Sähköstaattinen tutkimus tutkii niiden varausten ominaisuuksia ja vuorovaikutuksia, jotka ovat paikallaan vertailukehyksessä, jossa niitä tarkastellaan.

Luonnossa on vain kahdenlaisia ​​sähkövarauksia - negatiivisia ja positiivisia. Positiivinen varaus voi esiintyä iholla hierotussa lasisauvalla ja negatiivinen varaus villakankaalla hierotussa meripihkassa.

Tiedämme, että kaikki kehot koostuvat atomeista. Atomi puolestaan ​​koostuu positiivisesti varautuneesta ytimestä ja sen ympärillä pyörivistä elektroneista. Koska elektroneilla on negatiivinen varaus ja ydin on positiivinen, atomi kokonaisuudessaan on sähköisesti neutraali. Kun se altistuu sille ulkopuolelta, se voi menettää yhden tai useamman elektronin ja muuttua positiivisesti varautuneeksi ioniksi. Jos atomi (tai molekyyli) kiinnittää ylimääräisen elektronin itseensä, se muuttuu negatiiviseksi ioniksi.

Siten sähkövaraus voi esiintyä negatiivisten tai positiivisten ionien ja elektronien muodossa. On olemassa yhdenlaista "vapaata sähköä" - negatiiviset elektronit. Siksi, jos keholla on positiivinen varaus, sillä ei ole tarpeeksi elektroneja, ja jos sillä on negatiivinen varaus, siinä on ylimäärä.

Minkä tahansa aineen sähköiset ominaisuudet määräytyvät sen atomirakenteen perusteella. Atomit voivat menettää jopa muutaman elektronin, jolloin niitä kutsutaan moninkertaisesti ionisoituneiksi. Atomin ydin koostuu protoneista ja neutroneista. Jokainen protoni kantaa varauksen, joka on sama kuin elektronin, mutta vastakkainen etumerkillä. Neutronit ovat sähköisesti neutraaleja hiukkasia (ei sähkövarausta).

Protonien ja elektronien lisäksi myös muilla alkuainehiukkasilla on sähkövaraus. Sähkövaraus on olennainen osa alkuainehiukkasia.

Pienimpänä varauksena pidetään elektronin varausta vastaavaa varausta. Sitä kutsutaan myös alkuvaraukseksi, joka on 1,6 10 -19 C. Mikä tahansa varaus on elektronivarausten kokonaisluvun kerrannainen. Siksi kappaleen sähköistyminen ei voi tapahtua jatkuvasti, vaan vain portaittain (diskreetti) elektronin varauksen arvon mukaan.

Jos positiivisesti varautunut kappale alkaa latautua (varattu negatiivisella sähköllä), sen varaus ei muutu välittömästi, vaan laskee ensin nollaan ja saa vasta sitten negatiivisen potentiaalin. Tästä voimme päätellä, että ne kompensoivat toisiaan. Tämä tosiasia johti tutkijat siihen johtopäätökseen, että "lataamattomissa" kehoissa on aina positiivisten ja negatiivisten merkkien varauksia, jotka sisältyvät sellaisiin määriin, että niiden toiminta kompensoi täysin toisensa.

Kun sähköistetään kitkan avulla, "varaamattoman kappaleen" sisältämät negatiiviset ja positiiviset "elementit" erotetaan toisistaan. Kehon negatiivisten elementtien (elektronien) liikkeen seurauksena molemmat kappaleet sähköistyvät, ja toinen niistä on negatiivinen ja toinen on positiivinen. "Virtauksen" määrä elementistä toiseen varautuu vakiona koko prosessin ajan.

Tästä voidaan päätellä, että maksut eivät ole syntyvät eivätkä katoa, vaan vain "virraavat" kehosta toiseen tai liikkuvat sen sisällä. Tämä on sähkövarausten säilymislain ydin. Kitkan aikana monet materiaalit sähköistyvät - eboniitti, lasi ja monet muut. Monilla teollisuudenaloilla (tekstiilit, paperi ym.) staattisen sähkön esiintyminen on vakava tekninen ongelma, koska paperin, kankaan tai muiden tuotantotuotteiden kitkasta johtuva elementtien sähköistyminen koneen osissa voi aiheuttaa tulipaloja ja räjähdyksiä.

Varauksen säilymislaki voidaan muotoilla lyhyemmin - eristetyssä järjestelmässä varattujen elementtien algebrallinen summa pysyy vakiona:

Tämä laki pätee myös atomin ja ytimen muodostavien eri alkuainehiukkasten keskinäisiin muunnoksiin.

Johtaa siihen tosiasiaan, että varauksen säilymislaki on paikallinen luonne: varauksen muutos missä tahansa ennalta määrätyssä tilavuudessa on yhtä suuri kuin varauksen virtaus sen rajan läpi. Alkuperäisessä muotoilussa seuraava prosessi olisi mahdollinen: varaus katoaa yhdessä pisteessä avaruudessa ja syntyy välittömästi toisessa. Tällainen prosessi olisi kuitenkin relativistisesti ei-invariantti: samanaikaisuuden suhteellisuuden vuoksi joissain viitekehyksessä varaus ilmaantuisi uuteen paikkaan ennen kuin se katosi edellisessä, ja joissakin varaus ilmaantuisi uuteen paikkaan. uuteen paikkaan jonkin aikaa edelliseen katoamisen jälkeen. Toisin sanoen, olisi aika, jonka aikana varaus ei säily. Paikallisuusvaatimus mahdollistaa varauksen säilymisen lain kirjoittamisen differentiaali- ja integraalimuodossa.

Varauksen säilymislaki yhtenäisessä muodossa

Muista, että sähkövarausvuon tiheys on yksinkertaisesti virrantiheys. Se, että varauksen muutos tilavuudessa on yhtä suuri kuin pinnan läpi kulkeva kokonaisvirta, voidaan kirjoittaa matemaattisessa muodossa:

Tässä Ω on jokin mielivaltainen alue kolmiulotteisessa avaruudessa, on tämän alueen raja, ρ on varaustiheys, on virrantiheys (sähkövarauksen vuontiheys) rajan läpi.

Varauksen säilymislaki differentiaalimuodossa

Siirtymällä äärettömään pieneen tilavuuteen ja käyttämällä Stokes-lausetta tarvittaessa, voimme kirjoittaa uudelleen varauksen säilymisen lain paikalliseen differentiaalimuotoon (jatkuvuusyhtälö)

Varauksen säilymislaki elektroniikassa

Kirchhoffin säännöt virroille perustuvat suoraan varauksen säilymisen laista. Johtimien ja radioelektronisten komponenttien yhdistelmä on esitetty avoimena järjestelmänä. Varausten kokonaisvirtaus tiettyyn järjestelmään on yhtä suuri kuin järjestelmästä peräisin olevien varausten kokonaismäärä. Kirchhoffin säännöissä oletetaan, että elektroninen järjestelmä ei voi merkittävästi muuttaa kokonaisveloitustaan.

Wikimedia Foundation. 2010 .

Katso, mitä "Sähkövarauksen säilymislaki" tarkoittaa muissa sanakirjoissa:

SÄHKÖLANKUN SÄILYTTÄMISLAKI- yksi luonnon peruslaeista, joka koostuu siitä, että minkä tahansa suljetun (sähköisesti eristetty) järjestelmän sähkövarausten algebrallinen summa pysyy muuttumattomana riippumatta siitä, mitä prosesseja tämän järjestelmän sisällä tapahtuu ... Suuri ammattikorkeakoulun tietosanakirja

sähkövarauksen säilymisen laki

Varauksen säilymislaki- sähkövarauksen säilymislaki - laki, jonka mukaan eristetyn järjestelmän kaikkien hiukkasten sähkövarausten algebrallinen summa ei muutu siinä tapahtuvien prosessien aikana. Minkä tahansa hiukkasen tai hiukkasjärjestelmän sähkövaraus ... ... Modernin luonnontieteen käsitteet. Perustermien sanasto

Säilyvyyslait ovat fysikaalisia peruslakeja, joiden mukaan tietyissä olosuhteissa jotkin suljettua fysikaalista järjestelmää kuvaavat mitattavissa olevat fyysiset suureet eivät muutu ajan kuluessa. Jotkut lait ... ... Wikipedia

varauksen säilymislaki- krūvio tvermės dėsnis statusas T ala fizika atitikmenys: engl. maksu suojelulaki; sähkövarauksen säilymislaki vok. Erhaltungssatz der elektrischen Ladung, m; Ladungserhaltungssatz, m rus. maksun säilyttämislaki, m; laki ... ... Fizikos terminų žodynas

Sähkövarauksen säilymislaki sanoo, että sähköisesti suljetun järjestelmän varausten algebrallinen summa säilyy. Varauksen säilymislaki on täysin totta. Tällä hetkellä sen alkuperä selitetään periaatteen ... ... Wikipedia seurauksena

Maku hiukkasfysiikassa Maut ja kvanttiluvut: Leptoniluku: L Baryonluku: B Oudot: S Viehätys: C Viehätys: B Totuus: T Isospin: I tai Iz Heikko isospin: Tz ... Wikipedia

Energian säilymislaki on luonnon peruslaki, joka on vahvistettu empiirisesti ja joka koostuu siitä, että eristetylle fyysiselle järjestelmälle voidaan ottaa käyttöön skalaarinen fyysinen suure, joka on järjestelmän parametrien funktio ja ... .. Wikipedia

Kun sähköistetään runkoja, sähkövarauksen säilymisen laki. Tämä laki pätee suljetulle järjestelmälle. Suljetussa järjestelmässä kaikkien hiukkasten varausten algebrallinen summa pysyy muuttumattomana . Jos hiukkasvaraukset merkitään q 1:llä, q 2:lla jne., niin

q 1 + q 2 + q 3 + … + q n= vakio

Sähköstaattisen peruslaki on Coulombin laki

Jos kappaleiden välinen etäisyys on monta kertaa suurempi kuin niiden koko, niin varautuneiden kappaleiden muoto tai koko eivät vaikuta merkittävästi niiden väliseen vuorovaikutukseen. Tässä tapauksessa näitä kappaleita voidaan pitää pistekappaleina.

Varautuneiden kappaleiden vuorovaikutusvoima riippuu varautuneiden kappaleiden välisen väliaineen ominaisuuksista.

Kahden pisteen liikkumattoman varautuneen kappaleen vuorovaikutusvoima tyhjiössä on suoraan verrannollinen varausmoduulien tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön. Tätä voimaa kutsutaan Coulombin voimaksi.

|q 1 | ja | q 2 | - ruumiiden latausmoduulit,

r- niiden välinen etäisyys,

k- suhteellisuuskerroin.

F- vuorovaikutusvoima

Kahden liikkumattoman pistevarautetun kappaleen vuorovaikutusvoimat suuntautuvat näitä kappaleita yhdistävää suoraa pitkin.

Sähkövarauksen yksikkö

Virran yksikkö on ampeeri.

Yksi riipus(1 Cl) - tämä on varaus, joka kulkee 1 sekunnissa johtimen poikkileikkauksen läpi virranvoimakkuudella 1 A

g [Coulomb=Cl]

e = 1,610 -19 C

- sähkövakio

LÄHI- JA ETÄOHJEET

Oletus, että toisistaan ​​etäällä olevien kappaleiden välinen vuorovaikutus tapahtuu aina välilinkkien (tai väliaineen) avulla, jotka siirtävät vuorovaikutusta pisteestä pisteeseen, on lyhyen kantaman toiminnan teorian ydin. Jakelu loppunopeudella.

Suoran toiminnan teoria etäisyyden päässä suoraan tyhjiön poikki. Tämän teorian mukaan toiminta välittyy välittömästi mielivaltaisen pitkiä matkoja.

Molemmat teoriat ovat toisiaan vastaan. Mukaan toimintateorioita etäältä yksi keho vaikuttaa toiseen suoraan tyhjyyden kautta ja tämä toiminta välittyy välittömästi.

Lyhyen kantaman teoria toteaa, että mikä tahansa vuorovaikutus tapahtuu väliaineiden avulla ja etenee rajallisella nopeudella.

Tietyn prosessin olemassaolo avaruudessa vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden välillä, joka kestää rajallisen ajan, on tärkein asia, joka erottaa teorian lyhyen kantaman toiminta etäisyyden toimintateoriasta.

Faradayn idean mukaan sähkövaraukset eivät vaikuta suoraan toisiinsa. Jokainen niistä luo sähkökentän ympäröivään tilaan. Yhden varauksen kenttä vaikuttaa toiseen varaukseen ja päinvastoin. Kun siirryt pois latauksesta, kenttä heikkenee.

Sähkömagneettisten vuorovaikutusten tulee levitä avaruudessa äärellisellä nopeudella.

Sähkökenttä on olemassa todellisuudessa, sen ominaisuuksia voidaan tutkia empiirisesti, mutta emme voi sanoa, mistä tämä kenttä koostuu.

Sähkökentän luonteesta voidaan sanoa, että kenttä on materiaalinen; se on substantiivi. meistä riippumatta, meidän tietämyksemme perusteella;

Kentällä on tiettyjä ominaisuuksia, jotka eivät salli sitä sekoittaa mihinkään muuhun ympäröivään maailmaan;

Sähkökentän pääominaisuus on sen vaikutus sähkövarauksiin tietyllä voimalla;

Kiinteiden varausten sähkökenttää kutsutaan sähköstaattinen. Se ei muutu ajan myötä. Sähköstaattinen kenttä syntyy vain sähkövarauksesta. Se on olemassa näitä varauksia ympäröivässä tilassa ja liittyy siihen erottamattomasti.

Sähkökentän voimakkuus.

Tiettyyn kentän pisteeseen sijoitettuun varaukseen vaikuttavan voiman suhde tähän varaukseen kentän jokaisessa pisteessä ei riipu varauksesta ja sitä voidaan pitää kentän ominaisuutena.

Kentänvoimakkuus on yhtä suuri kuin sen voiman suhde, jolla kenttä vaikuttaa pistevaraukseen.

Pistevarauksen kentänvoimakkuus.

.

Pistevarauksen kentänvoimakkuusmoduuli q o etäisyydellä r siitä on yhtä suuri kuin:

.

Jos tietyssä avaruuden pisteessä eri varautuneet hiukkaset luovat sähkökenttiä, joiden vahvuudet jne., niin tuloksena saatu kentänvoimakkuus tässä vaiheessa on:

SÄHKÖPOLTAN VIRTALOHJAT.

LADATUN PALLON KENTTÄVAHVUUS

Kutsutaan sähkökenttää, jonka intensiteetti on sama kaikissa avaruuden pisteissä homogeeninen.

Kenttäviivojen tiheys on suurempi lähellä varautuneita kappaleita, joissa myös kentänvoimakkuus on suurempi.

- pistevarauksen kenttävoimakkuus.

Johtavan pallon sisällä (r > R) kentänvoimakkuus on nolla.

JOHTEET SÄHKÖKENTÄLLÄ.

Johtimet sisältävät varautuneita hiukkasia, jotka voivat liikkua johtimen sisällä sähkökentän vaikutuksesta. Näiden hiukkasten varauksia kutsutaan ilmaiset maksut.

Johtimen sisällä ei ole sähköstaattista kenttää. Johtimen koko staattinen varaus keskittyy sen pinnalle. Varaukset johtimessa voivat sijaita vain sen pinnalla.

Normaaleissa olosuhteissa mikroskooppiset kappaleet ovat sähköisesti neutraaleja, koska atomeja muodostavat positiivisesti ja negatiivisesti varautuneet hiukkaset ovat yhteydessä toisiinsa sähkövoimilla ja muodostavat neutraaleja järjestelmiä. Jos rungon sähköinen neutraalisuus rikotaan, tällaista kappaletta kutsutaan sähköistetty runko. Kappaleen sähköistämiseksi on välttämätöntä, että siihen syntyy samanmerkkisten elektronien tai ionien ylimäärä tai puute.

Kehojen sähköistysmenetelmät, jotka edustavat varautuneiden kappaleiden vuorovaikutusta, voivat olla seuraavat:

1. Runkojen sähköistys kosketuksessa. Tässä tapauksessa pieni osa elektroneista siirtyy läheisessä kosketuksessa yhdestä aineesta, jossa sidos elektronin kanssa on suhteellisen heikko, toiseen aineeseen.
2. Runkojen sähköistyminen kitkan aikana. Tämä lisää kehon kosketuspinta-alaa, mikä johtaa lisääntyneeseen sähköistymiseen.
3. Vaikutus. Vaikutus perustuu sähköstaattisen induktion ilmiö, eli sähkövarauksen induktio vakiosähkökentässä olevaan aineeseen.
4. Kehojen sähköistyminen valon vaikutuksesta. Tämä perustuu valosähköinen ilmiö, tai valosähköinen ilmiö kun valon vaikutuksesta elektronit voivat lentää johtimesta ympäröivään tilaan, minkä seurauksena johdin varautuu.

Lukuisat kokeet osoittavat, että milloin kehon sähköistäminen, silloin kappaleisiin ilmestyy sähkövarauksia, jotka ovat samansuuruisia ja vastakkaisia ​​etumerkillä.

negatiivinen varaus kehossa on ylimääräistä elektroneja protoniin verrattuna, ja positiivinen varaus elektronien puutteen vuoksi.

Kun kehon sähköistyminen tapahtuu, eli kun negatiivinen varaus on osittain erotettu siihen liittyvästä positiivisesta varauksesta, sähkövarauksen säilymisen laki. Varauksen säilymislaki pätee suljetulle systeemille, joka ei tule sisään ulkopuolelta ja josta varautuneet hiukkaset eivät poistu. Sähkövarauksen säilymislaki on muotoiltu seuraavasti:

Suljetussa järjestelmässä kaikkien hiukkasten varausten algebrallinen summa pysyy muuttumattomana:

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

missä q 1, q 2 jne. ovat hiukkasvaraukset.

Sähköisesti varautuneiden kappaleiden vuorovaikutus

Kehojen vuorovaikutus, joilla on samat tai erilaiset merkit, voidaan osoittaa seuraavissa kokeissa. Sähköistetään eboniittitikku hankaamalla turkista ja koskettamalla se silkkilangaan ripustettuun metalliholkkiin. Samanmerkkiset varaukset (negatiiviset varaukset) jakautuvat holkissa ja eboniittitangossa. Lähestyessäsi negatiivisesti varautunutta eboniittisauvaa varautuneeseen patruunakoteloon, huomaa, että patruunakotelo irtoaa tikusta (kuva 1.2).

Riisi. 1.2. Kappaleiden vuorovaikutus samanmerkkisten varausten kanssa.

Jos nyt tuodaan silkkiin hierottu lasitanko (positiivisesti ladattu) ladattuihin holkkiin, niin holkki vetää puoleensa (kuva 1.3).

Riisi. 1.3. Kappaleiden vuorovaikutus erimerkkisten varausten kanssa.

Tästä seuraa, että kappaleet, joilla on samanmerkkiset varaukset (kuten varautuneet kappaleet), hylkivät toisiaan, ja kappaleet, joilla on erimerkkiset varaukset (vastakohtaisesti varautuneet kappaleet), vetävät toisiaan puoleensa. Samanlaiset tulot saadaan, jos kaksi sulttaania tuodaan lähemmäksi, samalla tavalla varautuneita (kuva 1.4) ja vastakkaisesti varautuneita (kuva 1.5).

Varauksen säilymislaki

Kaikkia luonnonilmiöitä ei voida ymmärtää ja selittää mekaniikan käsitteiden ja lakien, aineen rakenteen molekyylikineettisen teorian ja termodynamiikan perusteella. Nämä tieteet eivät kerro mitään niiden voimien luonteesta, jotka sitovat yksittäisiä atomeja ja molekyylejä, pitävät aineen atomeja ja molekyylejä kiinteässä tilassa tietyllä etäisyydellä toisistaan. Atomien ja molekyylien vuorovaikutuksen lakeja voidaan ymmärtää ja selittää sen ajatuksen perusteella, että luonnossa on sähkövarauksia.

Yksinkertaisin ja arkipäiväisin ilmiö, jossa sähkövarausten olemassaolo luonnossa on kappaleiden sähköistyminen kosketuksessa. Sähköistyksen aikana havaittujen kappaleiden vuorovaikutusta kutsutaan sähkömagneettiseksi vuorovaikutukseksi ja fyysistä määrää, joka määrää sähkömagneettisen vuorovaikutuksen, kutsutaan sähkövaraukseksi. Sähkövarausten kyky vetää ja hylkiä osoittaa kahden eri tyyppisen varauksen olemassaolon: positiivisen ja negatiivisen.

Sähkövaraukset voivat ilmaantua paitsi sähköistymisen seurauksena kappaleiden kosketuksessa, myös muiden vuorovaikutusten aikana, esimerkiksi voiman vaikutuksesta (pietsosähköinen vaikutus). Mutta aina suljetussa järjestelmässä, joka ei sisällä varauksia, kaikissa kappaleiden vuorovaikutuksessa kaikkien kappaleiden sähkövarausten algebrallinen (eli etumerkki huomioon ottaen) summa pysyy vakiona. Tätä kokeellisesti vahvistettua tosiasiaa kutsutaan sähkövarauksen säilymisen laiksi.

Missään eikä koskaan luonnossa samanmerkkisiä sähkövarauksia ei synny eikä katoa. Positiivisen varauksen ilmaantumiseen liittyy aina negatiivinen varaus, joka on yhtä suuri absoluuttisesti, mutta vastakkainen etumerkillä. Positiiviset tai negatiiviset varaukset eivät voi kadota erikseen toisistaan, jos ne ovat absoluuttisesti yhtä suuret.

Sähkövarausten ilmestyminen ja katoaminen kappaleisiin selittyy useimmissa tapauksissa varautuneiden alkuainehiukkasten - elektronien - siirtymillä kappaleesta toiseen. Kuten tiedät, minkä tahansa atomin rakenne sisältää positiivisesti varautuneen ytimen ja negatiivisesti varautuneita elektroneja. Neutraalissa atomissa elektronien kokonaisvaraus on täsmälleen yhtä suuri kuin atomin ytimen varaus. Neutraaleista atomeista ja molekyyleistä koostuvan kappaleen kokonaissähkövaraus on nolla.

Jos minkä tahansa vuorovaikutuksen seurauksena osa elektroneista siirtyy yhdestä kappaleesta toiseen, niin yksi kappale saa negatiivisen sähkövarauksen ja toinen - positiivisen varauksen, joka on yhtä suuri absoluuttisella arvolla. Kun kaksi vastakkaisesti varautunutta kappaletta joutuvat kosketuksiin, sähkövaraukset eivät yleensä katoa jäljettömiin, ja ylimäärä elektroneja siirtyy negatiivisesti varautuneesta kappaleesta kappaleeseen, jossa joidenkin atomien kuorissa oli epätäydellinen elektronisarja.

Erikoistapaus on alkuainevarautuneiden antihiukkasten, esimerkiksi elektronin ja positronin, kohtaaminen. Tässä tapauksessa positiiviset ja negatiiviset sähkövaraukset todella katoavat, tuhoutuvat, mutta täysin sähkövarauksen säilymislain mukaisesti, koska elektronin ja positronin varausten algebrallinen summa on yhtä suuri kuin nolla.