Electrostatica studiază proprietățile și interacțiunile sarcinilor care sunt staționare în cadrul de referință în care sunt luate în considerare.

În natură, există doar două tipuri de sarcini electrice - negative și pozitive. O sarcină pozitivă poate apărea pe un tij de sticlă frecat cu piele, iar o sarcină negativă poate apărea pe chihlimbar frecat cu o cârpă de lână.

Știm că toate corpurile sunt formate din atomi. La rândul său, un atom este format dintr-un nucleu încărcat pozitiv și electroni care se învârt în jurul lui. Deoarece electronii au o sarcină negativă, iar nucleul este pozitiv, atomul în ansamblu este neutru din punct de vedere electric. Când este expus la acesta din exterior, poate pierde unul sau mai mulți electroni și se poate transforma într-un ion încărcat pozitiv. În cazul în care un atom (sau moleculă) își atașează un electron suplimentar, acesta se va transforma într-un ion negativ.

Astfel, sarcina electrică poate exista sub formă de ioni și electroni negativi sau pozitivi. Există un fel de „electricitate liberă” - electronii negativi. Prin urmare, dacă un corp are o sarcină pozitivă, nu are destui electroni, iar dacă are o sarcină negativă, atunci are un exces.

Proprietățile electrice ale oricărei substanțe sunt determinate de structura sa atomică. Atomii pot pierde chiar și câțiva electroni, caz în care se numesc multipli ionizați. Nucleul unui atom este format din protoni și neutroni. Fiecare proton poartă o sarcină care este egală cu cea a electronului, dar semn opus. Neutronii sunt particule neutre din punct de vedere electric (nu au sarcină electrică).

Pe lângă protoni și electroni, alte particule elementare au și o sarcină electrică. Sarcina electrică este o parte integrantă a particulelor elementare.

Cea mai mică sarcină este considerată a fi sarcina egală cu sarcina electronului. Se mai numește și sarcină elementară, care este egală cu 1,6 10 -19 C. Orice sarcină este un multiplu al unui număr întreg de sarcini electronice. Prin urmare, electrificarea corpului nu poate avea loc continuu, ci doar în trepte (discret), prin valoarea sarcinii electronilor.

Dacă un corp încărcat pozitiv începe să fie reîncărcat (încărcat cu electricitate negativă), atunci sarcina sa nu se va schimba instantaneu, ci va scădea mai întâi la zero și abia apoi dobândește un potențial negativ. De aici putem concluziona că se compensează reciproc. Acest fapt i-a condus pe oamenii de știință la concluzia că în corpurile „neîncărcate” există întotdeauna sarcini de semne pozitive și negative, care sunt conținute în astfel de cantități încât acțiunea lor se compensează complet reciproc.

Când sunt electrizate prin frecare, „elementele” negative și pozitive conținute în „corpul neîncărcat” sunt separate. Ca urmare a mișcării elementelor negative ale corpului (electroni), ambele corpuri sunt electrificate, iar unul dintre ele este negativ, iar al doilea este pozitiv. Cantitatea de „flux” de la un element la altul încărcături rămâne constantă pe parcursul întregului proces.

Din aceasta se poate concluziona că taxele nu sunt sunt create și nu dispar, ci doar „curg” de la un corp la altul sau se mișcă în interiorul lui. Aceasta este esența legii conservării sarcinilor electrice. În timpul frecării, multe materiale sunt supuse electrificării - ebonită, sticlă și multe altele. În multe industrii (textile, hârtie și altele), prezența electricității statice este o problemă serioasă de inginerie, deoarece electrificarea elementelor cauzată de frecarea hârtiei, țesăturilor sau a altor produse de producție pe piesele mașinii poate provoca incendii și explozii.

Legea conservării sarcinii poate fi formulată mai pe scurt - într-un sistem izolat, suma algebrică a elementelor încărcate rămâne constantă:

Această lege este valabilă și pentru transformările reciproce ale diferitelor particule elementare care alcătuiesc atomul și nucleul în ansamblu.

Conduce la faptul că legea conservării sarcinii are local caracter: modificarea sarcinii în orice volum predeterminat este egală cu fluxul de sarcină prin limita sa. În formularea originală, următorul proces ar fi posibil: sarcina dispare într-un punct din spațiu și apare instantaneu în altul. Totuși, un astfel de proces ar fi relativistic non-invariant: datorită relativității simultaneității, în unele cadre de referință, sarcina ar apărea într-un loc nou înainte de a dispărea în cel precedent, iar în unele, sarcina ar apărea în un loc nou la ceva timp după ce a dispărut în cel precedent. Adică, ar exista o perioadă de timp în care sarcina nu este conservată. Cerința localității ne permite să notăm legea conservării sarcinii în formă diferențială și integrală.

Legea conservării sarcinii în formă integrală

Reamintim că densitatea fluxului de sarcină electrică este pur și simplu densitatea curentului. Faptul că modificarea încărcăturii în volum este egală cu curentul total prin suprafață poate fi scris în formă matematică:

Aici Ω este o regiune arbitrară în spațiul tridimensional, este limita acestei regiuni, ρ este densitatea de sarcină, este densitatea de curent (densitatea de flux a sarcinii electrice) prin graniță.

Legea conservării sarcinii în formă diferențială

Trecând la un volum infinitezimal și folosind teorema Stokes după cum este necesar, putem rescrie legea conservării sarcinii într-o formă diferențială locală (ecuația de continuitate)

Legea conservării sarcinii în electronică

Regulile lui Kirchhoff pentru curenți decurg direct din legea conservării sarcinii. Combinația de conductori și componente radio-electronice este reprezentată ca un sistem deschis. Afluxul total de sarcini într-un sistem dat este egal cu producția totală de sarcini din sistem. Regulile lui Kirchhoff presupun că un sistem electronic nu poate schimba semnificativ încărcătura totală.

Fundația Wikimedia. 2010 .

Vedeți ce este „Legea conservării sarcinii electrice” în alte dicționare:

LEGEA CONSERVĂRII ÎNCĂRCĂRII ELECTRICE- una dintre legile de bază ale naturii, constând în faptul că suma algebrică a sarcinilor electrice a oricărui sistem închis (izolat electric) rămâne neschimbată, indiferent de procesele care au loc în interiorul acestui sistem... Marea Enciclopedie Politehnică

legea conservării sarcinii electrice

Legea conservării sarcinii- legea conservării sarcinii electrice - legea conform căreia suma algebrică a sarcinilor electrice ale tuturor particulelor dintr-un sistem izolat nu se modifică în timpul proceselor care au loc în acesta. Sarcina electrică a oricărei particule sau sistem de particule ...... Concepte ale științelor naturale moderne. Glosar de termeni de bază

Legile de conservare sunt legi fizice fundamentale, conform cărora, în anumite condiții, unele mărimi fizice măsurabile care caracterizează un sistem fizic închis nu se modifică în timp. Unele dintre legi ... ... Wikipedia

legea conservării sarcinii- krūvio tvermės dėsnis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. legea conservarii taxelor; legea conservării sarcinii electrice vok. Erhaltungssatz der elektrischen Ladung, m; Ladungserhaltungssatz, m rus. legea conservarii sarcinii, m; legea ... ... Fizikos terminų žodynas

Legea conservării sarcinii electrice prevede că suma algebrică a sarcinilor unui sistem închis electric este conservată. Legea conservării sarcinii este absolut adevărată. În prezent, originea sa este explicată ca o consecință a principiului ...... Wikipedia

Aromă în fizica particulelor Arome și numere cuantice: Număr lepton: L Număr barion: B Ciudățenie: S Farmecul: C Farmecul: B Adevărul: T Isospin: I sau Iz Isospin slab: Tz ... Wikipedia

Legea conservării energiei este o lege fundamentală a naturii, stabilită empiric și constând în faptul că pentru un sistem fizic izolat se poate introduce o mărime fizică scalară, care este în funcție de parametrii sistemului și... .. Wikipedia

Când electrifică corpurile, legea conservării sarcinii electrice. Această lege este valabilă pentru un sistem închis. Într-un sistem închis, suma algebrică a sarcinilor tuturor particulelor rămâne neschimbată . Dacă sarcinile particulelor sunt notate cu q 1 , q 2 etc., atunci

q 1 + q 2 + q 3 + … + q n= const.

Legea de bază a electrostaticii este legea lui Coulomb

Dacă distanța dintre corpuri este de multe ori mai mare decât dimensiunea lor, atunci nici forma și nici dimensiunea corpurilor încărcate nu afectează în mod semnificativ interacțiunile dintre ele. În acest caz, aceste corpuri pot fi considerate corpuri punctuale.

Forța de interacțiune a corpurilor încărcate depinde de proprietățile mediului dintre corpurile încărcate.

Forța de interacțiune a două corpuri încărcate nemișcate în vid este direct proporțională cu produsul modulelor de sarcină și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. Această forță se numește forța Coulomb.

|q 1 | și | q 2 | - module de taxe ale corpurilor,

r- distanta dintre ele,

k- coeficient de proporţionalitate.

F- forta de interactiune

Forțele de interacțiune a două corpuri încărcate punctiforme nemișcate sunt direcționate de-a lungul liniei drepte care leagă aceste corpuri.

Unitatea de sarcină electrică

Unitatea de măsură a curentului este amperul.

Un pandantiv(1 Cl) - aceasta este sarcina care trece în 1 s prin secțiunea transversală a conductorului la o putere de curent de 1 A

g [Coulomb=Cl]

e=1,610 -19 C

- constantă electrică

ACȚIUNEA ÎN CÂND ȘI LA DISTANȚĂ

Presupunerea că interacțiunea dintre corpurile îndepărtate unul de celălalt se realizează întotdeauna cu ajutorul unor legături intermediare (sau medii) care transferă interacțiunea de la un punct la altul, este esenţa teoriei acţiunii cu rază scurtă de acţiune. Distributie cu viteza finala.

Teoria acțiunii directe la o distanţă direct peste gol. Conform acestei teorii, acțiunea este transmisă instantaneu pe distanțe arbitrar lungi.

Ambele teorii sunt reciproc opuse. Conform teorii ale acțiunii la distanță un corp acţionează asupra altuia direct prin vid şi această acţiune se transmite instantaneu.

Teoria cu raza scurta afirmă că orice interacțiune se realizează cu ajutorul agenților intermediari și se propagă cu o viteză finită.

Existența unui anumit proces în spațiu între corpuri care interacționează, care durează un timp finit, este principalul lucru care distinge teoria acţiune cu rază scurtă de acţiune din teoria acţiunii la distanţă.

După ideea lui Faraday sarcinile electrice nu acționează direct una asupra celeilalte. Fiecare dintre ele creează un câmp electric în spațiul înconjurător. Câmpul unei sarcini acționează asupra altei sarcini și invers. Pe măsură ce te îndepărtezi de încărcare, câmpul slăbește.

Interacțiunile electromagnetice trebuie să se propagă în spațiu cu o viteză finită.

Câmpul electric există în realitate, proprietățile lui pot fi studiate empiric, dar nu putem spune în ce constă acest câmp.

Despre natura câmpului electric, putem spune că câmpul este material; este substantiv. independent de noi, de cunoștințele noastre despre aceasta;

Câmpul are anumite proprietăți care nu permit să fie confundat cu nimic altceva din lumea înconjurătoare;

Proprietatea principală a unui câmp electric este acțiunea sa asupra sarcinilor electrice cu o anumită forță;

Câmpul electric al sarcinilor staționare se numește electrostatic. Nu se schimba cu timpul. Un câmp electrostatic este creat numai de sarcini electrice. Ea există în spațiul din jurul acestor încărcături și este indisolubil legată de el.

Intensitatea câmpului electric.

Raportul dintre forța care acționează asupra unei sarcini plasate într-un punct dat al câmpului și această sarcină pentru fiecare punct al câmpului nu depinde de sarcină și poate fi considerată o caracteristică a câmpului.

Intensitatea câmpului este egală cu raportul dintre forța cu care acționează câmpul asupra unei sarcini punctiforme și această sarcină.

Intensitatea câmpului unei sarcini punctiforme.

.

Modulul de intensitate a câmpului unei sarcini punctuale q o pe distanta r din ea este egal cu:

.

Dacă într-un anumit punct al spațiului, diverse particule încărcate creează câmpuri electrice ale căror forțe etc., atunci intensitatea câmpului rezultată în acest punct este:

LINII ELECTRICE POL.

FORTA CÂMPULUI MINGII ÎNCĂRCATE

Se numește un câmp electric a cărui intensitate este aceeași în toate punctele spațiului omogen.

Densitatea liniilor de câmp este mai mare în apropierea corpurilor încărcate, unde intensitatea câmpului este, de asemenea, mai mare.

- intensitatea câmpului unei sarcini punctiforme.

În interiorul bilei conducătoare (r > R), intensitatea câmpului este zero.

CONDUCTOARE ÎN CÂMPUL ELECTRIC.

Conductorii conțin particule încărcate care se pot deplasa în interiorul conductorului sub influența unui câmp electric. Sarcinile acestor particule sunt numite taxe gratuite.

Nu există câmp electrostatic în interiorul conductorului. Întreaga sarcină statică a unui conductor este concentrată pe suprafața acestuia. Sarcinile dintr-un conductor pot fi localizate numai pe suprafața acestuia.

În condiții normale, corpurile microscopice sunt neutre din punct de vedere electric, deoarece particulele încărcate pozitiv și negativ care formează atomi sunt conectate între ele prin forțe electrice și formează sisteme neutre. Dacă neutralitatea electrică a corpului este încălcată, atunci se numește un astfel de corp corp electrificat. Pentru a electriza un corp, este necesar ca pe acesta să se creeze un exces sau o deficiență de electroni sau ioni de același semn.

Metode de electrificare a corpurilor, care reprezintă interacțiunea corpurilor încărcate, pot fi după cum urmează:

1. Electrificarea corpurilor la contact. În acest caz, cu contact strâns, o mică parte din electroni trece de la o substanță, în care legătura cu electronul este relativ slabă, la o altă substanță.
2. Electrizarea corpurilor în timpul frecării. Acest lucru crește aria de contact a corpurilor, ceea ce duce la o electrificare crescută.
3. Influență. Influența se bazează fenomen de inducție electrostatică, adică inducerea unei sarcini electrice într-o substanță plasată într-un câmp electric constant.
4. Electrificarea corpurilor sub influența luminii. Aceasta se bazează pe efect fotoelectric, sau efect fotoelectric când, sub acțiunea luminii, electronii pot zbura din conductor în spațiul înconjurător, în urma căruia conductorul este încărcat.

Numeroase experimente arată că atunci când electrificarea corpului, apoi pe corpuri apar sarcini electrice, egale ca mărime și opus ca semn.

sarcina negativa corpului se datorează unui exces de electroni pe corp în comparație cu protonii și sarcină pozitivă din cauza lipsei de electroni.

Când are loc electrificarea corpului, adică atunci când sarcina negativă este parțial separată de sarcina pozitivă asociată acesteia, legea conservării sarcinii electrice. Legea conservării sarcinii este valabilă pentru un sistem închis, care nu intră din exterior și din care particulele încărcate nu ies. Legea conservării sarcinii electrice se formulează după cum urmează:

Într-un sistem închis, suma algebrică a sarcinilor tuturor particulelor rămâne neschimbată:

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

unde q 1 , q 2 etc. sunt sarcinile particulelor.

Interacțiunea corpurilor încărcate electric

Interacțiunea corpurilor, având încărcături de aceleași semne sau diferite, pot fi demonstrate în experimentele următoare. Electrificăm bastonul de ebonită frecând de blană și îl atingem de un manșon metalic suspendat pe un fir de mătase. Încărcăturile de același semn (încărcări negative) sunt distribuite pe manșon și pe bastonul de ebonită. Apropiindu-se de o tijă de ebonită încărcată negativ de un cartuș încărcat, se poate vedea că cartușul va fi respins de pe stick (Fig. 1.2).

Orez. 1.2. Interacțiunea corpurilor cu sarcini de același semn.

Dacă aducem acum o tijă de sticlă frecata pe mătase (încărcată pozitiv) pe manșonul încărcat, atunci manșonul va fi atras de acesta (Fig. 1.3).

Orez. 1.3. Interacțiunea corpurilor cu sarcini de diferite semne.

Rezultă că corpurile cu sarcini de același semn (precum corpurile încărcate) se resping reciproc, iar corpurile cu sarcini de semne diferite (corpuri încărcate opus) se atrag reciproc. Intrări similare se obțin dacă doi sultani sunt apropiați, încărcați similar (Fig. 1.4) și încărcați opus (Fig. 1.5).

Legea conservării sarcinii

Nu toate fenomenele naturale pot fi înțelese și explicate pe baza conceptelor și legilor mecanicii, a teoriei molecular-cinetice a structurii materiei și a termodinamicii. Aceste științe nu spun nimic despre natura forțelor care leagă atomii și moleculele individuale, țin atomii și moleculele materiei în stare solidă la o anumită distanță unul de celălalt. Legile interacțiunii atomilor și moleculelor pot fi înțelese și explicate pe baza ideii că sarcinile electrice există în natură.

Cel mai simplu și cotidian fenomen, în care faptul existenței sarcinilor electrice în natură, este electrificarea corpurilor la contact. Interacțiunea corpurilor detectate în timpul electrizării se numește interacțiune electromagnetică, iar mărimea fizică care determină interacțiunea electromagnetică se numește sarcină electrică. Capacitatea sarcinilor electrice de a atrage și respinge indică prezența a două tipuri diferite de sarcini: pozitive și negative.

Sarcinile electrice pot apărea nu numai ca rezultat al electrificării atunci când corpurile intră în contact, ci și în timpul altor interacțiuni, de exemplu, sub influența forței (efect piezoelectric). Dar întotdeauna într-un sistem închis, care nu include sarcini, pentru orice interacțiuni ale corpurilor, suma algebrică (adică, ținând cont de semn) a sarcinilor electrice ale tuturor corpurilor rămâne constantă. Acest fapt stabilit experimental se numește legea conservării sarcinii electrice.

Nicăieri și niciodată în natură nu apar și nu dispar sarcini electrice de același semn. Apariția unei sarcini pozitive este întotdeauna însoțită de apariția unei sarcini negative egale ca valoare absolută, dar opuse ca semn. Nici sarcinile pozitive, nici cele negative nu pot dispărea separat una de cealaltă dacă sunt egale în valoare absolută.

Apariția și dispariția sarcinilor electrice pe corpuri în cele mai multe cazuri se explică prin tranzițiile particulelor încărcate elementare - electroni - de la un corp la altul. După cum știți, compoziția oricărui atom include un nucleu încărcat pozitiv și electroni încărcați negativ. Într-un atom neutru, sarcina totală a electronilor este exact egală cu sarcina nucleului atomic. Un corp format din atomi și molecule neutre are o sarcină electrică totală egală cu zero.

Dacă, ca urmare a oricărei interacțiuni, o parte a electronilor trece de la un corp la altul, atunci un corp primește o sarcină electrică negativă, iar al doilea - o sarcină pozitivă egală în valoare absolută. Când două corpuri încărcate opus vin în contact, de obicei sarcinile electrice nu dispar fără urmă și un număr în exces de electroni trece de la un corp încărcat negativ la un corp în care unii dintre atomi aveau un set incomplet de electroni pe învelișul lor.

Un caz special este întâlnirea de antiparticule încărcate elementare, de exemplu, un electron și un pozitron. În acest caz, sarcinile electrice pozitive și negative chiar dispar, se anihilează, dar în deplină conformitate cu legea conservării sarcinii electrice, deoarece suma algebrică a sarcinilor unui electron și unui pozitron este egală cu zero.