este una dintre legile fundamentale ale naturii. Legea conservării sarcinii a fost descoperită în 1747 de B. Franklin.

Electron- o particulă care face parte dintr-un atom. În istoria fizicii, au existat mai multe modele ale structurii atomului. Unul dintre ele, care face posibilă explicarea unui număr de fapte experimentale, inclusiv fenomenul de electrificare , a fost propus E. Rutherford. Pe baza experimentelor sale, el a concluzionat că în centrul atomului există un nucleu încărcat pozitiv, în jurul căruia electronii încărcați negativ se mișcă pe orbite. Într-un atom neutru, sarcina pozitivă a nucleului este egală cu sarcina negativă totală a electronilor. Nucleul unui atom este format din protoni încărcați pozitiv și particule neutre de neutroni. Sarcina unui proton este egală ca modul cu sarcina unui electron. Dacă unul sau mai mulți electroni sunt îndepărtați dintr-un atom neutru, atunci acesta devine un ion încărcat pozitiv; Când electronii sunt adăugați unui atom, acesta devine un ion încărcat negativ.

Cunoașterea structurii atomului face posibilă explicarea fenomenului de electrificare frecare . Electronii legați lex de nucleu pot fi separați de un atom și atașați de altul. Aceasta explică de ce se poate forma un singur corp lipsa de electroni, iar pe de altă parte - lor exces. În acest caz, primul corp devine încărcat pozitiv , iar al doilea - negativ .

În timpul electrificării, redistribuirea taxelor , ambele corpuri sunt electrizate, dobândind sarcini de semne opuse egale ca mărime. În acest caz, suma algebrică a sarcinilor electrice înainte și după electrizare rămâne constantă:

q 1 + q 2 + … + q n = const.

Suma algebrică a sarcinilor plăcilor înainte și după electrificare este egală cu zero. Egalitatea scrisă exprimă legea fundamentală a naturii - legea conservării sarcinii electrice.

Ca orice lege fizică, are anumite limite de aplicabilitate: este valabilă pentru un sistem închis de corpuri , adică pentru un set de corpuri izolate de alte obiecte.

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

- constanta electrica

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 mari.

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.

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.

Legea conservării sarcinii spune că în timpul interacțiunii unui anumit sistem închis cu spațiul înconjurător, cantitatea de sarcină care părăsește sistemul prin suprafața sa este egală cu cantitatea de sarcină care intră în sistem. Cu alte cuvinte, suma algebrică a tuturor sarcinilor din sistem este zero.

Formula 1 - Legea conservării sarcinii

După cum știți, există două tipuri de taxe în natură. Acestea sunt pozitive și negative. De asemenea, mărimea sarcinii este discretă, adică se poate schimba doar în porțiuni. Sarcina elementară este sarcina unui electron. Dacă un electron este adăugat unui atom, acesta devine un ion încărcat negativ. Și dacă o iei, atunci pozitiv.

Ideea de bază a legii conservării sarcinii este că taxa nu ia naștere de nicăieri și nu dispare în nicăieri. Când apare o sarcină de un semn, apare imediat o sarcină de semn opus de aceeași mărime.

Pentru a confirma această lege, vom efectua un experiment. Pentru el avem nevoie de două electrometre. Acestea sunt dispozitive care arată încărcarea electrică. Este format dintr-o tijă pe care este fixată axa. Există o săgeată pe axă. Toate acestea sunt plasate într-o carcasă cilindrică, închisă pe ambele părți cu sticlă.

Pe tija primului electrometru se află un disc metalic. Pe care vom plasa un alt astfel de disc. Între discuri este necesar să se așeze un fel de izolator. De exemplu, pânză. Discul superior are un mâner dielectric. Ținând acest mâner, vom freca discurile unul împotriva celuilalt. Astfel, electrizându-i.

Figura 1 - Electrometre cu discuri atașate la ele

După ce scoatem discul de sus, electrometrul va arăta prezența unei sarcini. Săgeata lui se va abate. Apoi, luăm discul și îl atingem de tija celui de-al doilea electrometru. De asemenea, va abate săgeata, indicând prezența unei încărcături. Deși acuzația va fi de semn opus. În plus, dacă conectăm tijele electrometrelor, atunci săgețile vor reveni la poziția inițială. Adică, taxele se anulează reciproc.

Figura 2 - compensarea încărcării discului

Ce s-a întâmplat în acest experiment. Când am frecat discurile unul împotriva celuilalt, a existat o separare a sarcinilor în metalul discurilor. Inițial, fiecare disc era neutru din punct de vedere electric. Unul dintre ei a primit un exces de electroni, adică o sarcină negativă. Altul a avut o lipsă de electroni, adică a devenit încărcat pozitiv.

Acuzațiile din acest caz nu au apărut de nicăieri. Erau deja în interiorul discurilor conductoare. Numai ei au fost compensați între ei. Doar i-am despărțit. Fiind plasat în același timp pe discuri diferite. Când am conectat tijele electrometrelor, încărcările s-au compensat din nou între ele. Ce au indicat săgețile.

Dacă luăm în considerare electrometrele și discurile ca un singur sistem. Apoi, în ciuda tuturor manipulărilor noastre, încărcarea totală a acestui sistem a fost constantă tot timpul. Inițial, discurile erau neutre din punct de vedere electric. După separare, au apărut sarcini pozitive și negative. Doar că aveau aceeași dimensiune. Aceasta înseamnă că taxa din sistem rămâne aceeași. După conectarea tijelor, sistemul a revenit la starea inițială.

Electrostatică - o secțiune care studiază sarcinile statice (fixe) și câmpurile electrice asociate acestora.

Mișcarea sarcinilor fie este absentă, fie are loc atât de lent încât câmpurile magnetice care decurg din mișcarea sarcinilor sunt neglijabile. Puterea interacțiunii dintre sarcini este determinată numai de aranjarea lor reciprocă. Prin urmare, energia interacțiunii electrostatice este energie potențială.

În ciuda abundenței diferitelor substanțe din natură, există doar două tipuri de sarcini electrice: sarcini similare cu cele care apar pe sticla frecata de mătase și sarcini similare cu cele care apar pe chihlimbar frecat de blană. Primele au fost numite pozitive, cele din urmă sarcini negative. Numit de Benjamin Franklin în 1746.

În general, sarcina unui atom de orice substanță este egală cu zero, deoarece sarcina pozitivă a nucleului atomic este compensată de sarcina opusă a învelișurilor de electroni ale atomului. O interacțiune foarte puternică între sarcini exclude practic apariția spontană a corpurilor macroscopice încărcate. Astfel, forța de atracție Coulomb între un electron și un proton dintr-un atom de hidrogen este de 1039 de ori mai mare decât interacțiunea gravitațională a acestora.

Se știe că sarcinile asemănătoare se resping unele pe altele, iar sarcinile diferite se atrag. În plus, dacă aduceți un corp încărcat (cu orice încărcătură) la lumină - neîncărcat, atunci va exista o atracție între ei - un fenomen electrificare corpul pulmonar prin influență. La capătul cel mai apropiat de corpul încărcat apar sarcini de semn opus (sarcină induse), acest fenomen se numește inducție electrostatică.

Experiența arată că apariția unei sarcini pe orice corp este însoțită de apariția unei sarcini de aceeași mărime, dar de semn opus, pe alt corp. De exemplu, când o tijă de sticlă este frecată de mătase, ambele corpuri sunt încărcate: tija este negativă, mătasea este pozitivă.

Astfel, toată lumea procesul de încărcare există procesul de separare a sarcinilor. Suma taxelor nu se modifică, taxele sunt doar redistribuite. asta implică legea conservării sarcinii - una dintre legile fundamentale ale naturii, formulată în 1747 de B. Franklin și confirmată în 1843 de M. Faraday: suma algebrică a sarcinilor care decurg din orice proces electric pe toate corpurile care participă la proces este întotdeauna egală cu zero . Sau mai scurt: sarcina electrică totală a unui sistem închis nu se modifică .

(Demonstrațiile sunt disponibile pe subiectele „Conservarea taxei” și „Tipuri de taxe”.).

Sarcinile electrice nu există de la sine, ci sunt proprietăți interne ale particulelor elementare - electroni, protoni etc.

Empiric în 1914, fizicianul american R. Milliken a arătat acea sarcină electrică este discretă . Sarcina oricărui corp este un multiplu întreg al sarcina electrica elementara .

,

Unde n este un număr întreg. Electron și proton sunt respectiv purtători de sarcini elementare negative și pozitive.

De exemplu, Pământul nostru are o sarcină negativă C, aceasta se stabilește prin măsurarea puterii câmpului electrostatic din atmosfera Pământului.

O mare contribuție la studiul fenomenelor de electrostatică a avut-o celebrul om de știință francez C. Coulomb. În 1785 a stabilit experimental legea interacțiunii punct fix sarcini electrice.