Электрический заряд. Закон сохранения эл. заряда. Закон Кулона

Электрический заряд. Электризация.

Закон сохранения заряда. Закон Кулона

План лекции

1.Что изучает электродинамика?

2.Что изучает электростатика?

3. Строение атома. Что такое ион?

• Электризация.
• Что такое электрический заряд? Два рода зарядов. Взаимодействие зарядов.
• Элементарный заряд.
• Делимость электрического заряда.
• Закон сохранения заряда.
• Опыты Кулона. Закон Кулона.

Электродинамика – раздел физики, изучающий законы взаимодействия электрических зарядов и действия на них электромагнитных полей. 

Электростатика - раздел электродинамики, изучающий взаимодействие покоящихся электрических зарядов и действия на них электромагнитных полей. 

Строение атома:

Положительное ядро , вокруг которого вращаются отрицательные электроны.

Заряд протона равен заряду электрона по величине. В обычных условиях тело нейтрально.

Ион

Заряд тела положителен (+) - это значит, что не хватает электронов.

Атом с недостатком электронов - положительный ион.

Заряд тела отрицателен (-) - это значит, что избыток электронов.

Атом с избытком электронов - отрицательный ион.

В V в. до н.э. люди заметили , что пылинки притягиваются к натертому янтарю (электричество от греч. "электрон" - янтарь ).

Электризация

Тело, обладающее свойством притягивать к себе легкие тела, благодаря наличию на нем электрического заряда, называют наэлектризованным. Явление возникновения зарядов на телах называют электризацией.

Электризация - процесс сообщения телу электрического заряда.

1. Электризация трением, ударом. Электроны переходят от тела В к телу А.

Любые тела взаимодействуют с наэлектризованными телами и сами электризуются.

Трибоэлектрическая шкала.

При трении двух материалов тот из них, что расположен в ряду выше , заряжается положительно и тем сильнее, чем более разнесены материалы по шкале.

2. Электризация через влияние (по индукции). Например, подносим заряженную палочку к телу, не дотрагиваясь до него, а затем разделяем тела на две части. Обе половины будут заряжены противоположно.

Электрический заряд .

• физическая величина, являющаяся количественной мерой электромагнитного взаимодействия. Тело обладает электрическим зарядом, если мы знаем, что при определенных условиях оно может притягиваться и отталкиваться.

Существует два "рода" зарядов, которые условно называют положительными (стекло, потертое о шелк) и отрицательными (эбонит потертый о шерсть).

Обозначение: Q  или q .

Единицы измерения в СИ:  q  = Кл 1 (кулон).

( 1 Кл - это заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока 1 А ) .

Заряд 1 Кл - очень большой в электростатике. Обычные заряды мкКл, нКл.

(Заряд грозового облака 10  20 Кл, в отдельных случаях - до 300 Кл.

Земля имеет отрицательный

заряд, равный 5,7 . 10 5 Кл.)

Два рода зарядов

Приборы для обнаружения заряда:

электроскоп, электрометр

В своих опытах доказали существование наименьшего

электрического заряда

Милликен Роберт Эндрюс (1868-1953)

Иоффе Абрам Федорович (1880-1960)

Электрон – частица с наименьшим

отрицательным зарядом.

m=9,1*10 -31 кг

Опыт Иоффе-Милликена.

Цель опыта: обнаружить элементарный электрический заряд.

Опыт: Маленькая капелька масла облучается светом (ультрафиолетовыми лучами). В результате фотоэффекта она приобретает электрический заряд. Сила тяжести уравновешивается электрической силой. По результатам опыта можно рассчитать отношение заряда частицы, выбиваемой с поверхности тела, к ее массе (удельный заряд).

Электрический заряд тела – дискретная величина :

Модуль заряда тела определяется по формуле:

  Q= n ∙ e

  где е = 1,6 × 10 -19 Кл - элементарный заряд,

n-количество избыточных (недостающих) электронов.

Делимость заряда!

- удельный заряд электрона.

Величина "е" - элементарный заряд. В СИ е=1,6 . 10 -19 Кл Такой заряд имеет электрон (-), протон (+), другие заряженные элементарные частицы.

Любой электрический заряд, больший элементарного, выражается целым числом элементарных зарядов. Не существует (в рамках классической электродинамики) заряда, выраженного дробным числом элементарных зарядов. Т.е . q=Ne.

Закон сохранения электрического заряда

В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остаётся неизменной.

Закон сохранения электрического заряда.

Алгебраическая сумма зарядов, составляющих замкнутую систему, остается неизменной при любых взаимодействиях зарядов этой системы.

Систему называют изолированной или замкнутой , если в нее не вводятся или из нее не выводятся электрические заряды.

В телах заряды скомпенсированы очень точно. Если бы в теле человека зарядов одного знака было бы на 0,01% больше, чем зарядов другого, о сила взаимодействия между ними была бы равна силе притяжения между Землей и Солнцем.

Если Вселенная имеет конечные размеры, то ее суммарный заряд должен быть равен нулю.

Примеры выполнения закона сохранения заряда:

1.Заряженная капля делится на две равные капли.

2.Соединение двух заряженных капель .

Примеры выполнения закона сохранения заряда:

3. Соприкосновение заряженных шариков.

4. Ядерные реакции:

7 + 2 = 8 + 1

92 = 90 + 2

Как взаимодействуют заряженные тела?

Мы можем наблюдать, что заряженные тела взаимодействуют  (притягиваются или отталкиваются), находясь на некотором расстоянии друг от друга.

Взаимодействие неподвижных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, осуществляется посредством электрического поля, порожденного зарядами. Это взаимодействие происходит не мгновенно, а распространяется в вакууме со скоростью с.

Перенос заряда с заряженного тела на электрометр.

Впервые закон взаимодействия неподвижных зарядов был установлен французским физиком Ш. Кулоном (1785 г.). Кулон измерял силы притяжения и

отталкивания заряженных шариков

с помощью сконструированного им прибора – крутильных весов.

Крутильные весы:

• Незаряженная сфера
• Неподвижная заряженная сфера
• Легкий изолирующий стержень
• Упругая ни ть
• Бумажный диск
• Шкала

Электрическое поле-

особая форма материи, существующая около электрических зарядов.

Главное свойство поля-

действовать с некоторой силой на электрический заряд, помещённый в данную точку поля.

Закон Кулона

Сила  взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами.

где   ε 0 = 8,854 ∙ 10 -12

электрическая постоянная, 

k = 9 ∙ 10 9

Закон Кулона

Точечный заряд-

заряженная материальная точка

1 Кулон (Кл)-

заряд , проходящий за 1с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 Ампер

Минимальный заряд-

заряд элементарных частиц