eine andere Art der Elektrifizierung wird genannt Elektrostatische Induktion, oder Elektrifizierung durch Beeinflussung. In diesem Fall bleibt die Gesamtladung des Körpers gleich Null, wird jedoch umverteilt, sodass sich in einigen Körperteilen positive Ladungen und in anderen negative Ladungen ansammeln.

Reis. 2. Elektrostatische Induktion

Betrachten wir Abb. 2. In einiger Entfernung vom Metallkörper liegt eine positive Ladung vor. Es zieht die negativen Ladungen des Metalls (freie Elektronen) an, die sich auf den Bereichen der Körperoberfläche ansammeln, die der Ladung am nächsten sind. Unkompensierte positive Ladungen verbleiben in den fernen Regionen.

Obwohl die Gesamtladung des metallischen Körpers gleich Null blieb, kam es im Körper zu einer räumlichen Ladungstrennung. Wenn wir nun den Körper entlang der gestrichelten Linie teilen, dann wird die rechte Hälfte negativ geladen und die linke Hälfte positiv.

Mit einem Elektroskop können Sie die Elektrifizierung des Körpers beobachten. Ein einfaches Elektroskop ist in Abb. 3 (Bild von en.wikipedia.org).

Reis. 3. Elektroskop

Was passiert in diesem Fall? Ein positiv geladener Stab (z. B. vorher gerieben) wird an die Elektroskopscheibe herangeführt und sammelt darauf eine negative Ladung. Unten, auf den sich bewegenden Blättern des Elektroskops, verbleiben unkompensierte positive Ladungen; voneinander wegdrückend, weichen die Blätter in verschiedene Richtungen ab. Wenn Sie den Zauberstab entfernen, kehren die Ladungen an ihren Platz zurück und die Blätter fallen zurück.

Das Phänomen der elektrostatischen Induktion in grandiosem Ausmaß wird während eines Gewitters beobachtet. Auf Abb. 4 sehen wir eine Gewitterwolke über die Erde ziehen.

Reis. 4. Elektrifizierung der Erde durch eine Gewitterwolke

Im Inneren der Wolke befinden sich Eisschollen unterschiedlicher Größe, die durch aufsteigende Luftströmungen vermischt werden, miteinander kollidieren und sich elektrisieren. In diesem Fall stellt sich heraus, dass sich im unteren Teil der Wolke eine negative Ladung und im oberen Teil eine positive Ladung ansammelt.

Der negativ geladene untere Teil der Wolke induziert positive Ladungen auf der Erdoberfläche. Ein riesiger Kondensator erscheint mit einer kolossalen Spannung zwischen der Wolke und dem Boden. Wenn diese Spannung ausreicht, um den Luftspalt zu durchbrechen, kommt es zu einer Entladung - einem Ihnen wohlbekannten Blitz.

Gesetz der Ladungserhaltung

Kehren wir zum Beispiel der Elektrifizierung durch Reibung zurück – Reiben des Sticks mit einem Tuch. In diesem Fall erhalten der Stab und das Stück Stoff Ladungen mit gleichem Betrag und entgegengesetztem Vorzeichen. Ihre Gesamtladung, die vor der Wechselwirkung gleich Null war, bleibt nach der Wechselwirkung gleich Null.

Wir sehen hier Gesetz der Ladungserhaltung was lautet: in einem geschlossenen System von Körpern bleibt die algebraische Summe der Ladungen für alle Prozesse, die mit diesen Körpern ablaufen, unverändert:

Geschlossenheit eines Systems von Körpern bedeutet, dass diese Körper nur untereinander Ladungen austauschen können, nicht aber mit anderen Objekten außerhalb des gegebenen Systems.

Wenn der Stock elektrifiziert wird, ist die Ladungserhaltung nicht überraschend: Wie viele geladene Teilchen den Stock verlassen haben - die gleiche Menge kam zu einem Stück Stoff (oder umgekehrt). Überraschenderweise, in komplexeren Prozessen, begleitet von gegenseitige Verwandlungen Elementarteilchen u Nummer ändern geladenen Teilchen im System bleibt die Gesamtladung erhalten!

Zum Beispiel in Abb. 5 zeigt den Prozess, bei dem ein Teil der elektromagnetischen Strahlung (die sog Photon) verwandelt sich in zwei geladene Teilchen - ein Elektron und ein Positron. Ein solcher Prozess ist unter bestimmten Bedingungen möglich – zum Beispiel im elektrischen Feld des Atomkerns.

Reis. 5. Erzeugung eines Elektron-Positron-Paares

Die Ladung des Positrons ist betragsmäßig gleich der Ladung des Elektrons und ihr entgegengesetztes Vorzeichen. Der Ladungserhaltungssatz ist erfüllt! Tatsächlich hatten wir am Anfang des Prozesses ein Photon, dessen Ladung Null ist, und am Ende haben wir zwei Teilchen mit einer Gesamtladung von Null.

Das Gesetz der Ladungserhaltung (zusammen mit der Existenz der kleinsten Elementarladung) ist heute die primäre wissenschaftliche Tatsache. Physikern ist es noch nicht gelungen zu erklären, warum sich die Natur so und nicht anders verhält. Wir können nur feststellen, dass diese Tatsachen durch zahlreiche physikalische Experimente bestätigt werden.