ay isa sa mga pangunahing batas ng kalikasan. Ang batas sa konserbasyon ng singil ay natuklasan noong 1747 ni B. Franklin.

Elektron- isang particle na bahagi ng isang atom. Sa kasaysayan ng pisika, nagkaroon ng ilang mga modelo ng istruktura ng atom. Isa sa mga ito, na ginagawang posible na ipaliwanag ang isang bilang ng mga eksperimentong katotohanan, kabilang ang kababalaghan ng elektripikasyon , ay iminungkahi E. Rutherford. Batay sa kanyang mga eksperimento, napagpasyahan niya na sa gitna ng atom ay mayroong isang positibong sisingilin na nucleus, sa paligid kung saan ang mga negatibong sisingilin na mga electron ay gumagalaw sa mga orbit. Sa isang neutral na atom, ang positibong singil ng nucleus ay katumbas ng kabuuang negatibong singil ng mga electron. Ang nucleus ng isang atom ay binubuo ng mga proton na may positibong sisingilin at mga neutral na particle ng mga neutron. Ang singil ng isang proton ay katumbas ng modulus sa singil ng isang elektron. Kung ang isa o higit pang mga electron ay tinanggal mula sa isang neutral na atom, ito ay magiging isang positibong sisingilin na ion; Kapag ang mga electron ay idinagdag sa isang atom, ito ay nagiging isang negatibong sisingilin na ion.

Ang kaalaman sa istraktura ng atom ay ginagawang posible na ipaliwanag ang kababalaghan ng electrification alitan . Ang mga electron na maluwag na nakagapos sa nucleus ay maaaring ihiwalay mula sa isang atom at nakakabit sa isa pa. Ipinaliliwanag nito kung bakit maaaring mabuo ang isang katawan kakulangan ng mga electron, at sa kabilang banda - kanilang sobra. Sa kasong ito, ang unang katawan ay sinisingil positibo , at ang pangalawa - negatibo .

Sa panahon ng kuryente, muling pamamahagi ng bayad , ang parehong mga katawan ay nakuryente, na nakakakuha ng mga singil ng magkasalungat na mga palatandaan na katumbas ng magnitude. Sa kasong ito, ang algebraic na kabuuan ng mga singil sa kuryente bago at pagkatapos ng electrization ay nananatiling pare-pareho:

q 1 + q 2 + … + q n = const.

Ang algebraic na kabuuan ng mga singil ng mga plato bago at pagkatapos ng electrification ay katumbas ng zero. Ang nakasulat na pagkakapantay-pantay ay nagpapahayag ng pangunahing batas ng kalikasan - batas ng konserbasyon ng singil sa kuryente.

Tulad ng anumang pisikal na batas, mayroon itong ilang partikular na limitasyon ng pagkakalapat: ito ay wasto para sa isang saradong sistema ng mga katawan , ibig sabihin. para sa isang hanay ng mga katawan na nakahiwalay sa iba pang mga bagay.

Kapag nagpapakuryente sa mga katawan, batas ng konserbasyon ng singil sa kuryente. Ang batas na ito ay may bisa para sa isang saradong sistema. Sa isang saradong sistema, ang algebraic na kabuuan ng mga singil ng lahat ng mga particle ay nananatiling hindi nagbabago . Kung ang mga singil ng butil ay tinutukoy ng q 1 , q 2 atbp., kung gayon

q 1 + q 2 + q 3 + … + q n= const.

Ang pangunahing batas ng electrostatics ay ang batas ni Coulomb

Kung ang distansya sa pagitan ng mga katawan ay maraming beses na mas malaki kaysa sa kanilang laki, kung gayon ang hugis o laki ng mga sinisingil na katawan ay hindi nakakaapekto sa mga pakikipag-ugnayan sa pagitan nila. Sa kasong ito, ang mga katawan na ito ay maaaring ituring bilang mga puntong katawan.

Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga sisingilin na katawan ay nakasalalay sa mga katangian ng daluyan sa pagitan ng mga sisingilin na katawan.

Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng dalawang puntong hindi gumagalaw na sisingilin na mga katawan sa vacuum ay direktang proporsyonal sa produkto ng mga module ng singil at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila. Ang puwersang ito ay tinatawag na puwersa ng Coulomb.

|q 1 | at | q 2 | - mga module ng mga singil ng mga katawan,

r- ang distansya sa pagitan nila,

k- koepisyent ng proporsyonalidad.

F- puwersa ng pakikipag-ugnayan

Ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng dalawang hindi gumagalaw na mga katawan na sinisingil ng punto ay nakadirekta sa tuwid na linya na nagkokonekta sa mga katawan na ito.

Yunit ng electric charge

Ang yunit ng kasalukuyang ay ang ampere.

Isang pendant(1 Cl) - ito ang singil na dumadaan sa loob ng 1 s sa cross section ng conductor sa kasalukuyang lakas na 1 A

g [Coulomb=Cl]

e=1.610 -19 C

- de-koryenteng pare-pareho

MALAPIT AT DISTANCE NA PAGKILOS

Ang pagpapalagay na ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga katawan na malayo sa isa't isa ay palaging isinasagawa sa tulong ng mga intermediate na link (o medium) na naglilipat ng pakikipag-ugnayan mula sa punto patungo sa punto, ay ang kakanyahan ng teorya ng short-range na aksyon. Pamamahagi na may huling bilis.

Teorya ng direktang aksyon sa isang distansya nang direkta sa kabila ng walang laman. Ayon sa teoryang ito, ang aksyon ay naililipat kaagad sa arbitraryong malalayong distansya.

Ang parehong mga teorya ay magkasalungat sa isa't isa. Ayon kay mga teorya ng aksyon sa malayo ang isang katawan ay kumikilos sa isa pa nang direkta sa pamamagitan ng walang bisa at ang pagkilos na ito ay agad na ipinapadala.

Teorya ng maikling saklaw nagsasaad na ang anumang pakikipag-ugnayan ay isinasagawa sa tulong ng mga intermediate na ahente at nagpapalaganap ng may hangganan na bilis.

Ang pagkakaroon ng isang tiyak na proseso sa espasyo sa pagitan ng mga nakikipag-ugnayang katawan, na tumatagal ng isang may hangganang oras, ay ang pangunahing bagay na nagpapakilala sa teorya maikling-saklaw na aksyon mula sa teorya ng aksyon sa malayo.

Ayon sa ideya ni Faraday Ang mga singil sa kuryente ay hindi direktang kumikilos sa isa't isa. Ang bawat isa sa kanila ay lumilikha ng isang electric field sa nakapalibot na espasyo. Ang field ng isang charge ay kumikilos sa isa pang charge, at vice versa. Habang lumalayo ka sa charge, humihina ang field.

Ang mga pakikipag-ugnayang electromagnetic ay dapat magpalaganap sa espasyo sa isang may hangganang bilis.

Ang electric field ay umiiral sa katotohanan, ang mga katangian nito ay maaaring pag-aralan nang empirically, ngunit hindi natin masasabi kung ano ang binubuo ng larangan na ito.

Tungkol sa likas na katangian ng electric field, maaari nating sabihin na ang patlang ay materyal; ito ay pangngalan. nang hiwalay sa atin, mula sa ating kaalaman tungkol dito;

Ang patlang ay may ilang mga katangian na hindi nagpapahintulot na ito ay malito sa anumang bagay sa nakapaligid na mundo;

Ang pangunahing pag-aari ng isang electric field ay ang pagkilos nito sa mga electric charge na may isang tiyak na puwersa;

Ang electric field ng mga nakatigil na singil ay tinatawag electrostatic. Hindi ito nagbabago sa paglipas ng panahon. Ang isang electrostatic field ay nilikha lamang ng mga electric charge. Umiiral ito sa espasyong nakapalibot sa mga singil na ito at hindi mapaghihiwalay na nauugnay dito.

Lakas ng electric field.

Ang ratio ng puwersa na kumikilos sa isang singil na inilagay sa isang naibigay na punto ng patlang sa singil na ito para sa bawat punto ng patlang ay hindi nakadepende sa singil at maaaring ituring bilang isang katangian ng patlang.

Ang lakas ng field ay katumbas ng ratio ng puwersa kung saan kumikilos ang field sa isang point charge sa charge na ito.

Lakas ng field ng isang point charge.

.

Field strength modulus ng isang point charge q o sa distansya r mula dito ay katumbas ng:

.

Kung sa isang naibigay na punto sa espasyo, ang iba't ibang sisingilin na mga particle ay lumikha ng mga electric field, ang lakas nito atbp., kung gayon ang nagresultang lakas ng field sa puntong ito ay:

POWER LINES NG ELECTRIC POL.

LAKAS NG FIELD NG SININGIL NA BOLA

Ang isang electric field na ang intensity ay pareho sa lahat ng mga punto sa espasyo ay tinatawag homogenous.

Mas malaki ang density ng mga linya ng field malapit sa mga naka-charge na katawan, kung saan mas malaki rin ang lakas ng field.

- lakas ng field ng isang point charge.

Sa loob ng conducting ball (r > R), ang lakas ng field ay zero.

MGA CONDUCTOR SA ELECTRIC FIELD.

Ang mga konduktor ay naglalaman ng mga naka-charge na particle na maaaring gumalaw sa loob ng konduktor sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field. Ang mga singil ng mga particle na ito ay tinatawag walang bayad.

Walang electrostatic field sa loob ng conductor. Ang buong static na singil ng isang konduktor ay puro sa ibabaw nito. Ang mga singil sa isang konduktor ay makikita lamang sa ibabaw nito.

Batas ng konserbasyon ng bayad

Hindi lahat ng natural na phenomena ay mauunawaan at maipaliwanag batay sa mga konsepto at batas ng mechanics, the molecular-kinetic theory of the structure of matter, at thermodynamics. Ang mga agham na ito ay walang sinasabi tungkol sa likas na katangian ng mga puwersa na nagbubuklod sa mga indibidwal na atomo at molekula, humahawak sa mga atomo at molekula ng bagay sa isang solidong estado sa isang tiyak na distansya mula sa isa't isa. Ang mga batas ng pakikipag-ugnayan ng mga atomo at molekula ay mauunawaan at maipaliwanag sa batayan ng ideya na ang mga singil sa kuryente ay umiiral sa kalikasan.

Ang pinakasimpleng at pinaka-araw-araw na kababalaghan, kung saan ang katotohanan ng pagkakaroon ng mga singil sa kuryente sa kalikasan, ay ang pagpapakuryente ng mga katawan sa pakikipag-ugnay. Ang interaksyon ng mga katawan na nakita sa panahon ng electrization ay tinatawag na electromagnetic interaction, at ang pisikal na dami na tumutukoy sa electromagnetic interaction ay tinatawag na electric charge. Ang kakayahan ng mga singil sa kuryente na makaakit at maitaboy ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng dalawang magkaibang uri ng mga singil: positibo at negatibo.

Maaaring lumitaw ang mga singil sa kuryente hindi lamang bilang resulta ng electrification kapag nagkadikit ang mga katawan, kundi pati na rin sa iba pang pakikipag-ugnayan, halimbawa, sa ilalim ng impluwensya ng puwersa (piezoelectric effect). Ngunit palaging sa isang saradong sistema, na hindi kasama ang mga singil, para sa anumang pakikipag-ugnayan ng mga katawan, ang algebraic (ibig sabihin, isinasaalang-alang ang sign) kabuuan ng mga singil sa kuryente ng lahat ng mga katawan ay nananatiling pare-pareho. Ang katotohanang ito na itinatag ng eksperimento ay tinatawag na batas ng konserbasyon ng singil sa kuryente.

Wala kahit saan at hindi kailanman sa kalikasan na ang mga singil sa kuryente ng parehong tanda ay lumabas at nawawala. Ang hitsura ng isang positibong singil ay palaging sinasamahan ng hitsura ng isang negatibong singil na katumbas ng ganap na halaga, ngunit kabaligtaran sa tanda. Ang alinman sa mga positibo o negatibong pagsingil ay maaaring mawala nang hiwalay sa isa't isa kung sila ay pantay sa ganap na halaga.

Ang hitsura at pagkawala ng mga singil sa kuryente sa mga katawan sa karamihan ng mga kaso ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng mga paglipat ng mga elementarya na sisingilin na mga particle - mga electron - mula sa isang katawan patungo sa isa pa. Tulad ng alam mo, ang komposisyon ng anumang atom ay may kasamang positibong sisingilin na nucleus at negatibong sisingilin na mga electron. Sa isang neutral na atom, ang kabuuang singil ng mga electron ay eksaktong katumbas ng singil ng atomic nucleus. Ang isang katawan na binubuo ng mga neutral na atomo at molekula ay may kabuuang singil sa kuryente na katumbas ng zero.

Kung, bilang isang resulta ng anumang pakikipag-ugnayan, ang bahagi ng mga electron ay dumadaan mula sa isang katawan patungo sa isa pa, kung gayon ang isang katawan ay tumatanggap ng negatibong singil sa kuryente, at ang pangalawa - isang positibong singil na katumbas ng ganap na halaga. Kapag nagkadikit ang dalawang katawan na magkasalungat na sinisingil, kadalasan ang mga singil ng kuryente ay hindi nawawala nang walang bakas, at ang labis na bilang ng mga electron ay dumadaan mula sa isang katawan na may negatibong sisingilin patungo sa isang katawan kung saan ang ilan sa mga atom ay mayroong hindi kumpletong hanay ng mga electron sa kanilang mga shell.

Ang isang espesyal na kaso ay ang pagpupulong ng elementarya na sisingilin antiparticle, halimbawa, isang elektron at isang positron. Sa kasong ito, ang mga positibo at negatibong singil sa kuryente ay talagang nawawala, nagwawasak, ngunit ganap na alinsunod sa batas ng konserbasyon ng singil ng kuryente, dahil ang algebraic na kabuuan ng mga singil ng isang elektron at isang positron ay katumbas ng zero.

Ang batas ng konserbasyon ng singil ay nagsasaad na sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng isang tiyak na saradong sistema sa nakapaligid na espasyo, ang halaga ng singil na umaalis sa sistema sa ibabaw nito ay katumbas ng halaga ng singil na pumapasok sa system. Sa madaling salita, ang algebraic sum ng lahat ng singil sa system ay zero.

Formula 1 - Batas ng Conservation of Charge

Tulad ng alam mo, mayroong dalawang uri ng mga singil sa kalikasan. Ito ay positibo at negatibo. Gayundin, ang magnitude ng singil ay discrete, iyon ay, maaari lamang itong magbago sa mga bahagi. Ang elementary charge ay ang singil ng isang electron. Kung ang isang elektron ay idinagdag sa isang atom, ito ay nagiging isang negatibong sisingilin na ion. At kung aalisin mo ito, pagkatapos ay positibo.

Ang pangunahing ideya ng batas ng konserbasyon ng singil ay ang singil ay hindi nagmumula sa kung saan at hindi nawawala saanman. Kapag ang isang singil ng isang tanda ay lumitaw, ang isang singil ng kabaligtaran na tanda ng parehong magnitude ay agad na lilitaw.

Upang kumpirmahin ang batas na ito, magsasagawa kami ng isang eksperimento. Para sa kanya, kailangan namin ng dalawang electrometer. Ito ay mga device na nagpapakita ng electrical charge. Binubuo ito ng isang baras kung saan ang axis ay naayos. May arrow sa axis. Ang lahat ng ito ay inilalagay sa isang cylindrical na kaso, sarado sa magkabilang panig na may salamin.

Sa pamalo ng unang electrometer ay isang metal disk. Kung saan maglalagay kami ng isa pang ganoong disk. Sa pagitan ng mga disk kinakailangan na maglatag ng ilang uri ng insulator. Halimbawa, tela. Ang tuktok na disc ay may dielectric na hawakan. Hawak ang hawakan na ito, kuskusin namin ang mga disk sa isa't isa. Kaya, nagpapakuryente sa kanila.

Figure 1 - Mga electrometer na may mga disk na nakakabit sa kanila

Pagkatapos naming alisin ang tuktok na disk, ang electrometer ay magpapakita ng pagkakaroon ng isang singil. Ang kanyang palaso ay lilihis. Susunod, kinuha namin ang disk at hinawakan ito sa baras ng pangalawang electrometer. Ililihis din niya ang arrow, na nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng isang singil. Bagaman ang singil ay magiging kabaligtaran ng tanda. Dagdag pa, kung ikinonekta natin ang mga rod ng mga electrometer, ang mga arrow ay babalik sa kanilang orihinal na posisyon. Ibig sabihin, kinansela ng mga singil ang isa't isa.

Figure 2 - bayad sa disk charge

Ano ang nangyari sa eksperimentong ito. Nang i-rub ang mga disk sa isa't isa, nagkaroon ng paghihiwalay ng mga singil sa metal ng mga disk. Sa una, ang bawat disk ay neutral sa kuryente. Ang isa sa kanila ay nakatanggap ng labis na mga electron, iyon ay, isang negatibong singil. Ang isa pa ay nakakuha ng kakulangan ng mga electron, iyon ay, siya ay naging positibong sisingilin.

Ang mga singil sa kasong ito ay hindi lumitaw nang wala saan. Nasa loob na sila ng conductive disks. Tanging sila ay nabayaran sa kanilang mga sarili. Pinaghiwalay lang namin sila. Ang pagkakaroon ng inilagay sa parehong oras sa iba't ibang mga disk. Kapag ikinonekta namin ang mga rod ng mga electrometer, ang mga singil ay muling nabayaran sa isa't isa. Ano ang ipinahiwatig ng mga arrow.

Kung isasaalang-alang natin ang mga electrometer at disk bilang isang solong sistema. Pagkatapos, sa kabila ng lahat ng aming mga manipulasyon, ang kabuuang singil ng sistemang ito ay pare-pareho sa lahat ng oras. Sa una, ang mga disk ay neutral sa kuryente. Pagkatapos ng paghihiwalay, lumitaw ang bulk positive at negative charges. Parehas lang sila ng size. Nangangahulugan ito na ang singil sa system ay nananatiling pareho. Matapos ikonekta ang mga rod, bumalik ang system sa orihinal nitong estado.

Electrostatics - isang seksyon na nag-aaral ng mga static (fixed) na singil at ang mga electric field na nauugnay sa mga ito.

Ang paggalaw ng mga singil ay alinman sa wala, o nangyayari nang napakabagal na ang mga magnetic field na nagmumula sa paggalaw ng mga singil ay bale-wala. Ang lakas ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga singil ay natutukoy lamang sa pamamagitan ng kanilang pagsasaayos sa isa't isa. Samakatuwid, ang enerhiya ng pakikipag-ugnayan ng electrostatic ay potensyal na enerhiya.

Sa kabila ng kasaganaan ng iba't ibang mga sangkap sa kalikasan, mayroon lamang dalawang uri ng mga singil sa kuryente: mga singil na tulad ng mga singil na lumalabas sa salamin na kinuskos sa sutla, at mga singil tulad ng mga singil na lumalabas sa amber na ipinahid sa balahibo. Ang una ay tinawag na positibo, ang huli ay negatibong singil. Pinangalanan ni Benjamin Franklin noong 1746.

Sa pangkalahatan, ang singil ng isang atom ng anumang sangkap ay katumbas ng zero, dahil ang positibong singil ng atomic nucleus ay binabayaran ng kabaligtaran na singil ng mga shell ng elektron ng atom. Ang isang napakalakas na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga singil ay halos hindi kasama ang kusang hitsura ng mga naka-charge na macroscopic na katawan. Kaya, ang puwersa ng Coulomb attraction sa pagitan ng isang electron at isang proton sa isang hydrogen atom ay 1039 beses na mas malaki kaysa sa kanilang gravitational interaction.

Ito ay kilala na tulad ng mga singil ay nagtataboy sa isa't isa, at hindi katulad ng mga singil ay umaakit. Dagdag pa, kung dadalhin mo ang isang naka-charge na katawan (na may anumang bayad) sa isang ilaw - hindi sinisingil, magkakaroon ng atraksyon sa pagitan nila - isang phenomenon pagpapakuryente baga katawan sa pamamagitan ng impluwensya. Sa dulo na pinakamalapit sa sinisingil na katawan, ang mga singil ng kabaligtaran na palatandaan (sapilitan na mga singil) ay lilitaw, ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na electrostatic induction.

Ipinapakita ng karanasan na ang hitsura ng isang singil sa anumang katawan ay sinamahan ng hitsura ng isang singil ng parehong magnitude, ngunit ng kabaligtaran na tanda, sa ibang katawan. Halimbawa, kapag ang isang basong baras ay ipinahid sa sutla, ang parehong katawan ay sinisingil: ang baras ay negatibo, ang sutla ay positibo.

Kaya, lahat proseso ng pagsingil meron proseso ng paghihiwalay ng singil. Ang kabuuan ng mga singil ay hindi nagbabago, ang mga singil ay ipinamahagi lamang. ito ay nagpapahiwatig batas ng konserbasyon ng bayad - isa sa mga pangunahing batas ng kalikasan, na binuo noong 1747 ni B. Franklin at kinumpirma noong 1843 ni M. Faraday: ang algebraic na kabuuan ng mga singil na nagmumula sa anumang prosesong elektrikal sa lahat ng mga katawan na kalahok sa proseso ay palaging katumbas ng zero . O mas maikli: ang kabuuang singil ng kuryente ng isang saradong sistema ay hindi nagbabago .

(Ang mga demonstrasyon ay makukuha sa mga paksang "Conservation of charge" at "Mga uri ng bayad".).

Ang mga singil sa kuryente ay hindi umiiral sa kanilang sarili, ngunit mga panloob na katangian ng elementarya na mga particle - mga electron, proton, atbp.

Empirically noong 1914, ipinakita ng American physicist na si R. Milliken na ang electric charge ay discrete . Ang singil ng anumang katawan ay isang integer multiple ng elementarya na singil ng kuryente .

,

saan n ay isang integer. Elektron at proton ay mga carrier ng elementarya na negatibo at positibong singil.

Halimbawa, ang ating Earth ay may negatibong singil C, ito ay itinatag sa pamamagitan ng pagsukat ng lakas ng electrostatic field sa kapaligiran ng Earth.

Ang isang mahusay na kontribusyon sa pag-aaral ng mga phenomena ng electrostatics ay ginawa ng sikat na Pranses na siyentipiko na si C. Coulomb. Noong 1785, eksperimento niyang itinatag ang batas ng pakikipag-ugnayan nakapirming punto mga singil sa kuryente.