Elektrostatika študuje vlastnosti a interakcie nábojov, ktoré sú stacionárne v referenčnom rámci, v ktorom sú uvažované.

V prírode existujú iba dva typy elektrických nábojov - negatívny a pozitívny. Pozitívny náboj sa môže vyskytnúť na sklenenej tyčinke potieranej kožou a záporný náboj môže vzniknúť na jantáru potiahnutom vlnenou látkou.

Vieme, že všetky telá sa skladajú z atómov. Atóm sa zase skladá z kladne nabitého jadra a elektrónov, ktoré sa okolo neho otáčajú. Keďže elektróny majú záporný náboj a jadro je kladné, atóm ako celok je elektricky neutrálny. Keď je vystavený zvonku, môže stratiť jeden alebo viac elektrónov a zmeniť sa na kladne nabitý ión. V prípade, že atóm (alebo molekula) k sebe pripojí ďalší elektrón, zmení sa na záporný ión.

Elektrický náboj teda môže existovať vo forme záporných alebo kladných iónov a elektrónov. Existuje jeden druh „voľnej elektriny“ – záporné elektróny. Preto, ak má telo kladný náboj, nemá dostatok elektrónov a ak má záporný náboj, tak má prebytok.

Elektrické vlastnosti akejkoľvek látky sú určené jej atómovou štruktúrou. Atómy môžu stratiť aj niekoľko elektrónov, v takom prípade sa nazývajú viacnásobne ionizované. Jadro atómu sa skladá z protónov a neutrónov. Každý protón nesie náboj, ktorý sa rovná náboju elektrónu, ale má opačné znamienko. Neutróny sú elektricky neutrálne častice (nemajú elektrický náboj).

Okrem protónov a elektrónov majú elektrický náboj aj iné elementárne častice. Elektrický náboj je neoddeliteľnou súčasťou elementárnych častíc.

Za najmenší náboj sa považuje náboj rovný náboju elektrónu. Nazýva sa tiež elementárny náboj, ktorý sa rovná 1,6 10 -19 C. Akýkoľvek náboj je násobkom celého počtu nábojov elektrónov. Preto elektrifikácia telesa nemôže prebiehať kontinuálne, ale len v krokoch (diskrétne), o hodnotu elektrónového náboja.

Ak sa kladne nabité telo začne nabíjať (nabíjať zápornou elektrinou), jeho náboj sa nezmení okamžite, ale najskôr sa zníži na nulu a až potom získa negatívny potenciál. Z toho môžeme usúdiť, že sa navzájom kompenzujú. Táto skutočnosť viedla vedcov k záveru, že v „nenabitých“ telesách sú vždy náboje pozitívnych a negatívnych znakov, ktoré sú obsiahnuté v takom množstve, že sa ich pôsobenie navzájom úplne kompenzuje.

Pri elektrizovaní trením sa negatívne a pozitívne "prvky" obsiahnuté v "nenabitom tele" oddelia. V dôsledku pohybu negatívnych prvkov tela (elektrónov) sú obe telesá elektrifikované a jedno z nich je negatívne a druhé je pozitívne. Množstvo "toku" z jedného prvku do druhého náboja zostáva konštantné počas celého procesu.

Z toho možno usudzovať, že poplatky nie sú vznikajú a nezanikajú, ale iba „tečú“ z jedného tela do druhého alebo sa v ňom pohybujú. Toto je podstata zákona zachovania elektrických nábojov. Počas trenia mnohé materiály podliehajú elektrifikácii – ebonit, sklo a mnohé ďalšie. V mnohých priemyselných odvetviach (textilný, papierenský a iné) je prítomnosť statickej elektriny vážnym technickým problémom, pretože elektrifikácia prvkov spôsobená trením papiera, tkaniny alebo iných výrobných produktov o časti strojov môže spôsobiť požiare a výbuchy.

Zákon zachovania náboja možno formulovať stručnejšie - v izolovanom systéme zostáva algebraický súčet nabitých prvkov konštantný:

Tento zákon platí aj pre vzájomné premeny rôznych elementárnych častíc, ktoré tvoria atóm a jadro ako celok.

Vedie k tomu, že zákon zachovania náboja má miestne charakter: zmena náboja v akomkoľvek vopred určenom objeme sa rovná toku náboja cez jeho hranicu. V pôvodnej formulácii by bol možný nasledujúci proces: náboj zmizne v jednom bode priestoru a okamžite sa objaví v inom. Takýto proces by však bol relativisticky neinvariantný: v dôsledku relativity simultánnosti by sa v niektorých referenčných sústavách náboj objavil na novom mieste predtým, ako by zanikol v predchádzajúcom, a v niektorých by sa náboj objavil v nové miesto nejaký čas po zmiznutí v tom predchádzajúcom. To znamená, že by existoval čas, počas ktorého by sa náboj nešetril. Požiadavka lokality nám umožňuje zapísať zákon zachovania náboja v diferenciálnom a integrálnom tvare.

Zákon zachovania náboja v integrálnom tvare

Pripomeňme, že hustota toku elektrického náboja je jednoducho hustota prúdu. Skutočnosť, že zmena náboja v objeme sa rovná celkovému prúdu cez povrch, môže byť zapísaná v matematickej forme:

Tu je Ω nejaká ľubovoľná oblasť v trojrozmernom priestore, je to hranica tejto oblasti, ρ je hustota náboja, je hustota prúdu (hustota toku elektrického náboja) cez hranicu.

Zákon zachovania náboja v diferenciálnej forme

Prechodom na nekonečne malý objem a podľa potreby pomocou Stokesovej vety môžeme prepísať zákon zachovania náboja do lokálneho diferenciálneho tvaru (rovnica kontinuity)

Zákon zachovania náboja v elektronike

Kirchhoffove pravidlá pre prúdy vyplývajú priamo zo zákona zachovania náboja. Kombinácia vodičov a rádioelektronických komponentov je reprezentovaná ako otvorený systém. Celkový prílev poplatkov do daného systému sa rovná celkovému výkonu poplatkov zo systému. Kirchhoffove pravidlá predpokladajú, že elektronický systém nemôže výrazne zmeniť svoj celkový náboj.

Nadácia Wikimedia. 2010.

Pozrite si, čo je „Zákon o zachovaní elektrického náboja“ v iných slovníkoch:

ZÁKON ZACHOVANIA ELEKTRICKÉHO NÁOBKU- jeden zo základných prírodných zákonov, ktorý spočíva v tom, že algebraický súčet elektrických nábojov akéhokoľvek uzavretého (elektricky izolovaného) systému zostáva nezmenený, bez ohľadu na to, aké procesy prebiehajú v tomto systéme ... Veľká polytechnická encyklopédia

zákon zachovania elektrického náboja

Zákon zachovania náboja- zákon zachovania elektrického náboja - zákon, podľa ktorého sa algebraický súčet elektrických nábojov všetkých častíc izolovanej sústavy počas procesov v nej prebiehajúcich nemení. Elektrický náboj akejkoľvek častice alebo systému častíc ... ... Pojmy moderných prírodných vied. Slovník základných pojmov

Zákony zachovania sú základné fyzikálne zákony, podľa ktorých sa za určitých podmienok v čase nemenia niektoré merateľné fyzikálne veličiny, ktoré charakterizujú uzavretý fyzikálny systém. Niektoré zo zákonov ... ... Wikipedia

zákon zachovania náboja- krūvio tvermės dėsnis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. zákon zachovania náboja; zákon zachovania elektrického náboja vok. Erhaltungssatz der elektrischen Ladung, m; Ladungserhaltungssatz, m rus. zákon zachovania náboja, m; právo ... ... Fizikos terminų žodynas

Zákon zachovania elektrického náboja hovorí, že algebraický súčet nábojov elektricky uzavretého systému je zachovaný. Zákon zachovania náboja je úplne pravdivý. V súčasnosti sa jeho pôvod vysvetľuje ako dôsledok princípu ... ... Wikipedia

Chuť v časticovej fyzike Chute a kvantové čísla: Leptónové číslo: L Baryónové číslo: B Zvláštnosť: S Čaro: C Čaro: B Pravda: T Isospin: Ja alebo Iz Slabý izospin: Tz ... Wikipedia

Zákon zachovania energie je základným prírodným zákonom stanoveným empiricky a spočíva v tom, že pre izolovaný fyzikálny systém možno zaviesť skalárnu fyzikálnu veličinu, ktorá je funkciou parametrov systému a ... .. Wikipedia

Pri elektrizovaní telies, zákon zachovania elektrického náboja. Tento zákon platí pre uzavretý systém. V uzavretom systéme zostáva algebraický súčet nábojov všetkých častíc nezmenený . Ak sú náboje častíc označené q 1 , q 2 atď., potom

q 1 + q 2 + q 3 + … + q n= konšt.

Základným zákonom elektrostatiky je Coulombov zákon

Ak je vzdialenosť medzi telesami mnohonásobne väčšia ako ich veľkosť, potom ani tvar, ani veľkosť nabitých telies výrazne neovplyvňujú interakcie medzi nimi. V tomto prípade možno tieto telesá považovať za bodové telesá.

Sila interakcie nabitých telies závisí od vlastností prostredia medzi nabitými telesami.

Sila interakcie dvoch bodových nehybných nabitých telies vo vákuu je priamo úmerná súčinu nábojových modulov a nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi. Táto sila sa nazýva Coulombova sila.

|q 1 | a | q 2 | - moduly náloží tiel,

r- vzdialenosť medzi nimi,

k- koeficient proporcionality.

F- interakčná sila

Interakčné sily dvoch nehybných bodovo nabitých telies smerujú pozdĺž priamky spájajúcej tieto telesá.

Jednotka elektrického náboja

Jednotkou prúdu je ampér.

Jeden prívesok(1 Cl) - je to náboj, ktorý prejde za 1 s prierezom vodiča pri sile prúdu 1 A

g [Coulomb=Cl]

e=1,610-19 °C

- elektrická konštanta

AKCIA NA ZBLÍZKA A VZDIALENOSŤ

Predpoklad, že interakcia medzi telesami vzdialenými od seba sa vždy uskutočňuje pomocou medzičlánkov (alebo média), ktoré prenášajú interakciu z bodu do bodu, je podstata teórie pôsobenia na krátku vzdialenosť. Distribúcia s konečnou rýchlosťou.

Teória priamej akcie vo vzdialenosti priamo cez prázdnotu. Podľa tejto teórie sa akcia prenáša okamžite na ľubovoľne dlhé vzdialenosti.

Obe teórie sú vo vzájomnom protiklade. Podľa teórie pôsobenia na diaľku jedno telo pôsobí na druhé priamo cez prázdnotu a táto činnosť sa prenáša okamžite.

Teória krátkeho dosahu uvádza, že akákoľvek interakcia sa uskutočňuje pomocou medzičlánkov a šíri sa konečnou rýchlosťou.

Existencia určitého procesu v priestore medzi interagujúcimi telesami, ktorý trvá konečný čas, je hlavná vec, ktorá odlišuje teóriu akcie krátkeho dosahu z teórie pôsobenia na diaľku.

Podľa Faradayovej predstavy elektrické náboje nepôsobia priamo na seba. Každý z nich vytvára v okolitom priestore elektrické pole. Pole jedného náboja pôsobí na iný náboj a naopak. Keď sa vzdialite od náboja, pole slabne.

Elektromagnetické interakcie sa musia šíriť v priestore konečnou rýchlosťou.

Elektrické pole v skutočnosti existuje, jeho vlastnosti sa dajú empiricky študovať, ale nevieme povedať, z čoho toto pole pozostáva.

O povahe elektrického poľa môžeme povedať, že pole je hmotné; je to podstatné meno. nezávisle od nás, od nášho poznania;

Pole má určité vlastnosti, ktoré neumožňujú zameniť ho s ničím iným v okolitom svete;

Hlavnou vlastnosťou elektrického poľa je jeho pôsobenie na elektrické náboje určitou silou;

Elektrické pole stacionárnych nábojov je tzv elektrostatické. Časom sa to nemení. Elektrostatické pole vytvárajú iba elektrické náboje. Existuje v priestore obklopujúcom tieto náboje a je s ním neoddeliteľne spojený.

Intenzita elektrického poľa.

Pomer sily pôsobiacej na náboj umiestnený v danom bode poľa k tomuto náboju pre každý bod poľa nezávisí od náboja a možno ho považovať za charakteristiku poľa.

Intenzita poľa sa rovná pomeru sily, ktorou pole pôsobí na bodový náboj, k tomuto náboju.

Sila poľa bodového náboja.

.

Modul intenzity poľa bodového náboja q o na diaľku r z toho sa rovná:

.

Ak v danom bode priestoru vytvárajú rôzne nabité častice elektrické polia, ktorých sily atď., potom je výsledná intenzita poľa v tomto bode:

ELEKTRICKÉ VEDENIE ELEKTRICKEJ POL.

SILA POLE NABITEJ LOPTY

Elektrické pole, ktorého intenzita je vo všetkých bodoch priestoru rovnaká, sa nazýva homogénne.

Hustota siločiar je väčšia v blízkosti nabitých telies, kde je väčšia aj intenzita poľa.

- intenzita poľa bodového náboja.

Vo vnútri vodivej gule (r > R) je intenzita poľa nulová.

VODIČ V ELEKTRICKEJ OBLASTI.

Vodiče obsahujú nabité častice, ktoré sa môžu pohybovať vo vnútri vodiča vplyvom elektrického poľa. Náboje týchto častíc sa nazývajú bezplatné poplatky.

Vo vnútri vodiča nie je žiadne elektrostatické pole. Celý statický náboj vodiča je sústredený na jeho povrchu. Náboje vo vodiči môžu byť umiestnené iba na jeho povrchu.

Za normálnych podmienok sú mikroskopické telesá elektricky neutrálne, pretože kladne a záporne nabité častice, ktoré tvoria atómy, sú navzájom spojené elektrickými silami a tvoria neutrálne systémy. Ak je narušená elektrická neutralita tela, potom sa takéto telo nazýva elektrifikované telo. Na elektrizovanie telesa je potrebné, aby sa na ňom vytvoril nadbytok alebo nedostatok elektrónov alebo iónov rovnakého znamienka.

Spôsoby elektrifikácie tiel, ktoré predstavujú interakciu nabitých telies, môžu byť nasledovné:

1. Elektrifikácia tiel pri kontakte. V tomto prípade pri tesnom kontakte prechádza malá časť elektrónov z jednej látky, v ktorej je väzba s elektrónom relatívne slabá, na inú látku.
2. Elektrizácia telies pri trení. Tým sa zväčšuje kontaktná plocha telies, čo vedie k zvýšenej elektrizácii.
3. Vplyv. Vplyv je založený jav elektrostatickej indukcie, teda indukcia elektrického náboja v látke umiestnenej v konštantnom elektrickom poli.
4. Elektrifikácia telies pôsobením svetla. Toto je založené na fotoelektrický efekt, alebo fotoelektrický efekt keď pôsobením svetla môžu elektróny vyletieť z vodiča do okolitého priestoru, v dôsledku čoho sa vodič nabije.

Početné experimenty ukazujú, že keď elektrifikácia tela, potom sa na telesách objavia elektrické náboje rovnakej veľkosti a opačného znamienka.

záporný náboj telo je spôsobené nadbytkom elektrónov na tele v porovnaní s protónmi, a kladný náboj kvôli nedostatku elektrónov.

Keď dôjde k elektrifikácii tela, to znamená, keď sa negatívny náboj čiastočne oddelí od pozitívneho náboja, ktorý je s ním spojený, zákon zachovania elektrického náboja. Zákon zachovania náboja platí pre uzavretý systém, ktorý zvonka nevstupuje a z ktorého nabité častice nevychádzajú. Zákon zachovania elektrického náboja je formulovaný takto:

V uzavretom systéme zostáva algebraický súčet nábojov všetkých častíc nezmenený:

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = konšt

kde q 1 , q 2 atď. sú náboje častíc.

Interakcia elektricky nabitých telies

Interakcia telies, ktoré majú náboje rovnakého alebo odlišného znamienka, možno demonštrovať v nasledujúcich experimentoch. Ebonitovú tyčinku elektrizujeme trením o srsť a dotýkame sa ňou kovového návleku zaveseného na hodvábnej nite. Náboje rovnakého znamienka (záporné náboje) sú rozmiestnené na rukáve a ebonitovej tyči. Pri priblížení záporne nabitej ebonitovej tyče k nabitej nábojnici je zrejmé, že nábojnica sa od tyče odrazí (obr. 1.2).

Ryža. 1.2. Interakcia telies s nábojmi rovnakého znamenia.

Ak teraz k nabitej objímke priložíme sklenenú tyčinku natretú na hodvábe (kladne nabitú), potom sa k nej pritiahne návlek (obr. 1.3).

Ryža. 1.3. Interakcia telies s nábojmi rôznych znakov.

Z toho vyplýva, že telesá s nábojmi rovnakého znamenia (ako nabité telesá) sa navzájom odpudzujú a telesá s nábojmi rôznych znakov (opačne nabité telesá) sa priťahujú. Podobné vstupy sa získajú, ak sa priblížia dvaja sultáni, podobne nabití (obr. 1.4) a opačne nabití (obr. 1.5).

Zákon zachovania náboja

Nie všetky prírodné javy možno pochopiť a vysvetliť na základe pojmov a zákonov mechaniky, molekulárno-kinetickej teórie štruktúry hmoty a termodynamiky. Tieto vedy nehovoria nič o povahe síl, ktoré viažu jednotlivé atómy a molekuly, držia atómy a molekuly hmoty v pevnom stave v určitej vzdialenosti od seba. Zákony vzájomného pôsobenia atómov a molekúl možno pochopiť a vysvetliť na základe myšlienky, že v prírode existujú elektrické náboje.

Najjednoduchším a najbežnejším javom, pri ktorom skutočnosť existencie elektrických nábojov v prírode, je elektrifikácia telies pri kontakte. Interakcia telies zistená počas elektrizácie sa nazýva elektromagnetická interakcia a fyzikálna veličina, ktorá určuje elektromagnetickú interakciu, sa nazýva elektrický náboj. Schopnosť elektrických nábojov priťahovať a odpudzovať naznačuje prítomnosť dvoch rôznych typov nábojov: pozitívneho a negatívneho.

Elektrické náboje sa môžu objaviť nielen v dôsledku elektrifikácie pri kontakte telies, ale aj pri iných interakciách, napríklad pod vplyvom sily (piezoelektrický efekt). Ale vždy v uzavretom systéme, ktorý nezahŕňa náboje, pre akékoľvek interakcie telies zostáva algebraický (tj s prihliadnutím na znamienko) súčet elektrických nábojov všetkých telies konštantný. Tento experimentálne zistený fakt sa nazýva zákon zachovania elektrického náboja.

Nikde a nikdy v prírode nevznikajú a nezanikajú elektrické náboje rovnakého znamenia. Výskyt kladného náboja je vždy sprevádzaný objavením sa záporného náboja rovnakého v absolútnej hodnote, ale opačného znamienka. Ani kladné, ani záporné náboje nemôžu zmiznúť oddelene od seba, ak sú rovnaké v absolútnej hodnote.

Vznik a zánik elektrických nábojov na telesách sa vo väčšine prípadov vysvetľuje prechodmi elementárnych nabitých častíc – elektrónov – z jedného telesa do druhého. Ako viete, zloženie akéhokoľvek atómu zahŕňa kladne nabité jadro a záporne nabité elektróny. V neutrálnom atóme sa celkový náboj elektrónov presne rovná náboju atómového jadra. Teleso pozostávajúce z neutrálnych atómov a molekúl má celkový elektrický náboj rovný nule.

Ak v dôsledku akejkoľvek interakcie časť elektrónov prechádza z jedného tela do druhého, potom jedno telo dostane záporný elektrický náboj a druhý kladný náboj rovný absolútnej hodnote. Keď sa dve opačne nabité telesá dostanú do kontaktu, elektrické náboje zvyčajne nezmiznú bez stopy a prebytočný počet elektrónov prechádza zo záporne nabitého telesa do telesa, v ktorom majú niektoré atómy na svojich obaloch neúplnú sadu elektrónov.

Špeciálnym prípadom je stretnutie elementárnych nabitých antičastíc, napríklad elektrónu a pozitrónu. V tomto prípade kladné a záporné elektrické náboje skutočne zmiznú, anihilujú, ale úplne v súlade so zákonom zachovania elektrického náboja, pretože algebraický súčet nábojov elektrónu a pozitrónu je rovný nule.