НЕФТЬ-ГАЗ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
На главную >>


Теперь на нашем сайте можно за 5 минут создать свежий реферат или доклад

Скачать книгу целиком можно на сайте: www.nglib.ru.

Предложения в тексте с термином "Заряд"

По современным представлениям, эти силы возникают за счет взаимодействия электрических зарядов, входящих в состав молекул.

Электрические заряды.

Электрический заряд частиц вещества или тел характеризует одно из свойств, проявляющееся во взаимодействии с другими заряженными частицами или телами (подобно тому, как масса материальной точки или тела является свойством инертности, проявляющимся в механических взаимодействиях тел).

В природе существует два рода электрических зарядов, которые условно были названы положительными и отрицательными.

На основании опытов установлено, что электрический заряд любого тела состоит из целого числа элементарных зарядов, равных 1,6 • 10~19 единиц заряда Международной системы.

Наименьшей частицей, обладающей отрицательным элементарным зарядом, является электрон, имеющий массу те = 9,109534 • 10~31 кг.

Не обнаружены также электрические заряды меньше заряда электрона, поэтому его заряд называют элементарным (—е).

Наименьшей устойчивой частицей, имеющей положительный элементарный заряд (+е), является протон.

Если тело содержит равное число элементарных зарядов противоположных знаков, то оно электрически нейтрально (иногда говорят, незаряженное тело).

Если создать избыток (или недостаток) электрических зарядов того или иного знака, то тело будет наэлектризованным.

До натирания они были электрически нейтральными, а после натирания эбонитовая палочка электризуется отрицательным зарядом —<7, а лоскутик шерстяной ткани — положительным зарядом +<7- Это обусловлено переходом электронов в местах контакта из шерстяной ткани на эбонитовую палочку.

Алгебраическая сумма электрических зарядов этих тел до натирания и после натирания постоянна и равна нулю.

Таким образом был установлен один из фундаментальных законов физики — закон сохранения электрического заряда: в замкнутой системе алгебраическая сумма электрических зарядов остается постоянной.

Если обе бумажные гильзы наэлектризованы положительными или отрицательными зарядами, то они отталкиваются одна от другой.

При электризации их разноименными зарядами они притягиваются.

Закон взаимодействия точечных электрических зарядов в вакууме установил экспериментально Ш- Кулон в 1785 г.

Такие заряды называют точечными.

Закон Кулона формулируется так: сила взаимодействия двух точечных зарядов, помещенных в вакууме, пропорциональна произведению этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

Р — h W* 1 о к j где qi и qz — величины взаимодействующих зарядов; г — расстояние между зарядами; k — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц измерения величин, входящих в формулу.

Опыты показывают, что сила взаимодействия F двух точечных зарядов в какой-либо среде меньше силы взаимодействия F0 этих зарядов в вакууме при одинаковых расстояниях между ними: FQ/F — е.

Отсюда получаем выражение закона Кулона для силы взаимодействия двух точечных зарядов в среде:

В случае одноименных зарядов сила F, вычисленная по формуле (12.

Если взаимодействующие заряды разноименны, то F отрицательна (притяжение зарядов).

Вектор F направлен вдоль прямой, соединяющей центры взаимодействующих зарядов (центральная сила).

За единицу электрического заряда в СИ принят кулон (Кл).

Кулон равен электрическому заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока 1 А; 1 Кл = 1 А • с.

При этом условии на основании закона Кулона устанавливается единица заряда; 1 СГСЭ(/ — электрический заряд, который взаимодействует с равновеликим зарядом в вакууме на расстоянии 1 см с силой 1 дин;

Для этого рассчитаем силу взаимодействия двух точечных зарядов в СИ и в системе СГСЭ.

Пусть два одинаковых заряда по 1 Кл каждый размещены в вакууме (Б = 1) на расстоянии 1 м друг от друга.

До сих пор мы обращали внимание только на взаимодействие электрических зарядов и не выясняли природы этого взаимодействия.

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов передается электростатическим полем.

Поле представляет собой один из видов материи, существующей в пространстве в неразрывной связи с электрическим зарядом.

Основное свойство электрического поля — это способность оказывать силовое действие на помещенные в него электрические заряды.

В этом можно убедиться, определяя силу, с которой поле действует на пробный заряд, вносимый в разные точки поля.

Пробным называют электрический заряд

Пробный заряд может быть положительным или отрицательным, но небольшим в сравнении с зарядом q, создающим поле.

Для сравнения электрического поля в разных точках или'элек-трических полей, образованных разными зарядами, служит силовая характеристика поля — вектор напряженности Е.

Напряженностью электрического поля в данной точке называется векторная величина, определяемая силой, с которой поле действует на единичный точечный заряд, помещенный в эту точку:

Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд в данной точке поля.

Помещая пробный заряд в ту или иную точку поля, можно определить напряженность поля в каждой точке.

Точечный заряд q создает в окружающем пространстве неоднородное электрическое поле.

3), получают формулу напряженности электрического поля точечного заряда

Во многих случаях электрическое поле образуется системой точечных зарядов.

При внесении пробного заряда q0 в поле системы п точечных зарядов со стороны поля на него действует кулоновская сила.

Она равна векторной сумме сил, действующих на q0 со стороны каждого заряда этой системы.

Напряженность в данной точке поля системы точечных зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых в этой точке каждым зарядом в отдельности.

Сущность суперпозиции полей состоит в том, что вокруг каждого заряда рассматриваемой системы существует собственное электрическое поле, напряженность которого не зависит от наличия полей, образованных другими зарядами.

В каждой точке поля происходит независимое наложение полей, создаваемых отдельными зарядами системы.

Принято считать, что линии напряженности начинаются на положительном заряде и оканчиваются на отрицательном.

Поле уединенного отрицательного точечного заряда изображается радиальными прямыми, приходящими из бесконечности к заряду (рис.

Графическое изображение на плоскости поля двух точечных одноименных зарядов показано на рис.

2, а, а поля двух разноименных точечных зарядов — на рис.

Они начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах и не прерываются между зарядами.

Следовательно, вне сферы оно тождественно полю точечного заряда q.

6) поля точечного заряда.

Наконец, определим напряженность электрического поля, создаваемого двумя бесконечными параллельными плоскостями с поверхностными плотностями зарядов на них +а и — ст.

Потенциальная энергия взаимодействующих точечных зарядов

На заряд, помещенный в электрическое поле, действует сила, под влиянием которой незакрепленный заряд перемещается.

В этой системе координат сила F, перемещающая заряд, направлена вдоль оси Ох.

Если перемещается точечный положительный заряд + q в] однородном электрическом поле напряженностью Е под действием постоянной силы поля F = qE по прямой s из точки О в точку М (рис.

Можно доказать, что этот вывод справедлив и для работы перемещения заряда в неоднородном электрическом поле, в котором действующая на заряд сила непрерывно изменяется.

14) потенциальная энергия заряда в произвольной точке поля равна работе, совершаемой силами поля при перемещении этого заряда из данной точки в бесконечность.

Если в поле, созданном точечным зарядом q, помещен точечный заряд <70, то, как показывают расчеты, потенциальная энергия их взаимодействия определяется выражением

15) вытекает, что потенциальная энергия взаимодействия одноименных зарядов qn q0 положительна.

Потенциалом электростатического поля в данной точке называется скалярная величина, равная отношению потенциальной энергии положительного заряда, помещенного в эту точку, к величине заряда:

14) как работу, совершаемую внешними силами при перемещении единичного положительного заряда из бесконечности в данную точку поля.

Потенциал поля точечного заряда q определяют подстановкой значения потенциальной энергии (12.

Если поле создано несколькими точечными зарядами, то потенциальная энергия заряда д„, помещенного в какую-либо точку поля, равна алгебраической сумме потенциальных энергий взаимодействия <7о с каждым зарядом в отдельности.

В этом случае поля накладываются друг на друга и потенциал результирующего поля равен алгебраической сумме потенциалов, создаваемых в данной точке каждым отдельным зарядом: - 18) где rl — расстояние данной точки поля от точечного заряда qt системы п точечных зарядов.

Потенциал поля положительного точечного заряда положитель-•ный, а потенциал поля отрицательного точечного заряда — отрицательный.

Поле равномерно заряженного шара аналогично полю точечного заряда такой же величины, находящегося в центре шара, а формула (12.

7 физическая скалярная величина, равная отношению работы Л13 поля по перемещению заряда qQ из начальной точки 1 в конечную точку 2 к величине этого заряда.

В СИ за единицу потенциала (разности потенциалов или напряжения) принят вольт (В) — разность потенциалов между такими двумя точками поля, при перемещении между которыми заряда 1 Кл поле совершает работу в 1 Дж.

Эквипотенциальные поверхности точечного заряда в вакууме или однородной среде — сферические поверхности, в центре которых находится точечный заряд.

Если же точечный заряд помещен в неоднородную среду, то эквипотенциальные поверхности электрического поля представляют собой замкнутые непересекающиеся поверхности, форма которых изменяется с изменением относительной диэлектрической проницаемости сре-ды.

Это значит, что действующая на заряд сила перпендикулярна к направлению перемещения.

В однородном электростатическом поле на точечный заряд q9 со стороны поля действует постоянная сила, так как напряженность поля во всех точках одинакова.

Вещества, в которых при обычных температурах и очень сильных электрических полях имеются только связанные электрические заряды, называют диэлектриками (изоляторами).

Если электрические заряды в молекуле распределены несимметрично, то диэлектрик будет полярным.

Молекулу полярного диэлектрика можно рассматривать как диполь — систему двух разноименных точечных зарядов -\-q и —q, находящихся на некотором расстоянии / друг от друга.

е, численно равным произведению величины одного из зарядов диполя на расстояние между зарядами, т.

Вектор ре направлен вдоль прямой, соединяющей заряды, от отрицательного заряда к положительному.

В отсутствие внешнего электрического поля дипольные молекулы ориентированы хаотично, и на поверхности диэлектрика нет электрического заряда.

В результате поляризации на противоположных сторонах диэлектрика обнаруживаются связанные заряды противоположных знаков.

Это так называемые поляризационные заряды.

Поляризационные заряды создают внутри диэлектрика внутреннее поле, вектор напряженности Ег которого направлен противоположно вектору напряженности внешнего поля Е0.

Однако выделить на диэлектрике поляризационный заряд только одного знака (положительный или отрицательный) невозможно, так как заряды в поляризованном диэлектрике являются связанными, они не способны свободно перемещаться в диэлектрике.

Вследствие этого электрические заряды становятся свободными, а диэлектрик разрушается.

Поляризационные заряды в некоторых диэлектриках (стекло, эбонит) могут сохраняться в течение некоторого времени после прекращения действия на них внешнего электрического поля, но вследствие теплового движения дипольные молекулы в конце концов теряют ориентацию, а поэтому поляризационные заряды исчезают.

Если поместить проводник в электростатическое поле, то на противоположных сторонах проводника накапливаются разноименные заряды; это явление называют электростатической индукцией.

Перераспределение зарядов в проводнике происходит до тех пор, пока результирующая напряженность поля наведенных зарядов и внешнего поля во всем объеме проводника не станет равной нулю.

Установлено также, что если сообщить проводникам, например в виде шаров разных размеров, одинаковые заряды, то их потенциалы будут различны.

Это свойство не одинаковых по размерам проводящих тел в различной степени изменять свой потенциал при сообщении им одинаковых зарядов характеризуется особой физической величиной — электроемкостью.

Фарада — емкость уединенного проводника, сообщение которому заряда в 1 Кл увеличивает его потенциал на 1В.

После сообщения обкладкам разноименных зарядов электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора.

Получить равные и противоположные по знаку заряды можно присоединением пластин конденсатора к разноименным полюсам источника электрических зарядов.

Одноименный заряд, возникающий на наружной поверхности второй пластины, отводится в Землю.

Если пластины взяты достаточно больших размеров и расстояние между ними очень мало, то создаваемое зарядами электрическое поле сосредоточено в основном между пластинами и является однородным.

Конденсаторы сравнительно небольших размеров при относительно малой разности потенциалов между пластинами накапливают большие заряды за счет большой емкости их.

Общий заряд на всех п кон-'" денсаторах = (С1 + С8 + С8+ ••• + Cn)U.

Сформулируйте закон взаимодействия точечных электрических зарядов.

Запишите формулу потенциальной энергии взаимодействия двух электрических зарядов.

Стационарное электрическое поле создается движущимися зарядами, распределение которых в проводнике с течением времени не изменяется, в отличие от электростатического поля, образованного системой неподвижных зарядов.

При описании направленного движения электрических зарядов обычно отвлекаются от их беспорядочного теплового движения и интересуются только результирующим переносом этих зарядов в том или ином направлении.

Движение положительных и отрицательных зарядов в противоположных направлениях есть электрический ток одного направления.

Условились, что направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов.

Если за промежуток времени Atf через поперечное сечение проводника переносится суммарный заряд Ад1, то говррят о среднем значений силы тока в проводнике: г _ д<7 /СР — дГ

Если с течением времени за любые одинаковые промежутки времени через поперечное сечение проводника переносится в одном направлении одинаковый заряд, то средняя сила тока равна ее мгновенному значению.

Направление вектора плотности тока совпадает с направлением скорости направленного движения положительных зарядов в стационарном электрическом поле.

В объеме проводника V = SI содержится п частиц, заряд каждой из них равен элементарному заряду е.

Пусть за промежуток времени t все п носителей тока пройдут через поперечное сечение у торца проводника, Тогда суммарный заряд, перенесенный через это сечение, q = ne.

Равенство силы тока во всех участках последовательной цепи означает, что заряд, приносимый током в данную точку цепи за определенный промежуток времени, равен заряду, уносимому из этой точки за тот же промежуток времени.

Так как работа перемещения заряда равна произведению заряда на напряжение, то можем записать qU = = ql/i + qU2 +.

Из условия стационарности электрического тока в цепи следует, что заряд q, приносимый в узел разветвления в течение времени /, равен суммарному заряду, уносимому из узла за тот же промежуток времени, т.

В источнике тока происходит разделение разноименных электрических зарядов, в результате которого на его клеммах накапливаются заряды противоположных знаков и между клеммами устанавливается разность потенциалов.

Работу по разделению зарядов выполняют сторонние силы.

Разделение зарядов представляет собой процесс перемещения заряда q против сил поля ранее разделенных зарядов.

Поэтому работа сторонних сил состоит из работы А по перемещению заряда q против сил поля разделенных зарядов и работы А', затрачиваемой на преодоление электрического сопротивления внутри источника тока.

При подключении нагрузки к источнику электрическое поле разделенных зарядов совершает работу по перемещению заряда q во внешней цепи.

6* 163 электрических зарядов.

Физическая величина, равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда в замкнутой цепи, называется электродвижущей силой (э.

Поскольку за время t через поперечное сечение проводника протекает заряд q = It, то работа электрического тока

электрическое поле действует на каждый электрон силой F = еЕ, где е — заряд электрона и?

Измеряя величину протекающего через электролит заряда и массу катода до и после электролиза, Фарадей установил, что масса вещества, выделившегося при электролизе, прямо пропорциональна величине заряда, который протекает через раствор: т = kq.

Коэффициент пропорциональности k численно равен массе вещества, выделившегося на электроде при прохождении через раствор единицы заряда, и называется электрохимическим эквивалентом вещества.

Из опытов Фарадей нашел, что для выделения на электроде одного химического эквивалента любого вещества нужно пропустить через электролит одинаковый заряд F = 9,65 • 104 Кл/моль.

Этот заряд называют числом Фарадея.

Следовательно, число Фарадея равно общему заряду всех ионов, составляющих один химический эквивалент вещества.

Число химических эквивалентов выделившегося вещества равно отношению ml(Alri), С другой стороны, это же число можно определить как отношение суммарного заряда q, принесенного ионами на электрод за время выделения массы т, к числу Фарадея F, т.

Поскольку при этом на катоде оседает количество ионов, равное числу Авогадро, то по известному числу Фарадея можно определить заряд одновалентного иона:

Но над поверхностью металла имеется некоторое количество электронов, вылетевших из металла и образовавших над поверхностью «облако» отрицательного заряда.

Дополнительно на поверхности металла индуктируется противоположный по знаку и равный по величине заряд положительных ионов.

При данной температуре устанавливается такая плотность пространственного отрицательного заряда, при которой дальнейшая эмиссия электронов прекращается.

Созданное таким образом электрическое поле изменяет распределение объемного заряда в вакууме.

При малых значениях напряжения слабое электрическое поле переносит лишь небольшую часть электронов от объемного заряда вблизи катода к аноду.

Оно оказывает силовое действие на движущиеся заряды, прямолинейный проводник или рамку, по которым протекает электрический ток.

Это отличает магнитное поле от электростатического, в котором силовые линии начинаются у положительных зарядов и заканчиваются на отрицательных (или уходят в бесконечность).

Поэтому магнитное поле является вихревым (в природе не существуют магнитные заряды).

Если в магнитном поле движется положительный заряд q со скоростью Р, составляющей угол а с направлением вектора индукции В, то на него действует сила

18), составляет углы я/2 как с вектором скорости движения заряда, так и с вектором индукции магнитного поля.

18) приходим к выводу, что одно и то же магнитное поле действует на движущиеся в одном направлении положительный и отрицательный заряды с силами, направленными в противоположные стороны.

Ввиду того что сила Лоренца всегда направлена перпендикулярно к скорости движения заряда, она играет роль центростремительной силы.

кинетическая энергия движущегося заряда остается постоянной.

Электрическое индуктированное поле не создается электрическими зарядами, а поэтому его силовые линии замкнуты.

Вследствие этого на концах проводника накапливаются разноименные заряды, и внутри проводника возникает электрическое поле, препятствующее дальнейшему перемещению электронов.

Электрическая составляющая этого поля характеризуется электрическим зарядом е, а магнитная составляющая собственным магнитным моментом — спином.

16, а) конденсатору сообщен заряд q, что создает на его обкладках напряжение U.

Этот убывающий ток продолжает переносить заряды от одной обкладки конденсатора к другой в том же направлении и перезаряжает конденсатор.

При колебании заряда на обкладках конденсатора периодически изменяется электрическое поле в пространстве между обкладками (рис.

Он установил следующие закономерности: 1) под действием света вещество испускает отрицательные заряды (электроны), 2) наибольшее действие оказывают ультрафиолетовые лучи и 3) величина выбитого из тела заряда пропорциональна поглощенной им световой энергии.

Исследования электролиза, ионизации газов, катодных лучей, фотоэффекта, радиоактивности с полной очевидностью доказали существование внутри атомов заряженных частиц — электронов, обладающих отрицательным элементарным зарядом.

Согласно гипотезе Кельвина, атом представляет собой шар, по объему которого равномерно распределен положительный заряд.

Суммарный отрицательный заряд электронов равен положительному заряду атома.

Однако такая система положительных и отрицательных зарядов, взаимодействующих по закону Кулона, не может быть устойчивой.

Резерфорд установил, что радиоактивное излучение бывает трех видов: а-частицы — положительно заряженные частицы, каждая из которых несет двойной элементарный заряд и представляет собой дважды ионизированный атом^ гелия; р-частицы — электроны; у-лучи — жесткое, коротковолновое электромагнитное излучение.

В камере создают магнитное поле, под действием которого траектории частиц искривляются в ту или иную сторону в зависимости от знака заряда.

Направленное движение этих зарядов создает кратковременный импульс тока в счетчике, благодаря чему на сопротивлении Ка возникает импульс напряжения, который регистрируется специальным счетным устройством.

По характеру рассеяния а-частиц можно судить о распределении положительного заряда в атоме.

Сопоставляя данные этих опытов с результатами расчетов, Резерфорд пришел к выводу, что равномерно распределенный по объему атома положительный заряд не может привести к значительному рассеянию а-частиц.

Следовательно, а-частица могла быть отброшена назад лишь при условии, что положительный заряд атома и его масса сконцентрированы в очень малом объеме по сравнению с объемом атома.

4 нии атомного ядра — части атома ничтожно малых размеров, в которой сосредоточены весь положительный заряд и почти вся масса атома.

Кроме того, впоследствии удалось рассчитать заряд ядра.

Поскольку атом является электрически нейтральной системой, то положительный заряд ядра должен равняться суммарному отрицательному заряду всех электронов атома.

Если за единицу измерения заряда принять значение заряда электрона, то заряд ядра атома данного химического элемента равен порядковому номеру элемента в периодической таблице.

Таким образом, непосредственно из опытов Резерфорда по рассеянию а-частиц вытекают следующие выводы: 1) атомы имеют ядра, в которых сосредоточена почти вся масса атома и весь положительный заряд; 2) ядро имеет размеры порядка 10~14 м, что в 10 000 раз меньше размеров атома; 3) электроны находятся в состоянии движения вокруг ядра, образуя электронную оболочку атома; 4) число электронов в атоме, обращающихся вокруг ядра, равно порядковому номеру элемента в периодической системе.

Протон несет элементарный заряд, равный заряду электрона, но масса протона в 1836 раз больше массы электрона.

Протон (ядро атома водорода) обладает элементарным зарядом +е и массой тр = 1,67265.

В процессах радиоактивного распада выполняются законы сохранения заряда и числа нуклонов: сумма зарядовых чисел продуктов распада равна зарядовому числу исходного ядра; сумма массовых чисел продуктов распада равна массовому числу исходного ядра.

Содди: при а-распаде ядро теряет положительный заряд 2 е и масса его убывает приблизительно на 4 единицы относительной атомной массы; в результате элемент смещается на две клетки к началу периодической таблицы элементов.

^-распад ядра наблюдается в трех разновидностях: р~-распад, при котором ядро испускает электрон; р+-распад, когда ядро испускает позитрон — частицу, несущую положительный элементарный заряд +е и обладающую массой, равной массе электрона; /С-захват — радиоактивное превращение, при котором ядро тяжелого элемента захватывает электрон из ближайшей к ядру оболочки (К-оболочки) своего атома.

Вследствие сохранения числа нуклонов и заряда в ядерных реакциях происходит только их перераспределение между ядрам» и участвующими в реакции частицами (сказанное относится к реакциям, протекающим без участия антинуклонов).

, когда было установлено, что заряженные тела в сухом воздухе теряют электрический заряд.

Пионы представляют группу элементарных частиц, несущих положительный заряд (л+-мезоны),отрицательный заряд (л~-мезоны) и нейтральных частиц (л°-мезоны).

Таким образом, нейтрино — элементарная частица с электрическим зарядом, равным нулю, и массой покоя, также равной нулю.

Частица и античастица — это такая пара частип, у которых знаки всех зарядов (электрического, лептонного, барионного) противоположны, вследствие чего они могут аннигилировать.

Все его основные свойства (величина электрического и лептонного зарядов, масса, спин), за исключением знака зарядов, идентичны свойствам электрона.

Массы и спины антипротона и протона равны, а электрические заряды равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку.

Фотоны не имеют массы покоя и заряда; энергия фотона равна /iv, импульс hv/c, спин 1.

Класс частиц Назпание частик Обозначение Масса (в электронных массах' Электрический заряд Время жпчнп.

Класс чгятиц Название частиц Обозначение Масса (в электронных массах) Электрический заряд Время жизни, с частица о li СО Е- частица античастица

Цвайгом, согласно которой все элементарные частицы состоят из более фундаментальных частиц — «кварков», заряд которых меньше элементарного заряда (е).

Закон преломления света 238 — прямолинейного распространения света 224 — радиоактивного распада 295 — сложения скоростей 22 — сообщающихся сосудов 74 — сохранения заряда электрического 138 296 ------- импульса 37 ------- энергии механической 55 — термодинамики второй 126 ------- первый 119 — Фарадея для электромагнитной индукции 1Й4 ------- для электролиза 172 — Шарля 113 Законы фотоэффекта 271 Заряд электрический 137, 140 Зеркала Френеля 253 Зеркало плоское 233 - сферическое 234 Значение действующее напряжения 206 -------силы тока 206

Электрические заряды.

Потенциальная энергия взаимодействующих точечных зарядов.




Главный редактор проекта: Мавлютов Р.Р.
oglib@mail.ru