Elektrostatika mempelajari sifat-sifat dan interaksi muatan-muatan yang diam dalam kerangka acuan di mana muatan-muatan tersebut dipertimbangkan.

Di alam, hanya ada dua jenis muatan listrik - negatif dan positif. Muatan positif dapat terjadi pada batang kaca yang digosok dengan kulit, dan muatan negatif dapat terjadi pada ambar yang digosok dengan kain wol.

Kita tahu bahwa semua benda terdiri dari atom. Pada gilirannya, atom terdiri dari inti bermuatan positif dan elektron yang berputar di sekitarnya. Karena elektron memiliki muatan negatif dan nukleus positif, atom secara keseluruhan bersifat netral. Ketika terpapar dari luar, ia dapat kehilangan satu atau lebih elektron dan berubah menjadi ion bermuatan positif. Jika sebuah atom (atau molekul) menempelkan elektron tambahan ke dirinya sendiri, itu akan berubah menjadi ion negatif.

Dengan demikian, muatan listrik dapat ada dalam bentuk ion dan elektron negatif atau positif. Ada satu jenis "listrik bebas" - elektron negatif. Oleh karena itu, jika suatu benda memiliki muatan positif, ia tidak memiliki cukup elektron, dan jika memiliki muatan negatif, maka ia memiliki kelebihan.

Sifat listrik suatu zat ditentukan oleh struktur atomnya. Atom dapat kehilangan bahkan beberapa elektron, dalam hal ini mereka disebut terionisasi ganda. Inti atom terdiri dari proton dan neutron. Setiap proton membawa muatan yang sama dengan elektron, tetapi berlawanan tanda. Neutron adalah partikel yang bermuatan listrik netral (tidak memiliki muatan listrik).

Selain proton dan elektron, partikel elementer lainnya juga memiliki muatan listrik. Muatan listrik merupakan bagian integral dari partikel elementer.

Muatan terkecil dianggap sebagai muatan yang sama dengan muatan elektron. Itu juga disebut muatan dasar, yang sama dengan 1,6 10 -19 C. Setiap muatan adalah kelipatan dari sejumlah bilangan bulat muatan elektron. Oleh karena itu, elektrifikasi benda tidak dapat terjadi secara terus-menerus, tetapi hanya secara bertahap (diskrit), berdasarkan nilai muatan elektron.

Jika benda bermuatan positif mulai diisi ulang (diisi dengan listrik negatif), maka muatannya tidak akan berubah secara instan, tetapi pertama-tama akan berkurang menjadi nol, dan baru kemudian memperoleh potensi negatif. Dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa mereka saling mengimbangi. Fakta ini membawa para ilmuwan pada kesimpulan bahwa dalam tubuh "tidak bermuatan" selalu ada muatan tanda positif dan negatif, yang terkandung dalam jumlah sedemikian rupa sehingga tindakan mereka sepenuhnya saling mengimbangi.

Ketika dialiri listrik oleh gesekan, "elemen" negatif dan positif yang terkandung dalam "benda tak bermuatan" dipisahkan. Sebagai hasil dari pergerakan elemen negatif tubuh (elektron), kedua benda dialiri arus listrik, dan salah satunya negatif, dan yang kedua positif. Jumlah "aliran" dari satu elemen ke muatan lain tetap konstan selama seluruh proses.

Dari sini dapat disimpulkan bahwa biaya tidak diciptakan dan tidak hilang, tetapi hanya "mengalir" dari satu tubuh ke tubuh lain atau bergerak di dalamnya. Ini adalah inti dari hukum kekekalan muatan listrik. Selama gesekan, banyak bahan mengalami elektrifikasi - ebonit, kaca, dan banyak lainnya. Di banyak industri (tekstil, kertas dan lain-lain), keberadaan listrik statis merupakan masalah rekayasa yang serius, karena elektrifikasi elemen yang disebabkan oleh gesekan kertas, kain atau produk produksi lainnya pada bagian mesin dapat menyebabkan kebakaran dan ledakan.

Hukum kekekalan muatan dapat dirumuskan lebih singkat - dalam sistem yang terisolasi, jumlah aljabar elemen bermuatan tetap konstan:

Hukum ini juga berlaku untuk transformasi timbal balik dari berbagai partikel elementer yang membentuk atom dan inti secara keseluruhan.

Mengarah pada fakta bahwa hukum kekekalan muatan memiliki lokal karakter: perubahan muatan dalam setiap volume yang telah ditentukan sama dengan aliran muatan melalui batasnya. Dalam formulasi aslinya, proses berikut mungkin terjadi: muatan menghilang di satu titik di ruang dan seketika muncul di titik lain. Namun, proses seperti itu secara relativistik non-invarian: karena relativitas simultanitas, dalam beberapa kerangka acuan, muatan akan muncul di tempat baru sebelum menghilang di tempat sebelumnya, dan di beberapa tempat, muatan akan muncul di tempat baru. tempat baru beberapa waktu setelah menghilang di tempat sebelumnya. Artinya, akan ada jangka waktu selama muatan tidak dilestarikan. Persyaratan lokalitas memungkinkan kita untuk menuliskan hukum kekekalan muatan dalam bentuk diferensial dan integral.

Hukum kekekalan muatan dalam bentuk integral

Ingatlah bahwa kerapatan fluks muatan listrik hanyalah kerapatan arus. Fakta bahwa perubahan muatan dalam volume sama dengan total arus yang melalui permukaan dapat ditulis dalam bentuk matematika:

Di sini adalah beberapa daerah arbitrer dalam ruang tiga dimensi, adalah batas daerah ini, adalah rapat muatan, adalah rapat arus (kerapatan fluks muatan listrik) yang melalui batas.

Hukum kekekalan muatan dalam bentuk diferensial

Melewati ke volume yang sangat kecil dan menggunakan teorema Stokes seperlunya, kita dapat menulis ulang hukum kekekalan muatan dalam bentuk diferensial lokal (persamaan kontinuitas)

Hukum kekekalan muatan dalam elektronika

Aturan Kirchhoff untuk arus mengikuti langsung dari hukum kekekalan muatan. Kombinasi konduktor dan komponen radio-elektronik direpresentasikan sebagai sistem terbuka. Masuknya total muatan ke dalam sistem tertentu sama dengan total keluaran muatan dari sistem. Aturan Kirchhoff mengasumsikan bahwa sistem elektronik tidak dapat mengubah muatan totalnya secara signifikan.

Yayasan Wikimedia. 2010 .

Lihat apa itu "Hukum Kekekalan Muatan Listrik" di kamus lain:

HUKUM KONSERVASI BIAYA LISTRIK- salah satu hukum dasar alam, yang terdiri dari fakta bahwa jumlah aljabar muatan listrik dari setiap sistem tertutup (terisolasi secara listrik) tetap tidak berubah, tidak peduli proses apa yang terjadi di dalam sistem ini ... Ensiklopedia Politeknik Hebat

hukum kekekalan muatan listrik

Hukum kekekalan muatan- hukum kekekalan muatan listrik - hukum yang menurutnya jumlah aljabar dari muatan listrik semua partikel dari sistem yang terisolasi tidak berubah selama proses yang terjadi di dalamnya. Muatan listrik dari setiap partikel atau sistem partikel ... ... Konsep ilmu alam modern. Glosarium istilah dasar

Hukum kekekalan adalah hukum fisika dasar, yang menurutnya, dalam kondisi tertentu, beberapa kuantitas fisik terukur yang mencirikan sistem fisik tertutup tidak berubah seiring waktu. Beberapa hukum ... ... Wikipedia

hukum kekekalan muatan- krūvio tvermės dėsnis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. hukum konservasi biaya; hukum kekekalan muatan listrik vok. Erhaltungssatz der elektrischen Ladung, m; Ladungserhaltungssatz, m rus. hukum kekekalan muatan, m; hukum ... ... Fizikos terminų odynas

Hukum kekekalan muatan listrik menyatakan bahwa jumlah aljabar muatan suatu sistem tertutup adalah kekal. Hukum kekekalan muatan mutlak benar. Saat ini, asalnya dijelaskan sebagai konsekuensi dari prinsip ... ... Wikipedia

Rasa dalam fisika partikel Rasa dan bilangan kuantum: Nomor lepton: L Nomor baryon: B Keanehan: S Pesona: C Pesona: B Kebenaran: T Isospin: I atau Iz Isospin lemah: Tz ... Wikipedia

Hukum kekekalan energi adalah hukum alam yang mendasar, ditetapkan secara empiris dan terdiri dari fakta bahwa untuk sistem fisik yang terisolasi, kuantitas fisik skalar dapat diperkenalkan, yang merupakan fungsi dari parameter sistem dan ... .. Wikipedia

Saat menggetarkan badan, hukum kekekalan muatan listrik. Hukum ini berlaku untuk sistem tertutup. Dalam sistem tertutup, jumlah aljabar muatan semua partikel tetap tidak berubah . Jika muatan partikel dilambangkan dengan q 1 , q 2 dst., maka

q 1 + q 2 + q 3 + … + q n= konstanta

Hukum dasar elektrostatika adalah hukum Coulomb

Jika jarak antara benda berkali-kali lebih besar dari ukurannya, maka baik bentuk maupun ukuran benda bermuatan tidak secara signifikan mempengaruhi interaksi di antara mereka. Dalam hal ini, badan-badan ini dapat dianggap sebagai badan titik.

Gaya interaksi benda bermuatan tergantung pada sifat medium antara benda bermuatan.

Gaya interaksi dua titik benda bermuatan yang tidak bergerak dalam ruang hampa berbanding lurus dengan produk modul muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara keduanya. Gaya ini disebut gaya Coulomb.

|q 1 | dan | q 2 | - modul muatan tubuh,

r- jarak antara mereka,

k- koefisien proporsionalitas.

F- kekuatan interaksi

Gaya interaksi dua benda bermuatan titik yang tidak bergerak diarahkan sepanjang garis lurus yang menghubungkan benda-benda tersebut.

Satuan muatan listrik

Satuan arus adalah ampere.

Satu liontin(1 Cl) - ini adalah muatan yang lewat dalam 1 s melalui penampang konduktor pada kekuatan arus 1 A

g [Coulomb=Cl]

e=1.610 -19 C

- konstanta listrik

TINDAKAN TUTUP DAN JARAK

Asumsi bahwa interaksi antara benda yang berjauhan satu sama lain selalu dilakukan dengan bantuan perantara (atau media) yang mentransfer interaksi dari titik ke titik, adalah inti dari teori aksi jarak pendek. Distribusi dengan kecepatan akhir.

Teori aksi langsung pada jarak yang tepat melintasi kekosongan. Menurut teori ini, tindakan ditransmisikan secara instan melalui jarak jauh yang sewenang-wenang.

Kedua teori tersebut saling bertentangan satu sama lain. Berdasarkan teori aksi di kejauhan satu tubuh bertindak pada yang lain secara langsung melalui kekosongan dan tindakan ini ditransmisikan secara instan.

Teori jarak pendek menyatakan bahwa setiap interaksi dilakukan dengan bantuan agen perantara dan merambat dengan kecepatan yang terbatas.

Adanya proses tertentu dalam ruang antara benda-benda yang berinteraksi, yang berlangsung dalam waktu yang terbatas, adalah hal utama yang membedakan teori aksi jarak pendek dari teori aksi di kejauhan.

Menurut ide Faraday muatan listrik tidak bekerja secara langsung satu sama lain. Masing-masing menciptakan medan listrik di ruang sekitarnya. Medan satu muatan bekerja pada muatan lain, dan sebaliknya. Saat Anda menjauh dari muatan, medannya melemah.

Interaksi elektromagnetik harus merambat di ruang angkasa pada kecepatan yang terbatas.

Medan listrik ada dalam kenyataan, sifat-sifatnya dapat dipelajari secara empiris, tetapi kita tidak dapat mengatakan terdiri dari apa medan ini.

Tentang sifat medan listrik, kita dapat mengatakan bahwa medan adalah materi; itu adalah kata benda. terlepas dari kita, dari pengetahuan kita tentangnya;

Bidang memiliki sifat tertentu yang tidak memungkinkannya dikacaukan dengan hal lain di dunia sekitarnya;

Properti utama medan listrik adalah aksinya pada muatan listrik dengan gaya tertentu;

Medan listrik muatan stasioner disebut elektrostatik. Itu tidak berubah dengan waktu. Medan elektrostatik hanya dibuat oleh muatan listrik. Itu ada di ruang di sekitar muatan ini dan terkait erat dengannya.

Kekuatan medan listrik.

Rasio gaya yang bekerja pada muatan yang ditempatkan pada titik tertentu dari medan terhadap muatan ini untuk setiap titik medan tidak bergantung pada muatan dan dapat dianggap sebagai karakteristik medan.

Kuat medan sama dengan rasio gaya yang bekerja pada medan pada muatan titik terhadap muatan ini.

Kekuatan medan muatan titik.

.

Modulus kekuatan medan muatan titik q Hai pada jarak r dari itu sama dengan:

.

Jika pada suatu titik tertentu dalam ruang, berbagai partikel bermuatan menciptakan medan listrik, yang kekuatannya dll, maka kuat medan yang dihasilkan pada titik ini adalah:

LISTRIK POL LISTRIK.

KEKUATAN LAPANGAN BOLA YANG DIISI

Medan listrik yang intensitasnya sama di semua titik dalam ruang disebut homogen.

Kepadatan garis medan lebih besar di dekat benda bermuatan, di mana kekuatan medan juga lebih besar.

- kekuatan medan muatan titik.

Di dalam bola penghantar (r > R), kuat medannya adalah nol.

KONDUKTOR DI BIDANG LISTRIK.

Konduktor mengandung partikel bermuatan yang dapat bergerak di dalam konduktor di bawah pengaruh medan listrik. Muatan partikel ini disebut biaya gratis.

Tidak ada medan elektrostatik di dalam konduktor. Seluruh muatan statis konduktor terkonsentrasi pada permukaannya. Muatan dalam konduktor hanya dapat ditemukan pada permukaannya.

Dalam kondisi normal, benda mikroskopis netral secara listrik karena partikel bermuatan positif dan negatif yang membentuk atom dihubungkan satu sama lain oleh gaya listrik dan membentuk sistem netral. Jika netralitas listrik tubuh dilanggar, maka tubuh seperti itu disebut tubuh yang dialiri listrik. Untuk menggemparkan suatu benda, perlu dibuat kelebihan atau kekurangan elektron atau ion dengan tanda yang sama di atasnya.

Metode elektrifikasi tubuh, yang mewakili interaksi benda bermuatan, dapat sebagai berikut:

1. Elektrifikasi tubuh saat kontak. Dalam hal ini, dengan kontak dekat, sebagian kecil elektron berpindah dari satu zat, di mana ikatan dengan elektron relatif lemah, ke zat lain.
2. Elektrisasi benda selama gesekan. Ini meningkatkan area kontak tubuh, yang mengarah pada peningkatan elektrifikasi.
3. Pengaruh. Pengaruh didasarkan fenomena induksi elektrostatik, yaitu, induksi muatan listrik dalam suatu zat yang ditempatkan dalam medan listrik konstan.
4. Elektrifikasi tubuh di bawah aksi cahaya. Ini didasarkan pada efek fotoelektrik, atau efek fotoelektrik ketika, di bawah aksi cahaya, elektron dapat terbang keluar dari konduktor ke ruang sekitarnya, sebagai akibatnya konduktor diisi.

Banyak percobaan menunjukkan bahwa ketika elektrifikasi tubuh, maka muatan listrik muncul pada benda-benda tersebut, sama besar dan berlawanan tandanya.

muatan negatif tubuh adalah karena kelebihan elektron pada tubuh dibandingkan dengan proton, dan muatan positif karena kekurangan elektron.

Ketika elektrifikasi tubuh terjadi, yaitu ketika muatan negatif dipisahkan sebagian dari muatan positif yang terkait dengannya, hukum kekekalan muatan listrik. Hukum kekekalan muatan berlaku untuk sistem tertutup, yang tidak masuk dari luar dan dari mana partikel bermuatan tidak keluar. Hukum kekekalan muatan listrik dirumuskan sebagai berikut:

Dalam sistem tertutup, jumlah aljabar muatan semua partikel tetap tidak berubah:

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

dimana q 1 , q 2 dst. adalah muatan partikel.

Interaksi benda bermuatan listrik

Interaksi tubuh, yang memiliki muatan dengan tanda yang sama atau berbeda, dapat ditunjukkan dalam percobaan berikut. Kami menyetrum tongkat ebonit dengan menggosokkan ke bulu dan menyentuhnya ke selongsong logam yang tergantung pada benang sutra. Muatan dengan tanda yang sama (muatan negatif) didistribusikan pada selongsong dan tongkat ebonit. Mendekati batang ebonit bermuatan negatif ke wadah kartrid yang diisi, orang dapat melihat bahwa wadah kartrid akan terlepas dari tongkat (Gbr. 1.2).

Beras. 1.2. Interaksi benda-benda dengan muatan dari tanda yang sama.

Jika sekarang kita membawa batang kaca yang digosokkan pada sutra (bermuatan positif) ke selongsong bermuatan, maka selongsong akan tertarik padanya (Gbr. 1.3).

Beras. 1.3. Interaksi tubuh dengan muatan tanda yang berbeda.

Oleh karena itu, benda-benda dengan muatan tanda yang sama (seperti benda bermuatan) saling tolak menolak, dan benda-benda dengan muatan tanda berbeda (benda bermuatan berlawanan) saling tarik menarik. Input serupa diperoleh jika dua sultan didekatkan, bermuatan sama (Gbr. 1.4) dan bermuatan berlawanan (Gbr. 1.5).

Hukum kekekalan muatan

Tidak semua fenomena alam dapat dipahami dan dijelaskan berdasarkan konsep dan hukum mekanika, teori kinetik molekular dari struktur materi, dan termodinamika. Ilmu-ilmu ini tidak mengatakan apa-apa tentang sifat kekuatan yang mengikat atom dan molekul individu, menahan atom dan molekul materi dalam keadaan padat pada jarak tertentu dari satu sama lain. Hukum interaksi atom dan molekul dapat dipahami dan dijelaskan berdasarkan gagasan bahwa muatan listrik ada di alam.

Fenomena paling sederhana dan paling sehari-hari, di mana fakta keberadaan muatan listrik di alam, adalah elektrifikasi benda-benda saat bersentuhan. Interaksi benda yang terdeteksi selama elektrisasi disebut interaksi elektromagnetik, dan kuantitas fisik yang menentukan interaksi elektromagnetik disebut muatan listrik. Kemampuan muatan listrik untuk menarik dan menolak menunjukkan adanya dua jenis muatan yang berbeda: positif dan negatif.

Muatan listrik dapat muncul tidak hanya sebagai hasil elektrifikasi ketika benda bersentuhan, tetapi juga selama interaksi lain, misalnya, di bawah pengaruh gaya (efek piezoelektrik). Tetapi selalu dalam sistem tertutup, yang tidak termasuk muatan, untuk setiap interaksi benda, jumlah aljabar (yaitu, dengan mempertimbangkan tanda) dari muatan listrik semua benda tetap konstan. Fakta yang ditetapkan secara eksperimental ini disebut hukum kekekalan muatan listrik.

Tidak ada tempat dan tidak pernah di alam muatan listrik dengan tanda yang sama muncul dan menghilang. Munculnya muatan positif selalu disertai dengan munculnya muatan negatif yang nilai mutlaknya sama, tetapi tandanya berlawanan. Baik muatan positif maupun negatif tidak dapat hilang secara terpisah satu sama lain jika keduanya sama dalam nilai absolut.

Munculnya dan hilangnya muatan listrik pada benda dalam banyak kasus dijelaskan oleh transisi partikel bermuatan dasar - elektron - dari satu benda ke benda lainnya. Seperti yang Anda ketahui, komposisi atom apa pun termasuk inti bermuatan positif dan elektron bermuatan negatif. Dalam atom netral, muatan total elektron sama persis dengan muatan inti atom. Sebuah benda yang terdiri dari atom dan molekul netral memiliki muatan listrik total sama dengan nol.

Jika, sebagai hasil dari interaksi apa pun, bagian dari elektron berpindah dari satu benda ke benda lain, maka satu benda menerima muatan listrik negatif, dan yang kedua - muatan positif yang sama dalam nilai absolut. Ketika dua benda bermuatan berlawanan bersentuhan, biasanya muatan listrik tidak hilang tanpa jejak, dan kelebihan jumlah elektron berpindah dari benda bermuatan negatif ke benda di mana beberapa atom memiliki satu set elektron yang tidak lengkap pada kulitnya.

Kasus khusus adalah pertemuan antipartikel bermuatan dasar, misalnya, elektron dan positron. Dalam hal ini, muatan listrik positif dan negatif benar-benar hilang, musnah, tetapi sepenuhnya sesuai dengan hukum kekekalan muatan listrik, karena jumlah aljabar muatan elektron dan positron sama dengan nol.