Sähkömagneettisilla voimilla on valtava rooli luonnossa, koska kaikkien kappaleiden koostumus sisältää sähköisesti varautuneita hiukkasia. Ytimen atomien ja elektronien rakenneosilla on sähkövaraus

Varautuneiden hiukkasten välillä vallitsevat sähkömagneettiset voimat ovat valtavia. Sähkömagneettisten voimien vaikutusta kappaleiden välillä ei kuitenkaan havaita suoraan, koska normaalitilassa olevat kappaleet ovat sähköisesti neutraaleja. Minkä tahansa aineen atomi on neutraali, koska siinä olevien elektronien lukumäärä on yhtä suuri kuin ytimessä olevien protonien lukumäärä. Positiivisesti ja negatiivisesti varautuneet hiukkaset liittyvät toisiinsa sähkövoimilla ja muodostavat neutraaleja järjestelmiä.

Makroskooppinen kappale on sähköisesti varautunut, jos siinä on ylimäärä alkuainehiukkasia, joilla on sama varausmerkki. Kehon negatiivinen varaus johtuu elektronien ylimäärästä protoneihin verrattuna, ja positiivinen varaus johtuu elektronien puutteesta.

Sähköisesti varautuneen makroskooppisen kappaleen saamiseksi eli sen sähköistämiseksi on välttämätöntä erottaa osa negatiivisesta varauksesta siihen liittyvästä positiivisesta varauksesta. Tämä voidaan tehdä kitkalla. Jos käytät kampaa kuivien hiusten yli, pieni osa liikkuvimmin varautuneista hiukkasista - elektroneista - siirtyy hiuksista kampaan ja lataa sen negatiivisesti, ja hiukset varautuvat positiivisesti.

Maksujen tasa-arvo sähköistyksen aikana. Kokemuksen avulla voidaan osoittaa, että kitkan avulla sähköistettynä molemmat kappaleet saavat etumerkillisesti vastakkaisia ​​varauksia, mutta absoluuttisesti identtisiä. Otetaan elektrometri, jossa on a

metallipallo, jossa on reikä ja kaksi levyä pitkissä kahvoissa: toinen eboniittia ja toinen pleksilasia. Hieroessaan toisiaan vasten levyt sähköistyvät. Viekäämme yksi levyistä pallon sisään koskematta sen seiniin. Jos levy on positiivisesti varautunut, osa neulan ja elektrometrin sauvan elektroneista vetäytyy levyyn ja kerääntyy pallon sisäpinnalle. Tässä tapauksessa nuoli on positiivisesti varautunut ja hylätty tangosta (kuva 92, a). Jos pallon sisään viedään toinen levy, kun ensimmäinen on aiemmin poistettu, niin pallon ja sauvan elektronit hylätään levyltä ja kerääntyvät ylimääräisesti nuoleen. Tämä saa nuolen poikkeamaan ja samassa kulmassa kuin ensimmäisessä kokeessa. Kun molemmat levyt on laskettu pallon sisään, emme löydä nuolen poikkeamaa (kuva 92, b). Tämä osoittaa, että levyjen varaukset ovat suuruudeltaan yhtä suuret ja vastakkaiset etumerkillä.

Miten kehojen sähköistäminen tapahtuu? Runkoja sähköistettäessä niiden välinen tiivis kontakti on tärkeä. Sähkövoimat pitävät elektroneja kehon sisällä. Mutta eri aineille nämä voimat ovat erilaisia. Läheisessä kosketuksessa pieni osa sen aineen elektroneista, joissa elektronien yhteys kehoon on suhteellisen heikko, siirtyy toiseen aineeseen. Tässä tapauksessa elektronien siirtymät eivät ylitä atomien välisten etäisyyksien kokoa (cm). Mutta jos ruumiit erotetaan, niin ne molemmat joutuvat syytteeseen.

Koska kappaleiden pinnat eivät ole koskaan täysin sileitä, elektronien siirtoon tarvittava läheinen kosketus kappaleiden välillä muodostuu vain pintojen pienillä alueilla (kuva 93). Kun kappaleet hankaavat toisiaan vasten, läheisessä kosketuksessa olevien alueiden määrä kasvaa ja lisää siten kehosta toiseen siirtyvien varautuneiden hiukkasten kokonaismäärää.

Runkojen sähköistys ja sen soveltaminen tekniikassa. Merkittävä sähköistyminen tapahtuu synteettisten kankaiden kitkan aikana. Kun nylonpaitaa riisutaan kuivassa ilmassa, kuuluu tyypillistä rätinää. Pienet kipinät hyppäävät hankauspintojen varautuneiden alueiden välillä. Tällaiset ilmiöt on otettava huomioon tuotannossa. Näin ollen tekstiilitehtaiden lankalangat sähköistyvät kitkan vaikutuksesta, ne vetäytyvät karoihin ja rulliin ja katkeavat. Lanka vetää puoleensa pölyä ja likaantuu.

On tarpeen ryhtyä erityistoimenpiteisiin kierteiden sähköistymistä vastaan.

Läheisessä kosketuksessa olevien kappaleiden sähköistämistä käytetään sähkökopiokoneissa (kuten "Era", "Xerox" jne.).

Joten yhdessä näistä asennuksista mustaa hartsijauhetta sekoitetaan pienten lasihelmien kanssa. Tässä tapauksessa pallot varautuvat positiivisesti ja jauhehiukkaset ovat negatiivisesti varautuneita. Vetovoiman vuoksi ne peittävät pallojen pinnan ohuella kerroksella.

Kopioitu teksti tai piirros heijastetaan ohuelle seleenilevylle, jonka pinta on positiivisesti varautunut. Levy lepää negatiivisesti varautuneella metallipinnalla. Valon vaikutuksesta levy purkautuu ja positiivinen varaus jää vain kuvan tummia alueita vastaaville alueille. Sen jälkeen levy peitetään ohuella pallokerroksella. Vastakkaisten varausten vetovoiman vuoksi hartsijauhe vetää puoleensa levyn positiivisesti varautuneita alueita. Sitten pallot ravistetaan pois ja painetaan paperiarkki tiukasti levyä vasten, siihen saadaan jälki. Jälki kiinnitetään lämmittämällä.

Monia luonnossa ja ympärillämme olevasta elämästä havaittavia fysikaalisia ilmiöitä ei voida selittää pelkästään mekaniikan, molekyylikineettisen teorian ja termodynamiikan lakien perusteella. Nämä ilmiöt ilmentävät voimia, jotka vaikuttavat kappaleiden välillä etäisyyden päässä, eivätkä nämä voimat ole riippuvaisia ​​vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden massoista eivätkä siksi ole painovoimaisia. Näitä voimia kutsutaan sähkömagneettisia voimia.

Sähkövarauksen säilymislaki

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 sähköistys 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.

Määritelmät

Alkuainehiukkasia voi olla sähköpostia ladata, niin niitä kutsutaan ladatuiksi;

Alkuainehiukkaset - vuorovaikuttavat toistensa kanssa voimilla, jotka riippuvat hiukkasten välisestä etäisyydestä, mutta ylittävät monta kertaa keskinäisen gravitaatiovoiman (tätä vuorovaikutusta kutsutaan sähkömagneettiseksi).

Sähkövaraus- fysikaalinen määrä, määrittää sähkömagneettisten vuorovaikutusten voimakkuuden.

Sähkövarauksesta on kaksi merkkiä:

• positiivinen
• negatiivinen

Hiukkaset, joilla on samat varaukset torjua, vastakkaisilla nimillä - houkuttelevat. Protonilla on positiivinen varaus, elektroni negatiivinen, neutroni - sähköisesti neutraali.

alkeislataus- vähimmäismaksu, jota ei voida jakaa.

Kuinka selittää sähkömagneettisten voimien esiintyminen luonnossa? Kaikki kehot sisältävät varautuneita hiukkasia.

Normaalitilassa kappaleet ovat sähköisesti neutraaleja (koska atomi on neutraali), eikä sähkömagneettisia voimia esiinny.

Runko ladattu, jos siinä on jonkin merkin ylimääräisiä maksuja:

• negatiivisesti varautunut - jos elektroneja on ylimäärä;
• positiivisesti varautunut - jos elektronien puute.

Runkojen sähköistys- tämä on yksi tavoista saada varautuneita kappaleita esimerkiksi koskettamalla).

Tässä tapauksessa molemmat kappaleet ovat varautuneita ja varaukset ovat etumerkillisesti vastakkaisia, mutta suuruudeltaan yhtä suuria.

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. Tuomalla negatiivisesti varautunut eboniittisauva lähemmäksi varattua patruunakoteloa voidaan nähdä, että patruunakotelo irtoaa tikusta (kuva 1.1).

Jos nyt tuodaan silkkiin hierottu lasitanko (positiivisesti ladattu) ladattuihin holkkiin, niin holkki vetää puoleensa (kuva 1.2).

Otetaan kaksi identtistä elektrometriä ja ladataan toinen niistä (kuva 2.1). Sen lataus vastaa 6 asteikon jakoa.

Jos yhdistät nämä elektrometrit lasisauvalla, muutosta ei tapahdu. Tämä vahvistaa sen tosiasian, että lasi on eriste. Jos kuitenkin käytät sähkömittarien liittämiseen metallitankoa A (kuva 2.2) pitäen sitä johtamattomasta kahvasta B, niin näet, että alkuvaraus jakautuu kahteen yhtä suureen osaan: puolet varauksesta siirtyy ensimmäisestä pallosta toiseen. Nyt kunkin elektrometrin varaus vastaa 3 asteikon jakoa. Alkuperäinen lataus ei siis ole muuttunut, se on vain jakautunut kahteen osaan.

Jos varaus siirtyy varautuneesta kappaleesta samankokoiseen varautumattomaan kappaleeseen, varaus jakautuu kahtia näiden kahden kappaleen kesken. Mutta jos toinen, lataamaton kappale on suurempi kuin ensimmäinen, yli puolet varauksesta siirtyy toiseen. Mitä suurempaan kappaleeseen varaus siirtyy, sitä suurempi osa varauksesta siirtyy siihen.

Mutta maksun kokonaismäärä ei muutu. Siten voidaan väittää, että varaus säilyy. Nuo. sähkövarauksen säilymislaki täyttyy.

Sähkövarauksia ei ole olemassa itsestään, vaan ne ovat alkuainehiukkasten - elektronien, protonien jne. - sisäisiä ominaisuuksia.

Empiirisesti vuonna 1914 amerikkalainen fyysikko R. Milliken osoitti että sähkövaraus on diskreetti . Minkä tahansa kappaleen varaus on kokonaislukukerrannainen alkeissähkövaraus e = 1,6 × 10 -19 C.

Elektroni-positroniparin muodostumisreaktiossa, varauksen säilymislaki.

q elektroni +q positroni = 0.

Positron- alkuainehiukkanen, jonka massa on suunnilleen sama kuin elektronin massa; Positronivaraus on positiivinen ja yhtä suuri kuin elektronin varaus.

Perustuu sähkövarauksen säilymisen laki selittää makroskooppisten kappaleiden sähköistämisen.

Kuten tiedät, kaikki kehot koostuvat atomeista, mukaan lukien elektroneja ja protonit. Elektronien ja protonien määrä varautumattomassa kappaleessa on sama. Siksi tällainen kappale ei osoita sähköistä vaikutusta muihin kappaleisiin. Jos kaksi kappaletta ovat läheisessä kosketuksessa (hankauksen, puristuksen, törmäyksen jne. aikana), niin atomeihin liittyvät elektronit ovat paljon heikompia kuin protonit, ne siirtyvät kappaleesta toiseen.

Kehossa, johon elektronit ovat kulkeneet, on niitä ylimäärä. Säilyvyyslain mukaan tämän kappaleen sähkövaraus on yhtä suuri kuin kaikkien protonien positiivisten varausten ja kaikkien elektronien varausten algebrallinen summa. Tämä varaus on negatiivinen ja yhtä suuri kuin ylimääräisten elektronien varausten summa.

Keholla, jossa on ylimäärä elektroneja, on negatiivinen varaus.

Elektroneja menettäneellä kappaleella on positiivinen varaus, jonka moduuli on yhtä suuri kuin kehon menettämien elektronivarausten summa.

Positiivisesti varautuneessa kappaleessa on vähemmän elektroneja kuin protoneja.

Sähkövaraus ei muutu, kun keho siirtyy toiseen vertailukehykseen.

Javascript on poistettu käytöstä selaimessasi.
ActiveX-komponentit on otettava käyttöön, jotta voit tehdä laskelmia!

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 sähköistäminen 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.

USE-kooderin aiheita: kappaleiden sähköistyminen, varausten vuorovaikutus, kaksi varaustyyppiä, sähkövarauksen säilymislaki.

Sähkömagneettiset vuorovaikutukset ovat luonnon perustavanlaatuisimpia vuorovaikutuksia. Elastisuus- ja kitkavoimat, kaasun paine ja paljon muuta voidaan pelkistää sähkömagneettisiksi voimiksi aineen hiukkasten välillä. Itse sähkömagneettiset vuorovaikutukset eivät enää pelkisty muihin, syvempään vuorovaikutustyyppeihin.

Yhtä perustavanlaatuinen vuorovaikutustyyppi on painovoima - minkä tahansa kahden kappaleen vetovoima. Sähkömagneettisten ja gravitaatiovuorovaikutusten välillä on kuitenkin useita tärkeitä eroja.

1. Kaikki eivät voi osallistua sähkömagneettiseen vuorovaikutukseen, vaan vain veloitettu ruumiit (jolla on sähkövaraus).

2. Gravitaatiovuorovaikutus on aina kehon vetovoimaa toiseen. Sähkömagneettinen vuorovaikutus voi olla sekä vetovoimaa että hylkimistä.

3. Sähkömagneettinen vuorovaikutus on paljon voimakkaampaa kuin gravitaatio. Esimerkiksi kahden elektronin sähköinen hylkäysvoima on useita kertoja suurempi kuin niiden vetovoima toisiinsa nähden.

Jokaisessa varatussa kappaleessa on jonkin verran sähkövarausta. Sähkövaraus on fysikaalinen suure, joka määrittää luonnon esineiden välisen sähkömagneettisen vuorovaikutuksen voimakkuuden. Maksuyksikkö on riipus(CL).

Kaksi maksutyyppiä

Koska gravitaatiovuorovaikutus on aina vetovoima, kaikkien kappaleiden massat eivät ole negatiivisia. Mutta tämä ei koske maksuja. Kahden tyyppistä sähkömagneettista vuorovaikutusta - vetovoimaa ja hylkimistä - kuvataan kätevästi ottamalla käyttöön kaksi sähkövarauksen tyyppiä: positiivinen ja negatiivinen.

Eri merkkien varaukset vetävät toisiaan puoleensa ja eri merkkien varaukset hylkivät toisiaan. Tämä on havainnollistettu kuvassa. yksi ; lankoihin ripustetuille palloille annetaan yhden tai toisen merkin panoksia.

Riisi. 1. Kahden tyyppisten maksujen vuorovaikutus

Sähkömagneettisten voimien kaikkialla esiintyvä ilmentymä selittyy sillä, että varautuneita hiukkasia on läsnä minkä tahansa aineen atomeissa: positiivisesti varautuneet protonit ovat osa atomin ydintä ja negatiivisesti varautuneet elektronit liikkuvat ytimen ympärillä olevilla kiertoradoilla.

Protonin ja elektronin varaukset ovat absoluuttisesti yhtä suuret, ja protonien lukumäärä ytimessä on yhtä suuri kuin elektronien lukumäärä kiertoradalla, ja siksi käy ilmi, että atomi kokonaisuudessaan on sähköisesti neutraali. Tästä syystä emme normaaleissa olosuhteissa huomaa ympäröivien kappaleiden sähkömagneettista vaikutusta: kunkin kappaleen kokonaisvaraus on nolla ja varautuneet hiukkaset jakautuvat tasaisesti koko kehon tilavuuteen. Mutta jos sähköneutraaliutta rikotaan (esimerkiksi seurauksena sähköistys) keho alkaa välittömästi vaikuttaa ympäröiviin varautuneisiin hiukkasiin.

Sitä, miksi sähkövarauksia on täsmälleen kahta tyyppiä, eikä muuta määrää niitä, ei tällä hetkellä tiedetä. Voimme vain väittää, että tämän tosiasian hyväksyminen ensisijaiseksi antaa riittävän kuvauksen sähkömagneettisista vuorovaikutuksista.

Protonin varaus on Cl. Elektronin varaus on sen etumerkissä vastakkainen ja on yhtä suuri kuin C. Arvo

nimeltään alkeislataus. Tämä on pienin mahdollinen varaus: kokeissa ei löytynyt vapaita hiukkasia, joilla on pienempi varaus. Fysiikka ei voi vielä selittää, miksi luonnolla on pienin varaus ja miksi sen suuruus on juuri sellainen.

Minkä tahansa kehon varaus on aina summa koko perusmaksujen määrä:

Jos , niin kehossa on ylimäärä elektroneja (verrattuna protonien määrään). Jos päinvastoin, kehosta puuttuu elektroneja: protoneja on enemmän.

Runkojen sähköistys

Jotta makroskooppinen kappale voisi vaikuttaa sähköisesti muihin kappaleisiin, se on sähköistettävä. Sähköistys- tämä rikkoo kehon tai sen osien sähköistä neutraalisuutta. Sähköistyksen seurauksena keho pystyy sähkömagneettiseen vuorovaikutukseen.

Eräs tapa sähköistää kappale on antaa siihen sähkövaraus, eli saada aikaan ylimäärä samanmerkkisiä varauksia tietyssä kappaleessa. Tämä on helppo tehdä kitkalla.

Joten kun lasitankoa hierotaan silkillä, osa sen negatiivisista varauksista menee silkkiin. Seurauksena on, että tikku varautuu positiivisesti ja silkki negatiivisesti. Mutta kun eboniittitikkua hierotaan villalla, osa negatiivisista varauksista siirtyy villasta tikkuun: tikku varautuu negatiivisesti ja villa positiivisesti.

Tätä kehon sähköistämismenetelmää kutsutaan sähköistys kitkan avulla. Törmäät kitkan aiheuttamaan sähköistymiseen aina, kun riisut puseron pään yli ;-)

Toista sähköistystyyppiä kutsutaan sähköstaattinen induktio, tai sähköistyminen vaikuttamisen kautta. Tässä tapauksessa kehon kokonaisvaraus pysyy nollassa, mutta jakautuu uudelleen siten, että positiiviset varaukset kerääntyvät joihinkin kehon osiin ja negatiiviset varaukset muihin.

Riisi. 2. Sähköstaattinen induktio

Katsotaanpa kuviota. 2. Tietyllä etäisyydellä metallirungosta on positiivinen varaus. Se vetää puoleensa metallin negatiivisia varauksia (vapaita elektroneja), jotka kerääntyvät varausta lähimmille kehon pinnan alueille. Kaukaisille alueille jää kompensoimattomia positiivisia varauksia.

Huolimatta siitä, että metallikappaleen kokonaisvaraus pysyi nollassa, kehossa tapahtui varausten avaruudellinen erottuminen. Jos jaamme nyt kehon katkoviivaa pitkin, oikea puoli on negatiivisesti varautunut ja vasen puoli positiivisesti.

Voit tarkkailla kehon sähköistymistä sähköskoopin avulla. Yksinkertainen sähköskooppi on esitetty kuvassa. 3 (kuva osoitteesta en.wikipedia.org).

Riisi. 3. Elektroskooppi

Mitä tässä tapauksessa tapahtuu? Positiivisesti varautunut sauva (esimerkiksi aiemmin hierottu) tuodaan elektroskooppilevylle ja kerää siihen negatiivisen varauksen. Alla, sähköskoopin liikkuville lehdille, jää kompensoimattomia positiivisia varauksia; työntäen pois toisistaan, lehdet eroavat eri suuntiin. Jos poistat sauvan, panokset palaavat paikoilleen ja lehdet putoavat takaisin.

Sähköstaattisen induktion ilmiö suuressa mittakaavassa havaitaan ukkosmyrskyn aikana. Kuvassa 4 näemme ukkospilven menevän maan yli.

Riisi. 4. Maan sähköistys ukkospilven vaikutuksesta

Pilven sisällä on erikokoisia jäätiköitä, jotka sekoittuvat nousevien ilmavirtojen vaikutuksesta, törmäävät toisiinsa ja sähköistyvät. Tässä tapauksessa käy ilmi, että negatiivinen varaus kerääntyy pilven alaosaan ja positiivinen varaus kerääntyy yläosaan.

Pilven negatiivisesti varautunut alaosa indusoi positiivisia varauksia maan pinnalle. Näytölle ilmestyy jättiläinen kondensaattori, jolla on valtava jännite pilven ja maan väliin. Jos tämä jännite riittää murtautumaan ilmaraon läpi, tapahtuu purkaus - salama, joka on sinulle tuttu.

Varauksen säilymislaki

Palataan esimerkkiin sähköistymisestä kitkan avulla - kepin hankaamiseen kankaalla. Tällöin keppi ja kankaanpala saavat samansuuruiset ja vastakkaiset merkit. Niiden kokonaisvaraus, koska se oli nolla ennen vuorovaikutusta, pysyy nollana vuorovaikutuksen jälkeen.

Näemme täällä varauksen säilymislaki jossa lukee: suljetussa kappalejärjestelmässä varausten algebrallinen summa pysyy muuttumattomana kaikissa näissä kappaleissa tapahtuvissa prosesseissa:

Kappalejärjestelmän sulkeutuneisuus tarkoittaa, että nämä kappaleet voivat vaihtaa varauksia vain keskenään, mutta eivät minkään muun järjestelmän ulkopuolisten esineiden kanssa.

Kun tikku sähköistetään, varauksen säilymisessä ei ole mitään yllättävää: kuinka monta varautunutta hiukkasta poistui tikusta - sama määrä tuli kankaan palalle (tai päinvastoin). Yllättäen monimutkaisemmissa prosesseissa mukana keskinäisiä muunnoksia alkuainehiukkasia ja numeron muutos Varautuneita hiukkasia järjestelmässä, kokonaisvaraus säilyy edelleen!

Esimerkiksi kuvassa fig. Kuva 5 esittää prosessia, jossa osa sähkömagneettista säteilyä (ns fotoni) muuttuu kahdeksi varautuneeksi hiukkaseksi - elektroniksi ja positroniksi. Tällainen prosessi on mahdollista tietyissä olosuhteissa - esimerkiksi atomiytimen sähkökentässä.

Riisi. 5. Elektroni-positroniparin luominen

Positronivaraus on absoluuttisesti yhtä suuri kuin elektronin varaus ja on sen vastakkainen etumerkillä. Varauksen säilymislaki on täytetty! Todellakin, prosessin alussa meillä oli fotoni, jonka varaus on nolla, ja lopussa saimme kaksi hiukkasta, joiden kokonaisvaraus oli nolla.

Varauksen säilymislaki (pienimmän alkuvarauksen olemassaolon kanssa) on nykyään ensisijainen tieteellinen tosiasia. Fyysikot eivät ole vielä onnistuneet selittämään, miksi luonto käyttäytyy tällä tavalla eikä toisin. Voimme vain todeta, että nämä tosiasiat vahvistavat lukuisat fyysiset kokeet.