A töltés megmaradásának törvénye
Nem minden természeti jelenséget lehet megérteni és megmagyarázni a mechanika fogalmai és törvényei, az anyag szerkezetének molekuláris-kinetikai elmélete és a termodinamika segítségével. Ezek a tudományok semmit sem mondanak azoknak az erőknek a természetéről, amelyek az egyes atomokat és molekulákat megkötik, és egy anyag atomjait és molekuláit szilárd állapotban tartják egymástól bizonyos távolságra. Az atomok és molekulák kölcsönhatásának törvényei megérthetők és megmagyarázhatók abból az elképzelésből, hogy elektromos töltések léteznek a természetben.
A legegyszerűbb és leghétköznapibb jelenség, amelyben az elektromos töltések természetben való létezésének ténye kiderül, a testek érintkezéskor történő villamosítása. A villamosítás során észlelt testek kölcsönhatását elektromágneses kölcsönhatásnak, az elektromágneses kölcsönhatást meghatározó fizikai mennyiséget pedig elektromos töltésnek nevezzük. Az elektromos töltések vonzására és taszítására való képessége két különböző típusú töltés jelenlétét jelzi: pozitív és negatív.
Az elektromos töltések nemcsak a testek érintkezésekor történő villamosítás eredményeként jelenhetnek meg, hanem más kölcsönhatások során is, például erő hatására (piezoelektromos hatás). De mindig zárt rendszerben, amely nem tartalmazza a töltéseket, a testek bármilyen kölcsönhatása esetén az összes test elektromos töltéseinek algebrai (azaz az előjelet figyelembe véve) összege állandó marad. Ezt a kísérletileg megállapított tényt az elektromos töltés megmaradásának törvényének nevezik.
A természetben sehol és soha nem keletkeznek vagy tűnnek el azonos előjelű elektromos töltések. A pozitív töltés megjelenése mindig együtt jár egy abszolút értékű, de ellentétes előjelű negatív töltés megjelenésével. Sem a pozitív, sem a negatív töltések nem tűnhetnek el egymástól külön, ha abszolút értékük egyenlő.
Az elektromos töltések megjelenése és eltűnése a testeken a legtöbb esetben az elemi töltött részecskék - elektronok - egyik testből a másikba való átmenetével magyarázható. Mint tudják, minden atom tartalmaz pozitív töltésű atommagot és negatív töltésű elektronokat. Semleges atomban az elektronok teljes töltése pontosan megegyezik az atommag töltésével. A semleges atomokból és molekulákból álló test teljes elektromos töltése nulla.
Ha valamilyen kölcsönhatás eredményeként az elektronok egy része egyik testből a másikba kerül, akkor az egyik test negatív, a másik pedig azonos nagyságú pozitív töltést kap. Amikor két különböző töltésű test érintkezik, általában az elektromos töltések nem tűnnek el nyomtalanul, hanem a felesleges elektronszám a negatív töltésű testből egy olyan testbe kerül, amelyben az atomok egy része nem rendelkezik teljes elektronkomplemenssel. a héjukat.
Speciális eset az elemi töltésű antirészecskék, például egy elektron és egy pozitron találkozása. Ebben az esetben a pozitív és negatív elektromos töltések valójában eltűnnek, megsemmisülnek, de teljes összhangban az elektromos töltés megmaradásának törvényével, mivel az elektron és a pozitron töltéseinek algebrai összege nulla.
Elektrodinamika- az elektromágneses tér tulajdonságainak tudománya.
Elektromágneses mező- a töltött részecskék mozgása és kölcsönhatása határozza meg.
Az elektromos/mágneses mező megnyilvánulása- ez az elektromos/mágneses erők hatása:
1) súrlódási és rugalmas erők a makrokozmoszban;
2) elektromos/mágneses erők hatása a mikrokozmoszban (atomszerkezet, atomok összekapcsolódása molekulákká, elemi részecskék átalakulása)
Az elektromos/mágneses tér felfedezése- J. Maxwell.
ELEKTROSZTATIKA
Az elektrodinamika ága nyugalmi állapotban vizsgálja az elektromosan töltött testeket.
Elemi részecskék lehet email címe töltés, akkor ezeket töltöttnek nevezzük;
- olyan erőkkel lépnek kölcsönhatásba egymással, amelyek a részecskék távolságától függenek, de sokszorosan meghaladják a kölcsönös gravitációs erőket (ezt a kölcsönhatást elektromágnesesnek nevezzük).
Elektromos töltés- az elektromágneses kölcsönhatások intenzitását meghatározó fizikai mennyiség.
Az elektromos töltéseknek két jele van: pozitív és negatív.
A hasonló töltésű részecskék taszítják, a különböző töltésű részecskék pedig vonzzák.
A proton pozitív, az elektron negatív, a neutron elektromosan semleges.
Elemi töltés- minimális díj, amely nem osztható.
Hogyan magyarázhatjuk az elektromágneses erők jelenlétét a természetben? - Minden test tartalmaz töltött részecskéket.
Normál állapotban a testek elektromosan semlegesek (mivel az atom semleges), és az elektromágneses erők nem jelentkeznek.
A test fel van töltve, ha bármilyen előjelű többletterheléssel rendelkezik:
negatív töltésű - ha elektronfelesleg van;
pozitív töltésű – ha elektronhiány van.
Testek villamosítása- ez az egyik módja a töltött testek megszerzésének, például érintkezés útján).
Ebben az esetben mindkét test töltődött, és a töltések ellentétes előjelűek, de egyenlő nagyságúak.
Zárt rendszerben az összes részecske töltéseinek algebrai összege változatlan marad.
(... de nem a töltött részecskék száma, hiszen vannak elemi részecskék átalakulásai).
Zárt rendszer- részecskék rendszere, amelybe a töltött részecskék kívülről nem jutnak be és nem lépnek ki.
Az elektrosztatika alaptörvénye.
A vákuumban két ponton álló töltött test közötti kölcsönhatás ereje egyenesen arányos a töltésmodulok szorzatával, és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével.
Amikor a testeket ponttesteknek tekintjük? - ha a köztük lévő távolság sokszorosa a testek méretének.
Ha két testnek elektromos töltése van, akkor a Coulomb-törvény szerint kölcsönhatásba lépnek.
Az elektromos töltés mértékegysége: 1 C az a töltés, amely 1 A áramerősséggel 1 másodperc alatt átmegy egy vezető keresztmetszetén
1 C - nagyon nagy töltés
Elemi töltés:
Az arányossági együtthatót a Coulomb-törvényben szokás vákuumban alakba írni
hol van az elektromos állandó
Coulomb-törvény a töltések közötti kölcsönhatási erő nagyságára tetszőleges közegben (SI-ben):
A közeg dielektromos állandója jellemzi a közeg elektromos tulajdonságait. Vákuumban
Így a Coulomb-erő a töltött testek közötti közeg tulajdonságaitól függ.
Az elektrosztatika és az egyenáram törvényei - Cool fizika
A kísérletek egyértelműen azt mutatják, hogy amikor a testeket felvillanyozzák, mindig ellentétes előjelű töltések jelennek meg. Ha a két test közül az egyik negatív töltésű lesz kölcsönhatás következtében, akkor a másik pozitív töltésű lesz.
Vegyünk két egyforma golyós elektrométert, és készítsük elő az elektromos töltések mérésére. Ehhez leföldeltük a fémházukat.
Szerves üveg tányér három tányérban, melynek felületét papír borítja. Ha ezután minden lemezzel megérintjük a fémgolyókat, látni fogjuk, hogy a galvanométer tűi ugyanabban a szögben térnek el (4.10. ábra). A keletkező töltések előjelének meghatározásához mindkét golyóra bundával dörzsölt ebonitbotot viszünk. Az egyik elektrométer csökkenti, a másik növeli. Ez azt jelzi, hogy az elektrométer golyóinak ellentétes előjelű töltései vannak. Ezeket az állításokat egy másik kísérlettel ellenőrizhetjük. Ehhez az elektrométereken lévő mindkét golyót egy szigetelő fogantyún lévő vezetékkel csatlakoztatjuk. Mindkét elektrométer tűje azonnal nullára csökken (4.11. ábra). Ez a töltések teljes semlegesítését jelzi. Az elvégzett kísérletek elemzése azt mutatja, hogy a természetben működik az elektromos töltések megmaradásának törvénye.
Az elektromos töltések megmaradásának törvénye . Zárt rendszerben a rendszert alkotó testek elektromos töltéseinek algebrai összege állandó marad.
Q 1 + Q 2 + Q 3 + … + Qn= konst.
Benjamin Franklin(1706-1790) - kiváló amerikai politikus; a fizika területén dolgozott: elméletet dolgozott ki, amely az „elektromos folyadék” áramlásával magyarázza a villamosítást, bevezette a pozitív és negatív töltés fogalmát; a légkör elektromos jelenségeit vizsgálta.
B. Franklin amerikai tudós fogalmazta meg először 1747-ben.
Fizikai problémák megoldása során a az elektromos töltés megmaradásának törvénye az elektromos töltések értékeit az előjelekkel együtt használjuk.
A tudósok ismerik azokat a fizikai folyamatokat, amelyek során elektromágneses sugárzásból elemi részecskék keletkeznek. Tipikus példa erre a jelenségre az oktatás elektronÉs pozitron az anyag radioaktív átalakulása során megjelenő γ-sugárzástól. Számos tanulmány egyértelműen bebizonyította, hogy a negatív töltésű elektron ezekben az átalakulásokban mindig párban jelenik meg a pozitív töltésű pozitronnal. Egy elektron és egy pozitron töltéseinek algebrai összege nulla. Az elektromágneses sugárzásnak egyáltalán nincs töltése. És így,
elektron-pozitron pár keletkezési reakciójában díj természetvédelmi törvény.
q elektron +pozitron q = 0.
Pozitron — elemi részecske, amelynek tömege megközelítőleg megegyezik az elektron tömegével; A pozitron töltése pozitív és egyenlő az elektron töltésével.
Alapján az elektromos töltés megmaradásának törvénye magyarázza a makroszkopikus testek villamosítását.
Mint ismeretes, minden test atomokból áll, amelyek közé tartozik elektronokÉs protonok. Egy töltetlen testben az elektronok és protonok száma azonos. Ezért egy ilyen test nem fejt ki elektromos hatást más testekre. Ha két test szorosan érintkezik (dörzsölés, összenyomás, ütközés stb. során), akkor az atomokhoz kapcsolódó elektronok sokkal gyengébbek, mint a protonok, és egyik testről a másikra mozognak. Anyag az oldalról
Abban a testben, amelybe az elektronok átjutottak, feleslegük lesz. A megmaradási törvény szerint ennek a testnek az elektromos töltése egyenlő lesz az összes proton pozitív töltésének és az összes elektron töltésének algebrai összegével. Ez a töltés negatív lesz, és értéke egyenlő a felesleges elektronok töltéseinek összegével.
Az elektronfelesleggel rendelkező testnek negatív töltése van.
Az elektronokat vesztett testnek pozitív töltése lesz, amelynek modulusa egyenlő lesz a test által elvesztett elektronok töltéseinek összegével.
A pozitív töltésű testben kevesebb elektron van, mint proton.
Az elektromos töltés megmaradásának törvénye attól függetlenül működik, hogy a töltött testek mozognak-e vagy sem. A töltésnek ezt a tulajdonságát invarianciának nevezzük. Az elektron töltése 1,6. 10 -19 C 200 m/s és 100 000 km/s sebességnél egyaránt. Ha ez másképp lenne, akkor az elektronok szabad állapotban bizonyos tulajdonságokkal rendelkeznének, atomban pedig teljesen mások. De ezt a tudomány nem állapította meg.
Az elektromos töltés nem változik, amikor a test egy másik referenciarendszerbe kerül.
Ezen az oldalon a következő témákban található anyagok:
Erősítsd meg a természetvédelmi törvényeket
Az elektromos töltés megmaradásának törvénye Fizika jegyzetek
Az elektromos töltés megmaradásának törvénye csalólap
Az energiamegmaradás törvénye. testek villamosítása
Az elektromos töltés megmaradásának törvényét megerősítő kísérletek
Kérdések ezzel az anyaggal kapcsolatban:
Normál körülmények között a mikroszkopikus testek elektromosan semlegesek, mert az atomokat alkotó pozitív és negatív töltésű részecskék elektromos erők hatására kapcsolódnak egymáshoz, és semleges rendszereket alkotnak. Ha egy test elektromos semlegessége megsérül, akkor az ilyen testet ún villamosított karosszéria. Egy test villamosításához szükséges, hogy azonos előjelű elektronok vagy ionok többlete vagy hiánya keletkezzen rajta.
A testek villamosításának módszerei, amelyek a töltött testek kölcsönhatását reprezentálják, a következők lehetnek:
- A testek villamosítása érintkezéskor. Ilyenkor a szoros érintkezés során az elektronok kis része az egyik anyagból, amelyben az elektronnal való kapcsolat viszonylag gyenge, átmegy egy másik anyagba.
- Testek villamosítása súrlódás közben. Ugyanakkor a testek közötti érintkezési terület növekszik, ami fokozott villamosításhoz vezet.
- Befolyás. A befolyás alapja az elektrosztatikus indukció jelenség, azaz elektromos töltés indukciója állandó elektromos térbe helyezett anyagban.
- A testek villamosítása fény hatására. Ennek alapja az fotoelektromos hatás, vagy fotóeffektus amikor fény hatására egy vezetőből elektronok repülhetnek ki a környező térbe, aminek következtében a vezető feltöltődik.
Számos kísérlet azt mutatja, hogy amikor van a test villamosítása, akkor a testeken egyenlő nagyságú és ellentétes előjelű elektromos töltések jelennek meg.
Negatív töltés testet a protonokhoz képest a testen lévő elektrontöbblet okozza, és pozitív töltés elektronhiány okozza.
Amikor egy testet villamosítanak, vagyis amikor egy negatív töltés részben elválik a hozzá kapcsolódó pozitív töltéstől, az elektromos töltés megmaradásának törvénye. A töltésmegmaradás törvénye olyan zárt rendszerre érvényes, amelybe a töltött részecskék kívülről nem jutnak be, és ahonnan nem távoznak. Az elektromos töltés megmaradásának törvénye a következőképpen fogalmazódik meg:
Zárt rendszerben az összes részecske töltéseinek algebrai összege változatlan marad:
q 1 + q 2 + q 3 + … + q n = állandó
ahol q 1, q 2 stb. – részecsketöltések.
Elektromosan töltött testek kölcsönhatása
A testek kölcsönhatása, amelyek azonos vagy eltérő előjelű töltésekkel rendelkeznek, a következő kísérletekkel demonstrálható. Az ebonitrudat a szőrhöz súrlódással felvillanyozzuk, és egy selyemszálra felfüggesztett fém hüvelyhez érintjük. Az azonos előjelű töltések (negatív töltések) a hüvelyen és az ebonitpálcán vannak elosztva. Ha egy negatív töltésű ebonit pálcát közelebb viszünk a töltött hüvelyhez, láthatjuk, hogy a hüvely kilökődik a pálcáról (1.2. ábra).
Rizs. 1.2. Testek kölcsönhatása azonos előjelű töltésekkel.
Ha most egy selyemre dörzsölt (pozitív töltésű) üvegrudat viszünk a feltöltött hüvelyre, akkor a hüvely magához vonzódik (1.3. ábra).
Rizs. 1.3. Testek kölcsönhatása különböző előjelű töltésekkel.
Ebből következik, hogy az azonos előjelű töltésű testek (valószínűleg töltött testek) taszítják egymást, a különböző előjelű töltésű testek (ellentétes töltésű testek) pedig vonzzák egymást. Hasonló bemeneteket kapunk, ha két, hasonló töltésű (1.4. ábra) és ellentétes töltésű (1.5. ábra) csóvát ráközelítünk.
Vegyünk két egyforma elektrométert, és töltsük fel az egyiket (1. ábra). Töltése \(6\) skálaosztásoknak felel meg.
Ha ezeket az elektrométereket üvegrúddal csatlakoztatja, nem történik változás. Ez megerősíti azt a tényt, hogy az üveg dielektrikum. Ha egy fémrudat A (2. ábra) használ az elektrométerek csatlakoztatásához, a nem vezető B fogantyúnál tartva, észre fogja venni, hogy a kezdeti töltés két egyenlő részre oszlik: a töltés fele átmegy a első labdát a másodikra. Most minden elektrométer töltése \(3\) skálaosztásnak felel meg. Így az eredeti töltés nem változott, csak két részre szakadt.
Ha egy töltött testről egy ugyanolyan méretű töltetlen testre kerül át töltés, akkor a töltés fele-fele arányban oszlik meg a két test között. De ha a második, töltetlen test nagyobb, mint az első, akkor a töltés több mint fele átkerül a másodikra. Minél nagyobb a test, amelyre a töltés átkerül, a töltés annál nagyobb része kerül át rá.
De a díj teljes összege nem változik. Így vitatható, hogy a töltés megmarad. Azok. az elektromos töltés megmaradásának törvénye teljesül.
Zárt rendszerben az összes részecske töltéseinek algebrai összege változatlan marad:
q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n \(=\) állandó,
ahol q 1, q 2 stb. - részecsketöltések.
Zárt rendszernek tekintjük azt a rendszert, amelyben a töltések nem kívülről jutnak be, és nem is hagyják el.
Kísérletileg megállapították, hogy a testek villamosítása során az elektromos töltés megmaradásának törvénye is teljesül. Azt már tudjuk, hogy a villamosítás az a folyamat, amikor elektromosan töltött testeket nyerünk elektromosan semleges testekből. Ebben az esetben mindkét test töltődik. Például, ha egy üvegrudat selyemkendővel dörzsölnek, az üveg pozitív töltésű, a selyem pedig negatív töltésű lesz. A kísérlet elején egyik holttestet sem töltötték fel. A kísérlet végén mindkét test feltöltődik. Kísérletileg megállapították, hogy ezek a töltések ellentétes előjelűek, de számértékükben azonosak, pl. az összegük nulla. Ha egy test negatív töltésű és a villamosítás során még mindig negatív töltést kap, akkor a test töltése megnő. De ennek a két testnek a teljes töltése nem változik.
Példa:
A villamosítás előtt az első test töltése \(-2\) cu (cu a töltés hagyományos mértékegysége). A villamosítás során újabb \(4\) negatív töltésre tesz szert. Ekkor a villamosítás után töltése egyenlő lesz \(-2 + (-4) = -6\) c.u. A villamosítás eredményeként a második test \(4\) negatív töltést ad le, és töltése \(+4\) cu lesz. Az első és a második test töltését a kísérlet végén összegezve \(-6 + 4 = -2\) a.u. És volt ilyen töltésük a kísérlet előtt.
