Mga singil sa kuryente, ang kanilang pakikipag-ugnayan.
DC electric circuit, ang mga pangunahing batas nito.
Elektronikong teorya ng istruktura ng bagay.
Ang lahat ng mga sangkap sa kalikasan ay binubuo ng mga molekula, mga molekula ng mga atomo.
Molecule ay ang pinakamaliit na particle na may mga kemikal na katangian ng isang partikular na sangkap.
Atom ay ang pinakamaliit na butil na may kemikal at pisikal na katangian ng isang partikular na elemento.
Binubuo ito ng:
isang positibong sisingilin na nucleus
mga negatibong electron na umiikot sa mga pinapayagang orbit.
Ang nucleus ay binubuo ng mga positibong proton at neutral na neutron.
Ang singil ng isang elektron ay katumbas ng singil ng isang proton, ngunit ang mga palatandaan ay kabaligtaran. Ang mga elementarya na particle na ito ay hindi pantay sa laki at masa, ang proton ay mas malaki kaysa sa elektron.
Ang atom ay isang electrically neutral na particle (hindi sinisingil), ibig sabihin, dahil maraming proton ang nasa nucleus, napakaraming electron ang umiikot sa nucleus, dahil ang isang proton ay maaaring humawak ng isang electron.
Kaya, ang pagkakaiba-iba ng mundo sa paligid natin ay nabuo mula sa iba't ibang kumbinasyon ng tatlong particle lamang: isang neutron, isang proton at isang elektron, na mayroon ding panloob na istraktura.
Valence electron ay ang mga electron na nasa matinding orbit. Tinutukoy nila ang mga kemikal na katangian ng isang substance at ang electrical conductivity nito.
Electrical conductivity ay ang kakayahan ng isang substance na magsagawa ng electric current.
Mga singil sa kuryente, ang kanilang pakikipag-ugnayan.
Kahit na noong sinaunang panahon, kilala na ang amber, na isinusuot sa lana, ay nakakakuha ng kakayahang makaakit ng mga magaan na bagay. Nang maglaon ay natagpuan na maraming iba pang mga sangkap ang may katulad na ari-arian. Ang mga katawan na may kakayahang, tulad ng amber, pagkatapos ng rubbing makaakit ng mga magaan na bagay, ay tinatawag na nakuryente. Sa mga katawan sa estadong ito ay may mga singil sa kuryente, at ang mga katawan mismo ay tinatawag na sinisingil.
Sa kalikasan, mayroon lamang dalawang uri ng mga singil - positibo at negatibo. Ang mga singil ng parehong sign (tulad ng mga singil) ay nagtataboy, ang mga singil ng magkasalungat na mga palatandaan (kabaligtaran na mga singil) ay umaakit.
Ang mga particle ng elementarya ay may pinakamaliit (elementarya) na singil. Halimbawa, ang isang proton at isang positron ay positibong sisingilin, habang ang isang elektron at isang antiproton ay negatibong sisingilin.
Ang elementarya na negatibong singil ay katumbas ng magnitude sa elementarya na positibong singil. Sa sistema ng SI, ang singil ay sinusukat sa mga palawit(CL). Ang halaga ng elementary charge e \u003d 1.6-10-19 C. Sa kalikasan, wala kahit saan at hindi kailanman lumilitaw at nawawala ang isang electric charge ng parehong tanda. Ang hitsura ng isang positibong singil sa kuryente + q ay palaging sinasamahan ng hitsura ng isang pantay na negatibong singil sa kuryente - q. Ang alinman sa mga positibo o negatibong pagsingil ay hindi maaaring mawala nang hiwalay sa isa't isa, maaari lamang nilang i-neutralize ang isa't isa kung sila ay pantay.
Upang makakuha ng singil mula sa isang neutral na atom, kailangan mong kumilos nang may ilang uri ng puwersa at pilasin ang mga electron, o ilakip ang mga dayuhang electron sa isang neutral na atom. Bilang resulta, sa paghihiwalay (halimbawa, sa panahon ng alitan), isang atom na may positibong sisingilin, na tinatawag na positibong ion, at kapag naka-attach - negatibong ion.
Ionization ay ang proseso ng pagbuo ng mga singil mula sa isang neutral na atom.
8.1. Dalawang uri ng singil sa kuryente
Kung ang ilang mga particle (o mga katawan) ay may kakayahang makibahagi sa mga pakikipag-ugnayan sa elektrikal, makatuwirang iugnay sa kanila ang ilang katangian na magsasaad ng pag-aari na ito ng mga ito. Ang katangiang ito ay tinatawag singil ng kuryente. Ang mga katawan na nakikibahagi sa mga pakikipag-ugnayang elektrikal ay tinatawag na sinisingil. Kaya, ang terminong "electrically charged" ay kasingkahulugan ng expression na "nakikilahok sa mga electrical interaction." Bakit ang ilang mga elementarya na particle ay may electric charge, habang ang iba ay hindi - walang nakakaalam!
Ang karagdagang pangangatwiran, batay sa pang-eksperimentong data, ay nilalayon na i-concretize ang katangiang ito, kung maaari, upang gawin itong quantitative.
Ang kasaysayan ng pag-aaral ng mga electrical phenomena ay mahaba at puno ng drama, ...
Susunod, inilalarawan namin ang isang serye ng mga simpleng eksperimento na maaaring isagawa sa bahay "sa kusina" o sa laboratoryo ng paaralan. Kapag ipinapaliwanag ang mga ito, gagamitin namin ang kaalaman na nakuha ng maraming siyentipiko sa loob ng ilang daang taon, bilang resulta ng marami at iba't ibang mga eksperimento.
Ngayon, magpaparami tayo sa isang napakasimpleng anyo ng ilang yugto ng eksperimentong pananaliksik, ang mga konklusyon kung saan nagsilbing batayan para sa modernong teorya ng mga pakikipag-ugnayang elektrikal.
Upang magsagawa ng mga eksperimento, una sa lahat, dapat matutunan ng isa kung paano makakuha ng mga sisingilin na katawan. Ang pinakasimpleng paraan upang makamit ang layuning ito ay pagpapakuryente sa pamamagitan ng alitan. Halimbawa, ang salamin ay mahusay na nakuryente (iyon ay, nakakakuha ng electric charge) kung ito ay kuskusin ng sutla. Ang hitsura ng isang electric charge ay ipinahayag sa katotohanan na ang naturang stick ay nagsisimula upang maakit ang mga piraso ng papel, buhok, mga particle ng alikabok, atbp.
Maaari din itong maitatag na maraming iba pang mga sangkap ay nakuryente rin sa pamamagitan ng alitan. Alam ang resulta nang maaga, bilang ang pangalawang "pinagmulan" ng kuryente, pumili kami ng isang ebonite stick na isinusuot ng lana. Tawagan natin ang electric charge na lumilitaw sa salamin - "salamin", at ang singil sa ebonite "resin".
Susunod, kailangan namin ng isang "device" na maaaring tumugon sa pagkakaroon ng isang electric charge. Upang gawin ito, nag-hang kami ng isang light cup na baluktot mula sa isang piraso ng foil sa isang thread. Madaling suriin na ang tasa na ito ay hindi sinisingil - upang hindi kami magdala ng lapis, kamay, aklat-aralin sa pisika, atbp. dito, walang epekto sa tasa na lilitaw.
Dalhin natin ang isang naka-charge na salamin na de-kuryenteng stick sa isang basong hindi nakakargahan (Larawan 141). Ang salamin ay naaakit dito, tulad ng iba pang maliliit na katawan. Mula sa anggulo ng paglihis ng thread (na may isang kilalang masa ng tasa at ang haba ng thread), maaari ring kalkulahin ng isa ang puwersa ng pagkahumaling. Kung ang salamin ay hindi nadikit sa isang naka-charge na stick, nananatili itong hindi nakakarga, na madaling ma-verify sa pamamagitan ng eksperimento. Kung ang salamin ay humipo sa naka-charge na stick, pagkatapos ay matalas itong itulak palayo dito. Kung aalisin natin ngayon ang wand, sisingilin ang tasa, na maaaring ma-verify sa pamamagitan ng paglapit dito ng isa pang hindi nakakargang katawan. Halimbawa, maaakit ito sa nakataas na kamay.
Ang mga katulad na resulta ay makukuha kung papalitan natin ang isang basong pamalo na ipinahid sa sutla ng isang ebonite na pamalo na ipinahid sa lana.
Kaya, sa mga eksperimentong ito, ang pagkakaiba sa pagitan ng "salamin" at "dagta" na kuryente ay hindi lilitaw.
Hindi pa natin tatalakayin kung bakit ang isang hindi nakakargang tasa ay naaakit sa isang naka-charge na stick, at ang isang naka-charge na tasa ay naaakit sa isang hindi naka-charge na kamay. Ang tanging konklusyon na maaari nating makuha mula sa eksperimento ay bilang isang resulta ng pakikipag-ugnay, ang salamin ay nakakuha ng isang electric charge. Samakatuwid, ang electric charge maaaring maipasa mula sa isang katawan patungo sa isa pa.
Kumuha ng dalawang magkaparehong foil cup, isabit ang mga ito nang magkatabi sa mga thread na may parehong haba. Kung ang mga tasa ay sinisingil sa parehong paraan (alinman sa tulong ng isang baso o sa tulong ng isang ebonite rod), pagkatapos ay ang mga tasa ay tinataboy (Larawan 142). Kung ang mga tasa ay sinisingil ng iba't ibang mga singil, pagkatapos ay umaakit sila.
Kaya, pinatutunayan namin na mayroon man lang dalawang uri ng singil sa kuryente.
Para sa karagdagang mga eksperimento, papalitan namin ang "mga tasa ng pagsukat" ng isang mas advanced na aparato na tinatawag na electrometer (Larawan 143). Ang aparato ay binubuo ng isang metal rod at isang light metal pointer na maaaring umikot sa isang pahalang na axis. Ang aparatong ito ay inilalagay sa isang metal case, na sarado na may mga takip ng salamin. Ang anggulo ng pagpapalihis ng pointer ay maaaring masukat gamit ang isang sukat. Ang arrow rod ay naayos sa katawan na may plexiglass sleeve. Ang baras na may arrow ay gumaganap ng parehong papel tulad ng mga foil cup sa mga nakaraang eksperimento - kapag ang isang naka-charge na katawan ay humipo sa baras, ang singil ay dadaloy sa baras at sa arrow, na hahantong sa pagpapalihis nito. Bukod dito, ang direksyon ng pagpapalihis ng arrow ay hindi nakasalalay sa uri ng iniulat na singil.
Para sa karagdagang mga eksperimento, gagamit kami ng dalawang magkaparehong electroscope. Singilin natin ang isa sa kanila gamit, halimbawa, isang glass rod. Susunod, magsisimula kaming ikonekta ang mga rod ng electrometer gamit ang iba't ibang mga materyales. Kapag ikinonekta ang mga rod na may kahoy, walang bayad na salamin, ebonite, plastic sticks; mga thread ng tela, walang mga pagbabagong nangyari - isang electrometer ang nananatiling sisingilin, ang pangalawa ay hindi nakakarga. Kung ikinonekta mo ang mga rod gamit ang isang metal wire, pagkatapos ay ang parehong mga electrometer ay sisingilin. Bukod dito, ang paglihis ng arrow ng unang sisingilin na electrometer ay bababa (Larawan 144).
Dalawang mahalagang konklusyon ang maaaring makuha mula sa mga resulta ng eksperimentong ito: una, ang ilang mga materyales (metal) ay maaaring magpadala ng isang electric charge, ang iba (salamin, plastik, kahoy) ay hindi maaaring; pangalawa, ang singil ay maaaring magbago, maging higit pa o mas kaunti. Ang parehong mga eksperimento ay maaaring ulitin gamit ang pangalawang uri ("resin") na kuryente. Magiging pareho ang mga resulta - ang mga materyales na nagsasagawa ng "salamin" na kuryente ay nagsasagawa ng "resin" na kuryente. Kung ang "salamin" na singil ay muling ipinamahagi sa pagitan ng mga electrometer, kung gayon ang "resin" na singil ay kumikilos din.
Kaya, maaari nating hatiin ang mga materyales sa dalawang grupo - ang mga nagpapadala ng electric charge (ang mga materyales na ito ay tinatawag na mga konduktor), at ang mga hindi nagpapadala ng electric charge (tinawag sila mga insulator). Sa pamamagitan ng paraan, ang baras ng electrometer ay nahihiwalay mula sa katawan sa tulong ng isang manggas ng insulator upang ang singil ng kuryente ay hindi "kumalat" sa katawan, ngunit nananatili sa baras at arrow.
Ang iba't ibang mga deviations ng electrometer needle ay malinaw na nagpapahiwatig na ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga sisingilin na katawan ay maaaring magkakaiba, at samakatuwid ang magnitude ng mga singil ay maaaring magkakaiba. Samakatuwid, ang singil ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng ilang numerical na halaga (at hindi, tulad ng sinabi namin kanina - "ay, o hindi").
Ang isa pang kawili-wiling resulta - kung hinawakan mo ang baras ng isang sisingilin na electrometer gamit ang iyong kamay, pagkatapos ay ang electrometer ay pinalabas - nawala ang singil. Kahit na sa batayan ng mga qualitative observation na ito, posibleng ipaliwanag kung saan nawawala ang charge kapag hinawakan ang kamay. Ang katawan ng tao ay isang konduktor, kaya ang singil ay maaaring dumaloy sa katawan ng tao.
Upang kumpirmahin ang ideyang ito tungkol sa quantitative na katangian ng singil, maaaring isagawa ang sumusunod na eksperimento. Sinisingil namin ang isang electrometer - tandaan namin ang anggulo ng paglihis ng arrow. Ikinonekta namin ito sa pangalawang electrometer - ang anggulo ng paglihis ng arrow ay kapansin-pansing bababa. Inalis namin ang contact sa pagitan ng mga device at ng kamay, pinalabas ang pangalawang electrometer, pagkatapos ay ikinonekta namin muli ang mga electrometer - ang paglihis ng arrow ay bababa muli. Kaya, ang electric charge ay maaaring nahahati sa mga bahagi. Maaari mo ring isagawa ang reverse experiment - unti-unting pagdaragdag ng singil sa electrometer.
"Paghaluin" ngayon, ang dalawang magagamit na uri ng kuryente. Upang gawin ito, sinisingil namin ang isang electrometer na may "salamin" na kuryente, at ang pangalawa ay may "resin", sinusubukang tiyakin na ang mga paunang paglihis ng mga arrow ng parehong mga electrometer ay humigit-kumulang pareho. Pagkatapos nito, ikinonekta namin ang mga rod ng electrometer na may metal wire (sa isang insulating handle upang ang mga singil ay hindi tumakas). Ang resulta ng eksperimentong ito ay maaaring nakakagulat - ang parehong mga electroscope ay pinalabas, o ang "salamin" at "resin" na kuryente ay na-neutralize, binayaran ang isa't isa (Fig. 145). Dahil dito, lumalabas na posible na magtalaga ng iba't ibang mga algebraic na palatandaan sa iba't ibang uri ng singil - upang tawagan ang isang singil na positibo, ang pangalawang negatibo. Makatuwirang ipagpalagay na ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ay nakasalalay sa kabuuang singil. Kung sa una ang mga electrometer ay sinisingil ng iba't ibang uri ng kuryente, ngunit sa ibang lawak (ang mga paglihis ng mga arrow ay naiiba), at pagkatapos ay konektado sila, kung gayon ang bahagyang kabayaran ng mga singil ay magaganap - ang mga arrow ay mapalihis, ngunit sa isang mas maliit na lawak.
Sa kasaysayan, ang "salamin" na singil ay tinatawag na positibo, at ang "resin" na singil ay naging negatibo.
Ang aparato na inilarawan sa amin, ang electrometer, ay nagbibigay-daan lamang sa isang husay na pagtatasa ng magnitude ng mga singil; imposibleng magsagawa ng mga pagsukat ng dami kasama nito. Subukan, halimbawa, upang dalhin ang iyong kamay sa isang sisingilin na electrometer (nang hindi hinahawakan ang baras) - ang paglihis ng arrow ay tataas! Magdala ng naka-charge na stick sa isang hindi naka-charge na baras nang hindi hinahawakan ang baras - ang arrow ay lilihis, kahit na ang electrometer ay hindi sinisingil. Babalik tayo sa paliwanag ng mga katotohanang ito mamaya.
Nakabitin ang mga magaan na bola ng foil sa dalawang sinulid at hinahawakan ang bawat isa sa kanila ng isang basong pamalo na ipinahid sa sutla, makikita mo na ang mga bola ay magtataka sa isa't isa. Kung pagkatapos ay hinawakan mo ang isang bola na may isang basong pamalo na pinahiran ng sutla, at ang isa ay may isang ebonite na baras na ipinahid sa balahibo, kung gayon ang mga bola ay maaakit sa isa't isa. Nangangahulugan ito na ang mga baso at ebonite rod ay nakakakuha mga singil ng iba't ibang mga palatandaan , ibig sabihin. umiiral sa kalikasan dalawang uri ng singil sa kuryente pagkakaroon ng magkasalungat na mga palatandaan: positibo at negatibo. Kami ay sumang-ayon na isaalang-alang na ang isang baso na baras, na ipinihit sa sutla, ay nakakakuha positibong singil , at ang isang ebonite stick, na ipinahid sa balahibo, ay nakakakuha negatibong singil .
Sumusunod din ito mula sa inilarawang eksperimento na naniningil sa mga katawan nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Ang interaksyon ng mga singil na ito ay tinatawag na electric. Kung saan katulad na mga singil, mga. mga singil ng parehong tanda , pagtataboy sa isa't isa, at ang magkasalungat na singil ay umaakit sa isa't isa.
Ang aparato ay batay sa hindi pangkaraniwang bagay ng pagtanggi ng mga katulad na sisingilin na katawan electroscope- isang instrumento upang matukoy kung sinisingil ang isang partikular na katawan, at electrometer, isang device na nagbibigay-daan sa iyong matantya ang halaga ng isang electric charge.
Kung ang isang sisingilin na katawan ay humipo sa baras ng isang electroscope, kung gayon ang mga dahon ng electroscope ay magkakahiwa-hiwalay, dahil magkakaroon sila ng singil ng parehong tanda. Ganoon din ang mangyayari sa karayom ng electrometer kung ang naka-charge na katawan ay humawak sa baras nito. Sa kasong ito, mas malaki ang singil, mas malaki ang anggulo na lilihis ang arrow mula sa baras.
Mula sa mga simpleng eksperimento, sumusunod na ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga sinisingil na katawan ay maaaring mas malaki o mas kaunti, depende sa laki ng nakuhang singil. Kaya, maaari nating sabihin na ang electric charge, sa isang banda, ay nagpapakilala sa kakayahan ng katawan sa electrical interaction, at sa kabilang banda, ay isang dami na tumutukoy sa intensity ng interaksyon na ito.
Ang singil ay tinutukoy ng liham q , kinuha bilang isang yunit ng bayad palawit: [q ] = 1 cl.
Kung hinawakan mo ang isang electrometer na may naka-charge na stick, at pagkatapos ay ikonekta ang electrometer na ito gamit ang isang metal rod sa isa pang electrometer, pagkatapos ay ang singil sa unang electrometer ay mahahati sa pagitan ng dalawang electrometer. Pagkatapos ay maaari mong ikonekta ang electrometer sa ilang higit pang mga electrometer, at ang singil ay ibabahagi sa pagitan nila. Kaya, mayroon ang electric charge divisibility property . Ang limitasyon ng divisibility ng singil, i.e. ang pinakamaliit na singil na umiiral sa kalikasan ay ang singil elektron. Ang singil ng isang elektron ay negatibo at katumbas ng 1.6 * 10 -19 C. Anumang iba pang singil ay isang multiple ng electron charge.
§ 1 Dalawang uri ng mga singil sa kuryente. Pakikipag-ugnayan ng mga singil sa kuryente
Ang istraktura ng uniberso ay nabuo sa pamamagitan ng gravitational attraction, ngunit ang puwersang ito lamang ang hahantong sa walang limitasyong compression. Upang ang mga sukat ng mga katawan ay manatiling matatag, kinakailangan ang isang salungat na puwersa. Kasama sa mga puwersang ito ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng electromagnetic. Nagdudulot sila ng pagkahumaling at pagtanggi ng mga particle. Ang Electrodynamics ay isang sangay ng physics na nag-aaral ng electromagnetic interaction ng mga charged particle. Ang Electrostatics ay isang seksyon ng electrodynamics na nag-aaral ng interaksyon ng hindi gumagalaw (static) na mga singil sa kuryente.
Ano ang electric charge? Upang lumikha ng isang representasyon, kinakailangan ang paunang impormasyon, kaalaman, karanasan, eksperimento at hypotheses.
Ang pakikipag-ugnayan ng elektrikal (kumpara sa gravitational) ay hindi lamang kapwa atraksyon, kundi pati na rin ang pagtanggi.
Magsagawa tayo ng isang eksperimento: nagdadala tayo ng isang ebonite stick, na nakuryente sa pamamagitan ng friction, una sa isang "sultan", pagkatapos ay sa pangalawa. Makikita natin na ang mga dahon ay tatalikuran kapag dinala natin ang mga "sultan" sa isa't isa (Fig. 1).
Pinakuryente namin ang pangalawang "sultan" gamit ang isang stick na gawa sa salamin, na isinusuot sa sutla. Dalhin natin ito sa unang "sultan", at makikita natin ang pagkahumaling ng kanilang mga dahon (Larawan 2, 3).
Maaaring kumpirmahin ng mga eksperimentong ito ang mga singil sa kuryente na umiiral sa kalikasan (positibo at negatibo).
Ang mga katawan na may electric charge ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa tulad ng sumusunod:
maakit kung mayroon silang mga singil sa kabaligtaran na tanda (Larawan 4);
itaboy kung mayroon silang mga singil sa parehong tanda (Larawan 5).
Sa proseso ng electrization ng iba't ibang mga katawan, ang puwersa ng interaksyon sa pagitan ng mga katawan ay magiging mas malaki (kung ang katawan ay may malaking singil) o mas kaunti (kung ang katawan ay may maliit na singil). Kaya, ang singil ay isang pisikal na dami, at ang 1 palawit (1C) ay itinuturing na yunit ng singil.
Ang electric charge ay isang pisikal na sukat na nagpapakilala sa mga katangian ng mga sinisingil na katawan upang makipag-ugnayan sa isa't isa.
Ang pinakamaliit na bahagi ng singil ay ang elementarya na singil, ito ay katumbas ng 1.6 10-19 C. Ang singil ng anumang katawan ay hindi maaaring mas mababa sa halagang ito.
Kung magpapakuryente ka sa isang ebonite stick na may woolen mitten, at isang glass stick na may silk scarf, pagkatapos ay isinabit ang mga stick sa mga thread, makikita mo iyon:
Ang Ebonite at lana ay umaakit sa isa't isa;
Ang salamin at sutla ay umaakit sa isa't isa;
Ang salamin at lana ay nagtataboy sa isa't isa;
Ang ebonite at seda ay nagtataboy sa isa't isa.
Pinakuryente namin ang dalawang katawan sa pamamagitan ng friction, habang ang mga ito ay sinisingil ng pantay sa magnitude at magkasalungat sa sign charge. Dahil sa pakikipag-ugnay, ang unang katawan ay nawawalan ng mga electron, ang iba ay nakakakuha ng mga ito. Ito ay maaaring ipaliwanag kung bakit sa isang katawan magkakaroon ng labis na mga electron (negatibong singil), at sa kabilang banda - isang kakulangan (positibong singil).
Konklusyon: kung ang katawan ay negatibong sisingilin, kung gayon mayroon itong labis na mga electron, ngunit kung ito
positibong sisingilin, kulang ito ng mga electron.
Dalawang nakuryenteng katawan ang umaakit o nagtataboy, depende ito sa kung paano sila nakuryente. Ang mga katawan na nakuryente sa pamamagitan ng alitan ay laging umaakit lamang.
Sa mga conductor, ang ilang mga electron ay maaaring lumipat mula sa isang atom patungo sa isa pa, ang prosesong ito ay nangyayari dahil sa ang katunayan na ang mga electron ay mahina na nakagapos sa atomic nucleus. Sila ay tinatawag na libre. Ito ang mga atomo na nagbibigay ng paglilipat ng singil (conductivity).
Halos walang conductivity sa dielectrics, dahil halos wala silang mga libreng electron at "walang sinuman" upang dalhin ang singil.
Ayon sa mga de-koryenteng katangian, ang lahat ng mga sangkap ay maaaring nahahati sa dalawang uri:
1. Dielectrics - mga sangkap na walang libreng singil at hindi pinapayagan ang singil ng isang katawan na "dumaloy" sa ibang mga katawan.
2. Ang mga konduktor ay mga katawan at sangkap kung saan mayroong mga particle na walang bayad; maaari silang lumipat, habang inililipat ang singil sa ibang bahagi ng katawan o sa ibang mga katawan.
Ayon sa kakayahang magsagawa ng mga singil, ang mga sangkap ay maaaring nahahati sa mga konduktor: mga metal, lupa, mga solusyon ng mga asing-gamot at asido, atbp., at mga hindi konduktor (dielectrics): porselana, ebonite, salamin, gas, plastik, atbp. Kasama sa mga semiconductor isang bilang ng mga sangkap, ang kondaktibiti kung saan ay nakasalalay sa mga panlabas na kondisyon (temperatura, pag-iilaw, ang pagkakaroon ng mga impurities).
Ang electrometer ay isang aparato para sa pag-detect ng mga singil sa kuryente at pagtukoy ng kanilang tinatayang halaga (Larawan 6).
Upang matukoy kung ang katawan ay sinisingil o hindi, maaari kang gumamit ng isang electrometer. Upang gawin ito, kailangan mong dalhin ang katawan sa bola A, kung ang katawan ay sisingilin, pagkatapos ay ang arrow B ay lilihis. Bakit siya tumatanggi? Ipagpalagay na ang katawan ay may negatibong singil, i.e. nagkaroon ng labis na mga electron sa katawan. Kapag nakikipag-ugnayan sa bola, ang ilan sa mga electron ay lilipat sa electrometer. Ang bola ay magiging negatibong sisingilin. Ang bola ay konektado sa baras, at ang baras ay konektado sa arrow, at lahat sila ay mga conductor, ang mga electron ay lilipat sa baras, at pagkatapos ay sa arrow. Ang isang plastic stopper ay makakatulong sa paghihiwalay ng bola, baras, arrow system. Dahil dito, ang baras at ang arrow ay tatanggap ng parehong negatibong singil at tataboy, sa gayon ang arrow ay lilihis. Bukod dito, mas malaki ang singil, mas malaki ang anggulo ng pagpapalihis ng arrow. Pinapayagan ka lamang ng electrometer na tantyahin ang laki ng singil, i.e. sabihin na ang isang katawan ay may higit na singil kaysa sa iba. Gamit ang isang electrometer, imposibleng matukoy ang pagkakaroon ng isang maliit na singil, dahil. na may maliit na singil, hindi magiging sapat ang repulsive force ng mga katulad na charge para ilihis ang arrow, i.e. gamit ang isang electrometer imposibleng matukoy ang pagkakaroon ng isang maliit na singil. Bakit bumabalik ang arrow sa orihinal nitong posisyon kung walang charge? Ang arrow ay may posibilidad na ipagpalagay ang isang patayong posisyon, dahil ang punto ng pagsususpinde ng arrow ay nasa itaas ng sentro ng grabidad.
Mga paksa ng USE codifier: electrization ng mga katawan, interaksyon ng mga singil, dalawang uri ng singil, batas ng konserbasyon ng electric charge.
Mga pakikipag-ugnayan ng electromagnetic ay kabilang sa mga pinakapangunahing pakikipag-ugnayan sa kalikasan. Ang mga puwersa ng pagkalastiko at alitan, presyon ng gas at marami pang iba ay maaaring mabawasan sa mga puwersang electromagnetic sa pagitan ng mga particle ng bagay. Ang mga electromagnetic na pakikipag-ugnayan mismo ay hindi na nabawasan sa iba, mas malalim na mga uri ng pakikipag-ugnayan.
Ang isang pantay na pangunahing uri ng pakikipag-ugnayan ay ang gravity - ang gravitational attraction ng alinmang dalawang katawan. Gayunpaman, mayroong ilang mahahalagang pagkakaiba sa pagitan ng electromagnetic at gravitational na pakikipag-ugnayan.
1. Hindi lahat ay maaaring lumahok sa mga electromagnetic na pakikipag-ugnayan, ngunit lamang sinisingil katawan (may singil ng kuryente).
2. Ang pakikipag-ugnayan ng gravitational ay palaging ang pang-akit ng isang katawan sa isa pa. Ang mga pakikipag-ugnayan ng electromagnetic ay maaaring parehong atraksyon at pagtanggi.
3. Ang pakikipag-ugnayan ng electromagnetic ay mas matindi kaysa sa gravitational. Halimbawa, ang electric repulsion force ng dalawang electron ay ilang beses na mas malaki kaysa sa puwersa ng kanilang gravitational attraction sa isa't isa.
Ang bawat naka-charge na katawan ay may ilang halaga ng electric charge. Ang electric charge ay isang pisikal na dami na tumutukoy sa lakas ng electromagnetic interaction sa pagitan ng mga bagay ng kalikasan. Ang yunit ng bayad ay palawit(CL).
Dalawang uri ng bayad
Dahil ang pakikipag-ugnayan ng gravitational ay palaging isang atraksyon, ang masa ng lahat ng mga katawan ay hindi negatibo. Ngunit hindi ito ang kaso para sa mga singil. Dalawang uri ng electromagnetic interaction - atraksyon at repulsion - ay maginhawang inilarawan sa pamamagitan ng pagpapakilala ng dalawang uri ng electric charge: positibo at negatibo.
Ang mga singil ng iba't ibang mga palatandaan ay umaakit sa isa't isa, at ang mga singil ng iba't ibang mga palatandaan ay nagtataboy sa isa't isa. Ito ay inilalarawan sa fig. isa ; ang mga bolang nasuspinde sa mga thread ay binibigyan ng mga singil ng isang tanda o iba pa.
kanin. 1. Interaksyon ng dalawang uri ng pagsingil
Ang ubiquitous na pagpapakita ng mga electromagnetic na pwersa ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga sisingilin na particle ay naroroon sa mga atomo ng anumang sangkap: ang mga positibong sisingilin na proton ay bahagi ng atomic nucleus, at ang mga negatibong sisingilin na mga electron ay gumagalaw sa mga orbit sa paligid ng nucleus.
Ang mga singil ng isang proton at isang electron ay pantay sa ganap na halaga, at ang bilang ng mga proton sa nucleus ay katumbas ng bilang ng mga electron sa mga orbit, at samakatuwid ay lumalabas na ang atom sa kabuuan ay neutral sa kuryente. Iyon ang dahilan kung bakit, sa ilalim ng normal na mga kondisyon, hindi natin napapansin ang electromagnetic effect mula sa mga nakapalibot na katawan: ang kabuuang singil ng bawat isa sa kanila ay zero, at ang mga sisingilin na particle ay pantay na ipinamamahagi sa buong dami ng katawan. Ngunit kung ang neutralidad ng kuryente ay nilabag (halimbawa, bilang resulta ng pagpapakuryente) ang katawan ay agad na nagsisimulang kumilos sa mga nakapaligid na sisingilin na mga particle.
Kung bakit may eksaktong dalawang uri ng mga singil sa kuryente, at hindi ang ilang iba pang bilang ng mga ito, ay hindi alam sa kasalukuyan. Maaari lamang nating igiit na ang pagtanggap sa katotohanang ito bilang pangunahin ay nagbibigay ng sapat na paglalarawan ng mga pakikipag-ugnayang electromagnetic.
Ang singil ng isang proton ay Cl. Ang singil ng isang electron ay kabaligtaran nito sa sign at katumbas ng C. Halaga
tinawag bayad sa elementarya. Ito ang pinakamababang posibleng singil: ang mga libreng particle na may mas maliit na singil ay hindi nakita sa mga eksperimento. Hindi pa maipaliwanag ng physics kung bakit ang kalikasan ay may pinakamaliit na singil at kung bakit ang magnitude nito ay eksakto.
Ang singil ng anumang katawan ay palaging kabuuan ng ang kabuuan bilang ng elementarya na singil:
Kung , kung gayon ang katawan ay may labis na bilang ng mga electron (kumpara sa bilang ng mga proton). Kung, sa kabaligtaran, ang katawan ay walang mga electron: mayroong higit pang mga proton.
Elektripikasyon ng mga katawan
Upang ang isang macroscopic na katawan ay magkaroon ng impluwensyang elektrikal sa ibang mga katawan, dapat itong nakuryente. Elektripikasyon- ito ay isang paglabag sa electrical neutrality ng katawan o mga bahagi nito. Bilang resulta ng electrification, ang katawan ay nagiging may kakayahang electromagnetic na pakikipag-ugnayan.
Ang isa sa mga paraan upang makuryente ang isang katawan ay ang pagbibigay ng singil sa kuryente dito, iyon ay, upang makamit ang labis na mga singil ng parehong tanda sa isang ibinigay na katawan. Ito ay madaling gawin sa friction.
Kaya, kapag pinupunasan ang isang glass rod na may sutla, bahagi ng mga negatibong singil nito ay napupunta sa sutla. Bilang resulta, ang stick ay positibong na-charge, at ang seda ay negatibong na-charge. Ngunit kapag pinupunasan ang isang ebonite stick na may lana, ang bahagi ng mga negatibong singil ay lumilipat mula sa lana patungo sa stick: ang stick ay negatibong sinisingil, at ang lana ay positibong sinisingil.
Ang pamamaraang ito ng pagpapakuryente ng mga katawan ay tinatawag pagpapakuryente sa pamamagitan ng alitan. Nakakaranas ka ng elektripikasyon sa pamamagitan ng alitan sa tuwing maghuhubad ka ng sweater sa iyong ulo ;-)
Ang isa pang uri ng elektripikasyon ay tinatawag electrostatic induction, o pagpapakuryente sa pamamagitan ng impluwensya. Sa kasong ito, ang kabuuang singil ng katawan ay nananatiling katumbas ng zero, ngunit muling ipinamamahagi upang ang mga positibong singil ay maipon sa ilang bahagi ng katawan, at mga negatibong singil sa iba.
kanin. 2. Electrostatic induction
Tingnan natin ang fig. 2. Sa ilang distansya mula sa metal na katawan mayroong isang positibong singil. Inaakit nito ang mga negatibong singil ng metal (mga libreng electron), na naipon sa mga lugar ng ibabaw ng katawan na pinakamalapit sa singil. Ang mga hindi nabayarang positibong singil ay nananatili sa malayong mga rehiyon.
Sa kabila ng katotohanan na ang kabuuang singil ng metal na katawan ay nanatiling katumbas ng zero, isang spatial na paghihiwalay ng mga singil ang naganap sa katawan. Kung hahatiin natin ngayon ang katawan sa may tuldok na linya, kung gayon ang kanang kalahati ay negatibong sisingilin, at ang kaliwang kalahati ay positibo.
Maaari mong obserbahan ang electrification ng katawan gamit ang isang electroscope. Ang isang simpleng electroscope ay ipinapakita sa Fig. 3 (larawan mula sa en.wikipedia.org).
kanin. 3. Electroscope
Ano ang mangyayari sa kasong ito? Ang isang positibong sisingilin na baras (halimbawa, dati nang kinuskos) ay dinadala sa electroscope disk at nangongolekta ng negatibong singil dito. Sa ibaba, sa mga gumagalaw na dahon ng electroscope, nananatili ang hindi nabayarang mga positibong singil; pagtutulak palayo sa isa't isa, ang mga dahon ay naghihiwalay sa iba't ibang direksyon. Kung aalisin mo ang wand, ang mga singil ay babalik sa kanilang lugar at ang mga dahon ay mahuhulog.
Ang kababalaghan ng electrostatic induction sa isang malaking sukat ay sinusunod sa panahon ng isang bagyo. Sa fig. 4 nakikita natin ang isang ulap na may kulog sa ibabaw ng lupa.
kanin. 4. Elektripikasyon ng lupa sa pamamagitan ng thundercloud
Sa loob ng ulap ay may mga ice floe na may iba't ibang laki, na halo-halong pataas na agos ng hangin, nagbanggaan at nakuryente. Sa kasong ito, lumalabas na ang isang negatibong singil ay naipon sa ibabang bahagi ng ulap, at isang positibong singil ang naipon sa itaas na bahagi.
Ang negatibong sisingilin sa ibabang bahagi ng ulap ay nag-uudyok ng mga positibong singil sa ibabaw ng lupa. Lumilitaw ang isang higanteng kapasitor na may napakalaking boltahe sa pagitan ng ulap at lupa. Kung ang boltahe na ito ay sapat na upang masira ang agwat ng hangin, kung gayon ang isang paglabas ay magaganap - kidlat, na kilala sa iyo.
Batas ng konserbasyon ng bayad
Bumalik tayo sa halimbawa ng electrification sa pamamagitan ng friction - pagkuskos ng stick gamit ang isang tela. Sa kasong ito, ang stick at ang piraso ng tela ay nakakakuha ng mga singil na katumbas ng magnitude at kabaligtaran ng sign. Ang kanilang kabuuang singil, dahil ito ay katumbas ng zero bago ang pakikipag-ugnayan, ay nananatiling katumbas ng zero pagkatapos ng pakikipag-ugnayan.
Nakikita natin dito batas ng konserbasyon ng bayad na nagbabasa: sa isang saradong sistema ng mga katawan, ang algebraic na kabuuan ng mga singil ay nananatiling hindi nagbabago para sa anumang mga prosesong nagaganap sa mga katawan na ito:
Ang pagsasara ng isang sistema ng mga katawan ay nangangahulugan na ang mga katawan na ito ay maaaring makipagpalitan ng mga singil sa kanilang mga sarili lamang, ngunit hindi sa anumang iba pang mga bagay sa labas ng ibinigay na sistema.
Kapag ang stick ay nakuryente, walang nakakagulat sa pagtitipid ng singil: kung gaano karaming mga sisingilin na particle ang naiwan sa stick - ang parehong halaga ay dumating sa isang piraso ng tela (o kabaliktaran). Nakakagulat, sa mas kumplikadong mga proseso, sinamahan ng mga pagbabago sa isa't isa elementarya na mga particle at pagbabago ng numero sisingilin ang mga particle sa system, ang kabuuang singil ay natipid pa rin!
Halimbawa, sa fig. 5 ay nagpapakita ng proseso kung saan ang isang bahagi ng electromagnetic radiation (ang tinatawag na photon) nagiging dalawang sisingilin na particle - isang electron at isang positron. Ang ganitong proseso ay posible sa ilalim ng ilang mga kundisyon - halimbawa, sa electric field ng atomic nucleus.
kanin. 5. Paglikha ng isang pares ng electron–positron
Ang singil ng positron ay katumbas ng ganap na halaga sa singil ng elektron at kabaligtaran nito sa sign. Natupad na ang batas ng konserbasyon ng bayad! Sa katunayan, sa simula ng proseso mayroon kaming isang photon na ang singil ay zero, at sa dulo ay nakakuha kami ng dalawang particle na may zero na kabuuang singil.
Ang batas ng conservation of charge (kasama ang pagkakaroon ng pinakamaliit na elementary charge) ngayon ang pangunahing siyentipikong katotohanan. Ang mga physicist ay hindi pa nagtagumpay sa pagpapaliwanag kung bakit ang kalikasan ay kumikilos sa ganitong paraan at hindi kung hindi man. Maaari lamang nating sabihin na ang mga katotohanang ito ay nakumpirma ng maraming pisikal na mga eksperimento.
