Meidän on kirjaimellisesti irrotettava toisistaan \u200b\u200bjuuri pestyt ja kuivatut esineet pois otettuina, tai kun emme vain pysty järjestämään sähköistettyä ja kirjaimellisesti seisovaa päähiuksia. Ja kuka ei yrittänyt ripustaa ilmapalloa kattoon, kun hieroi sitä päähän? Tällainen vetovoima ja vastenmielisyys ovat osoitus staattinen sähkö. Samanlaisia \u200b\u200btoimia kutsutaan sähköistys.
Luonnosta johtuva staattinen sähkö sähkövaraus. Lataus on perushiukkasten olennainen ominaisuus. Lasille aiheutuvaa varausta, kun sitä hierotaan silkkiä vastaan, kutsutaan tavanomaisesti positiivinen, ja eboniitista villaan kitkan aikana syntyvä varaus on negatiivinen.
Mieti atomia. Atomi koostuu ytimestä ja sen ympärillä lentävistä elektroneista (kuvassa siniset hiukkaset). Ydin koostuu protoneista (punainen) ja neutroneista (musta).
.Negatiivisen varauksen kantaja on elektroni, protoni on positiivinen kantaja. Neutroni on neutraali hiukkanen, siinä ei ole varausta.
Alkeisvarauksen - elektronin tai protonin - arvo on vakio ja on yhtä suuri kuin
Koko atomi on ladattu neutraalisti, jos protonien lukumäärä vastaa elektroneja. Mitä tapahtuu, jos yksi elektroni irtoaa ja lentää pois? Atomilla on vielä yksi protoni, ts. Positiivisia hiukkasia on enemmän kuin negatiivisia. Sellaista atomia kutsutaan positiivinen ioni. Ja jos yksi ylimääräinen elektroni liittyy, saamme negatiivinen ioni. Elektronit, jotka ovat irtaantuneet, eivät välttämättä liity, mutta ne voivat liikkua jonkin aikaa vapaasti, aiheuttaen negatiivisen varauksen. Siten aineessa vapaat varauskantajat ovat elektroneja, positiivisia ioneja ja negatiivisia ioneja.
Vapaan protonin saamiseksi on välttämätöntä, että ydin romahtaa, ja tämä tarkoittaa koko atomin tuhoamista. Emme harkitse tällaisia \u200b\u200bmenetelmiä sähkövarausten tuottamiseksi.
Keho latautuu, kun se sisältää ylimääräisen yhden tai muun varautuneen hiukkasen (elektronit, positiiviset tai negatiiviset ionit).
Kehon varauksen suuruus on moninkertainen peruslataukseen. Esimerkiksi, jos ruumiissa on 25 vapaata elektronia ja jäljellä olevat atomit ovat neutraaleja, niin ruumiin varaus on negatiivinen ja sen varaus on. Alkeismaksu ei ole jaettavissa - tätä ominaisuutta kutsutaan askelin
Saman nimen maksut (kaksi positiivista tai kaksi negatiivista) työntää poisvastakohdat (positiiviset ja negatiiviset) - houkutellut
Pistevaraus on materiaalipiste, jolla on sähkövaraus.
Sähkövarauksen säilyttämislaki
Sähkön suljettu runkojärjestelmä on sellainen runkojärjestelmä, jossa sähkövarauksia ei vaihdeta ulkoisten kappaleiden välillä.
Kehojen tai hiukkasten sähkövarausten algebrallinen summa pysyy vakiona kaikissa sähköisesti suljetussa järjestelmässä tapahtuvissa prosesseissa.
Kuvassa on esimerkki sähkövarauksen säilyttämistä koskevasta laista. Ensimmäisessä kuvassa kaksi vastakkaista varausta olevaa runkoa. Toisessa kuvassa samat elimet koskettamisen jälkeen. Kolmannessa kuvassa kolmas neutraali kappale vietiin sähköisesti suljettuun järjestelmään ja rungot saatettiin vuorovaikutukseen toistensa kanssa.
Jokaisessa tilanteessa varauksen algebrallinen summa (ottaen huomioon varauksen merkki) pysyy vakiona.
Tärkeintä muistaa
1) Elementtinen sähkövaraus - elektroni ja protoni
2) Alkeisvarauksen arvo on vakio
3) Positiiviset ja negatiiviset varaukset ja niiden vuorovaikutus
4) Vapaiden varausten kantajat ovat elektronit, positiiviset ionit ja negatiiviset ionit
5) Sähkövaraus on erillinen
6) Sähkövarauksen säilyttämislaki
Samoin kuin ruumiin painovoimamassan käsite Newtonin mekaniikassa, varauksen käsite sähköodynamiikassa on ensisijainen peruskonsepti.
Sähkölataus on fysikaalinen määrä, joka kuvaa hiukkasten tai kappaleiden ominaisuutta osallistua sähkömagneettisten voimien vuorovaikutukseen.
Sähkövaraus merkitään yleensä kirjaimilla q tai Q.
Kaikkien tunnettujen kokeellisten tosiasioiden kokonaisuus antaa meille mahdollisuuden tehdä seuraavat johtopäätökset:
Sähkövarauksia on kahta tyyppiä, joita tavanomaisesti kutsutaan positiivisiksi ja negatiivisiksi.
Maksut voidaan siirtää (esimerkiksi suoran kontaktin avulla) kehosta toiseen. Toisin kuin ruumiinpaino, sähkövaraus ei ole kiinteä ominaisuus annetulle vartalolle. Samalla rungolla eri olosuhteissa voi olla erilainen varaus.
Kuten maksut hylkivät, vastakkaiset maksut houkuttelevat. Tämä osoittaa myös perustavanlaatuisen eron sähkömagneettisten voimien ja painovoimavoimien välillä. Painovoimat ovat aina painovoimia.
Yksi luonnon peruslakeista on vahvistettu kokeellisesti sähkövarauksen säilyttämislaki .
Eristetyssä järjestelmässä kaikkien kehojen varausten algebrallinen summa pysyy vakiona:
|
q 1 + q 2 + q 3 + ... +qn \u003d const. |
Sähkövarauksen säilyttämislaissa todetaan, että suljetussa kehojärjestelmässä vain yhden merkin varausten syntymistä tai katoamista ei voida havaita.
Nykyajan näkökulmasta alkuainehiukkaset ovat varauksenkuljettajia. Kaikki tavalliset rungot koostuvat atomista, joihin sisältyy positiivisesti varautuneita protoneja, negatiivisesti varautuneita elektroneja ja neutraaleja hiukkasia - neutroneja. Protonit ja neutronit ovat osa atomiytimiä, elektronit muodostavat atomien elektronikuoren. Protonin ja elektronimodulin sähkövaraukset ovat täsmälleen samat ja yhtä suuret kuin alkuainevaraus e.
Neutraalissa atomissa protonien lukumäärä ytimessä on yhtä suuri kuin kuoressa olevien elektronien lukumäärä. Tätä numeroa kutsutaan atominumero . Tietyn aineen atomi voi menettää yhden tai useamman elektronin tai hankkia ylimääräisen elektronin. Näissä tapauksissa neutraali atomi muuttuu positiivisesti tai negatiivisesti varautuneeksi ioniksi.
Varaus voidaan siirtää rungosta toiseen vain erissä, jotka sisältävät kokonaislukumäärän peruslaskuja. Kehon sähkövaraus on siis diskreetti määrä:
Fysikaalisia suuruuksia, jotka voivat viedä vain diskreetin arvojen sarjan, kutsutaan kvantisoidaan . Alkuperäinen varaus e on sähkövarauksen kvantti (pienin osa). On huomattava, että nykyaikaisessa perushiukkasten fysiikassa oletetaan ns. Kvarkkien olemassaolo - hiukkaset, joilla on murto-osuus, mutta kvarkeja ei ole vielä havaittu vapaassa tilassa.
Rutiininomaisissa laboratoriokokeissa sitä käytetään sähkövarausten havaitsemiseen ja mittaamiseen. sähkömittari ( tai sähköoskooppi) - laite, joka koostuu metallitangosta ja nuolasta, joka voi pyöriä vaaka-akselin ympäri (kuva 1.1.1). Nuoliakseli on eristetty metallikotelosta. Kun varautunut kappale joutuu kosketukseen elektrometrin sauvan kanssa, saman merkin sähkövaraukset jakautuvat sauvan ja nuolen yli. Sähköiset työntövoimat aiheuttavat nuolen pyörimisen tietyssä kulmassa, josta voidaan päätellä elektrometrin tankoon siirretty varaus.
Sähkömittari on melko raaka instrumentti; hän ei salli tutkia maksujen vuorovaikutusvoimia. Ranskalaisten fyysikko Charles Coulomb löysi ensimmäisen kerran liikkumattomien latausten vuorovaikutuslain vuonna 1785. Koulomb kokeili kokeissaan varautuneiden pallojen vetovoimia ja heijastusvoimia suunnitellulla laitteella - vääntövaa'illa (kuva 1.1.2), jotka olivat erittäin herkkiä. Joten esimerkiksi tasapainosäde pyörii 1 °: lla voimalla, joka on luokkaa 10-9 N.
Mittausidea perustui Coulombin loistavaan oletukseen, että jos ladattu pallo saatetaan kosketukseen täsmälleen saman lataamattoman pallon kanssa, niin ensimmäisen varaus jaetaan tasaisesti keskenään. Siten osoitettiin menetelmä muuttaa pallon varausta kaksi, kolme jne. Kertaa. Coulombin kokeissa mitattiin pallojen, joiden koot ovat paljon pienemmät kuin niiden välinen etäisyys, vuorovaikutusta. Sellaisia \u200b\u200bvarautuneita kappaleita kutsutaan yleisesti pistemaksut.
Pistevaraus he kutsuvat ladattua vartaloa, jonka mitat tämän ongelman olosuhteissa voidaan jättää huomiotta.
Lukuisten kokeiden perusteella Coulomb laati seuraavan lain:
Paikallaan olevien varausten vuorovaikutusvoimat ovat suoraan verrannollisia latausmoduulien tulokseen ja kääntäen verrannollisesti niiden välisen etäisyyden neliöön:
Vuorovaikutuksen voimat noudattavat Newtonin kolmatta lakia:
Ne ovat työntövoimia, joilla on samat merkit varauksista, ja houkuttelevia voimia, joilla on erilaiset merkit (kuva 1.1.3). Paikallaan olevien sähkövarausten vuorovaikutusta kutsutaan sähköstaattinen tai coulomb vuorovaikutus. Sähköodynamiikan osaa, joka tutkii Coulomb-vuorovaikutusta, kutsutaan sähköstatiikka .
Coulombin laki on voimassa pistepisteissä. Käytännössä Coulombin laki täyttyy hyvin, jos varautuneiden kappaleiden mitat ovat paljon pienempiä kuin niiden välinen etäisyys.
Suhteellisuuskerroin k Coulombin laki riippuu yksikköjärjestelmän valinnasta. Kansainvälisessä SI-järjestelmässä maksuyksikkö otetaan riipus (Cl).
riipus on varaus, joka kulkee johtimen poikkileikkauksen läpi yhden sekunnin ajan virranvoimakkuudella 1 A. SI-virran lujuusyksikkö (Ampere) on yhdessä pituuden, ajan ja massan yksiköiden kanssa perusyksikkö.
tekijä k SI-järjestelmässä ne kirjoitetaan yleensä seuraavasti:
jossa 
- sähkövakio
.
SI-järjestelmässä peruslataus e on yhtä suuri kuin:
Kokemus osoittaa, että Coulombin vuorovaikutuksen voimat noudattavat superpositiota:
Jos ladattu elin on vuorovaikutuksessa samanaikaisesti useiden ladattujen kappaleiden kanssa, niin syntyvä tähän vartaloon vaikuttava voima on yhtä suuri kuin kaikkiin muihin ladattuihin kappaleisiin tähän kehoon vaikuttavien voimien vektorisumma.
Kuva 1.1.4 selittää superpositioperiaatteen esimerkillä kolmen varautuneen kappaleen sähköstaattisesta vuorovaikutuksesta.
Päällekkäisyyden periaate on perusluontolaki. Sen käyttö vaatii kuitenkin jonkin verran varovaisuutta, kun kyse on äärellisten kokoisten varautuneiden kappaleiden vuorovaikutuksesta (esimerkiksi kaksi johtavaa varautunutta palloa 1 ja 2). Jos kolmas ladattu pallo tuodaan kahden ladatun pallon järjestelmään, silloin vuorovaikutus 1 ja 2 muuttuu johtuen maksujen uudelleenjako.
Päällekkäisyysperiaatteessa todetaan, että annettu (kiinteä) maksujako Kaikissa vartaloissa minkä tahansa kahden kehon välisen sähköstaattisen vuorovaikutuksen voimat ovat riippumattomia muiden varautuneiden kappaleiden läsnäolosta.
Liittyy materiaalikantajaan; alkuainehiukkasen sisäinen ominaisuus, joka määrittää sen sähkömagneettiset vuorovaikutukset.
Sähkövaraus on fyysinen määrä, joka kuvaa kappaleiden tai hiukkasten ominaisuutta ryhtyä sähkömagneettisiin vuorovaikutuksiin ja määrittää voimien ja energioiden arvot tällaisissa vuorovaikutuksissa. Sähkövaraus on yksi sähkön opin peruskäsitteistä. Sähköisten ilmiöiden kokonaisuus on osoitus sähkövarausten olemassaolosta, liikkeestä ja vuorovaikutuksesta. Sähkövaraus on eräiden perushiukkasten olennainen ominaisuus.
Sähkövarauksia on kahta tyyppiä, joita tavanomaisesti kutsutaan positiivisiksi ja negatiivisiksi. Yhden merkin panokset, erilaiset merkit hylkäsivät toisiaan. Sähköistetyn lasisauvan varausta pidettiin tavanomaisesti positiivisena ja hartsin (erityisesti keltaisen) negatiivisena. Tämän ehdon mukaisesti elektronin sähkövaraus on negatiivinen (kreikkalainen "elektroni" - keltainen).
Makroskooppisen kappaleen varaus määräytyy alkuainehiukkasten kokonaisvarauksen perusteella, josta tämä runko koostuu. Makroskooppisen rungon lataamiseksi on tarpeen muuttaa siinä olevien varautuneiden alkuainehiukkasten lukumäärää, ts. Siirtää siihen tai poistaa siitä tietty määrä saman merkin varauksia. Todellisissa olosuhteissa tällainen prosessi liittyy yleensä elektronien liikkeeseen. Rungon katsotaan olevan ladattu vain, jos siinä on saman merkin varauksia, jotka muodostavat kehon varauksen, joka yleensä merkitään kirjaimella. q tai Q .Jos lataukset kohdistuvat pistekappaleisiin, niiden välinen vuorovaikutusvoima voidaan määrittää Coulombin lain mukaan. SI-järjestelmän maksuyksikkö on riipus - Cl.
Sähkölataus q mikä tahansa runko on erillinen, siinä on minimaalinen, elementaarinen sähkövaraus - e, joka on monta kehojen kaikista sähkövarauksista:
\\ (q \u003d n e \\)
Luonnossa esiintyvä pienin varaus on alkuainehiukkasten varaus. SI-yksiköissä tämän varauksen moduuli on: e \u003d 1,6,10 - 19 ° C. Mahdolliset sähkövaraukset ovat kokonaislukumäärä useita kertoja suurempia kuin perus. Elementaarisella sähkövarauksella on kaikki varautuneet elementtihiukkaset. 1800-luvun lopulla löydettiin elektroni - negatiivisen sähkövarauksen kantaja ja 1900-luvun alussa protoni, jolla oli sama positiivinen varaus; Siten osoitettiin, että sähkövarauksia ei ole itsessään, vaan liittyvät hiukkasiin, ovat hiukkasten sisäinen ominaisuus (myöhemmin löydettiin muita alkuainehiukkasia, joilla on samansuuruinen positiivinen tai negatiivinen varaus). Kaikkien alkuainehiukkasten varaus (jos se ei ole nolla) on absoluuttisessa arvossa sama. Alkuperäiset hypoteettiset hiukkaset - kvarkit, joiden varaus on 2/3 e tai +1/3 e, ei kuitenkaan havaittu elementtihiukkasten teoriassa niiden olemassaolon oleteta olevan olemassa.
Sähkövarauksen invarianssi vahvistetaan kokeellisesti: varauksen suuruus ei riipu sen nopeudesta, jolla se liikkuu (ts. Varauksen suuruus on epävariantti suhteessa inertiaalisiin viitekehyksiin, eikä se riippuu siitä, liikkuuko se tai onko se levossa).
Sähkövaraus on additiivinen, ts. Minkä tahansa runkojärjestelmän (hiukkasten) varaus on yhtä suuri kuin järjestelmään sisältyvien kappaleiden (hiukkasten) varausten summa.
Sähkövaraus noudattaa monien kokeiden jälkeen vahvistettua säilyttämislakia. Sähköisesti suljetussa järjestelmässä kokonaisvaraus säilyy ja pysyy vakiona järjestelmässä tapahtuvien fysikaalisten prosessien aikana. Tämä laki pätee eristettyihin sähköisiin suljettuihin järjestelmiin, joissa varauksia ei johdeta ja joista niitä ei kuljeteta. Tätä lakia sovelletaan myös alkuainehiukkasiin, jotka syntyvät ja tuhoutuvat pareittain, joiden kokonaisvaraus on nolla.