Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Электростатическая сила. Закон Кулона.
Электрический заряд
Заряд является свойством материи, так же, как масса, объем или плотность.
Все они являются измеримыми величинами. Точно так же, как вы можете количественно измерить массу тела, вы можете измерить, какой заряд он имеет.
Для того, чтобы заряды могли перемещаться, нужны носители зарядов (вот где наши знания атомных частиц пригодятся).
Из предыдущего урока мы уже знаем, что носителями зарядов в проводниках являются свободные электроны.
Электроны всегда несут отрицательный заряд в отличие от протонов, которые всегда положительно заряжены. При этом оба – и электрон и протон – несут одинаковый заряд, только разного знака.
Это наименьший из всех встречающихся в природе электрических зарядов, называемый поэтому элементарным зарядом или квантом электрического заряда. Все заряды, наблюдаемые в природе, являются кратными этому элементарному заряду.
Таким образом, заряд может передаваться от одного тела к другому только порциями, содержащими целое число элементарных зарядов (квантов).
Дискретность или квантованность электрического заряда в терминах математики записывается так:
q = ± n·e
где: n = 0, 1, 2, 3, …
e = 1,6 · 10 -19 (Кл) - элементарный заряд
Нейтроны, оправдывая свое название, являются нейтральными, они не имеют заряда. Ниже в таблице приведены элементарные частицы, их массы и заряды.
Закон сохранения электрического заряда
Одним из фундаментальных законов природы является экспериментально установленный закон сохранения электрического заряда. Закон сохранения заряда утверждает, что суммарный заряд изолированной системы остается постоянным:
q1 + q2 + q3 + ... +qn = const.
Это означает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака. Заряды в замкнутой системе могут создаваться и уничтожаться, но только в положительно/отрицательных парах.
Электростатическая сила
Электростатическая сила - это сила, которая действует между зарядами. Электростатические силы взаимодействия точечных зарядов описываются законом Кулона.
Закон утверждает, что заряды одного знака отталкиваются друг от друга, в то время как заряды противоположных знаков притягиваются (рис. 1).
Рис. 1
Между электронами действуют электростатические силы отталкивания, а между электронами и протонами - электростатические силы притяжения. Эти силы являются частью «клея», который удерживает частицы атома вместе, но это также инструмент, который делает электроны (и заряды) подвижными.
Электроны вращаются на различных расстояниях от ядра атома. Те электроны, которые ближе к ядру, гораздо сильнее взаимодействуют с ядром, чем находящиеся на внешних орбитах. Внешние электроны атома называются валентными электронами и они требуют приложения минимальной силы, чтобы освободиться от атома.
Достаточно воздействия электростатической силы на валентный электрон – либо отталкивания от другого отрицательного заряда, либо притяжения его положительным зарядом, – чтобы он стал свободным электроном.
Атом вещества может потерять один или несколько электронов или приобрести лишний электрон. В этих случаях нейтральный атом превращается в положительно или отрицательно заряженный ион.
Сила взаимодействия двух зарядов зависит от того, как далеко они находятся друг от друга. Чем ближе заряды друг к другу, тем больше будет сила (притяжения или отталкивания).
Закон Кулона
В 1784 году великий французский физик и инженер Шарль Огюстен Кулон изобрел и построил крутильные весы, которые предназначались для измерения сверхмалых сил, а уже в следующем году сформулировал свой знаменитый закон, который сейчас известен любому школьнику:
Сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
где: k - коэффициент пропорциональности;
q1, q2 - неподвижные точечные заряды;
r - расстояние между зарядами.
Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде:
- электрическая постоянная
● Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием.
● Силы взаимодействия являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках.
● Закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними, то есть для точечных зарядов.
● Нужно помнить, что сила является векторной величиной, поэтому, когда взаимодействуют три и более зарядов, то равнодействующая сила взаимодействия этих зарядов равна векторной сумме отдельных сил.
Похожие статьи: 1. Что такое электрический ток?
2. Направление электрического тока
3. Проводники и изоляторы. Полупроводники
4. Постоянный и переменный ток
5. О скорости распространения электрического тока
6. Электрический ток в жидкостях
7. Проводимость в газах
8. О проводимости полупроводников
Заряд является свойством материи, так же, как масса, объем или плотность.
Все они являются измеримыми величинами. Точно так же, как вы можете количественно измерить массу тела, вы можете измерить, какой заряд он имеет.
Для того, чтобы заряды могли перемещаться, нужны носители зарядов (вот где наши знания атомных частиц пригодятся).
Из предыдущего урока мы уже знаем, что носителями зарядов в проводниках являются свободные электроны.
Электроны всегда несут отрицательный заряд в отличие от протонов, которые всегда положительно заряжены. При этом оба – и электрон и протон – несут одинаковый заряд, только разного знака.
Это наименьший из всех встречающихся в природе электрических зарядов, называемый поэтому элементарным зарядом или квантом электрического заряда. Все заряды, наблюдаемые в природе, являются кратными этому элементарному заряду.
Таким образом, заряд может передаваться от одного тела к другому только порциями, содержащими целое число элементарных зарядов (квантов).
Дискретность или квантованность электрического заряда в терминах математики записывается так:
q = ± n·e
где: n = 0, 1, 2, 3, …
e = 1,6 · 10 -19 (Кл) - элементарный заряд
Нейтроны, оправдывая свое название, являются нейтральными, они не имеют заряда. Ниже в таблице приведены элементарные частицы, их массы и заряды.
|
Частица |
Масса |
Заряд |
| электрон |
9.11 х 10 -31 кг |
- 1.6 х 10 -19 Кл |
| протон |
1.672 х 10 -27 кг |
+ 1.6 х 10 -19 Кл |
| нейтрон |
1.674 х 10 -27 кг |
0 |
Закон сохранения электрического заряда
Одним из фундаментальных законов природы является экспериментально установленный закон сохранения электрического заряда. Закон сохранения заряда утверждает, что суммарный заряд изолированной системы остается постоянным:
q1 + q2 + q3 + ... +qn = const.
Это означает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака. Заряды в замкнутой системе могут создаваться и уничтожаться, но только в положительно/отрицательных парах.
Электростатическая сила
Электростатическая сила - это сила, которая действует между зарядами. Электростатические силы взаимодействия точечных зарядов описываются законом Кулона.
Закон утверждает, что заряды одного знака отталкиваются друг от друга, в то время как заряды противоположных знаков притягиваются (рис. 1).
Рис. 1
Между электронами действуют электростатические силы отталкивания, а между электронами и протонами - электростатические силы притяжения. Эти силы являются частью «клея», который удерживает частицы атома вместе, но это также инструмент, который делает электроны (и заряды) подвижными.
Электроны вращаются на различных расстояниях от ядра атома. Те электроны, которые ближе к ядру, гораздо сильнее взаимодействуют с ядром, чем находящиеся на внешних орбитах. Внешние электроны атома называются валентными электронами и они требуют приложения минимальной силы, чтобы освободиться от атома.
Достаточно воздействия электростатической силы на валентный электрон – либо отталкивания от другого отрицательного заряда, либо притяжения его положительным зарядом, – чтобы он стал свободным электроном.
Атом вещества может потерять один или несколько электронов или приобрести лишний электрон. В этих случаях нейтральный атом превращается в положительно или отрицательно заряженный ион.
Сила взаимодействия двух зарядов зависит от того, как далеко они находятся друг от друга. Чем ближе заряды друг к другу, тем больше будет сила (притяжения или отталкивания).
Закон Кулона
В 1784 году великий французский физик и инженер Шарль Огюстен Кулон изобрел и построил крутильные весы, которые предназначались для измерения сверхмалых сил, а уже в следующем году сформулировал свой знаменитый закон, который сейчас известен любому школьнику:
Сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
где: k - коэффициент пропорциональности;
q1, q2 - неподвижные точечные заряды;
r - расстояние между зарядами.
Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде:
- электрическая постоянная
● Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием.
● Силы взаимодействия являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках.
● Закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними, то есть для точечных зарядов.
● Нужно помнить, что сила является векторной величиной, поэтому, когда взаимодействуют три и более зарядов, то равнодействующая сила взаимодействия этих зарядов равна векторной сумме отдельных сил.
Похожие статьи: 1. Что такое электрический ток?
2. Направление электрического тока
3. Проводники и изоляторы. Полупроводники
4. Постоянный и переменный ток
5. О скорости распространения электрического тока
6. Электрический ток в жидкостях
7. Проводимость в газах
8. О проводимости полупроводников
Комментариев нет:
Отправить комментарий