Основные свойства электрического заряда — fiziku5.ru

Основные свойства электрического заряда:

1.  Заряд инвариантен – его величина одинакова при измерении в любой инерциальной системе отсчёта.

2.  Заряд сохраняется – суммарный заряд изолированной систе-мы тел не изменяется.

3.  Заряд аддитивен – заряд системы тел равен сумме зарядов отдельных тел.

4.  Заряд дискретен – заряд любого тела по величине кратен ми-нимальному заряду, который обозначается символом e и ра —

вен 1,6 10 19 Кл.

12

5.  Существуют заряды двух разных «сортов». Заряды одного «сорта» названы положительными, а другого «сорта» – от—рицательными. Одноимённые заряды отталкиваются, а раз-ноимённые – притягиваются.

Если вблизи одной заряженной частицы (заряда q1 ), располо-

женной в начале координат, будет находиться вторая заряженная час-тица (заряд q2 ), то на второй заряд будет действовать электрическая

(кулоновская) F , определяемая законом Кулона:

F 4 q1q2r 2 er ,

0

где r – радиус-вектор точки наблюдения;

er – единичный радиус-вектор, направленный в точку наблюде-ния;

0 – электрическая постоянная; – диэлектрическая проницаемость среды (в вакууме 1).

Напряжённость электрического поля – характеристика силового действия электрического поля на заряд. Напряжённость электриче-ского поля, создаваемого зарядом q1 , есть векторная величина, обо-

значаемая символом E(q1 ) и определяемая соотношением:

			F	,
		E(q )
		1	q2
где	– сила, действующая на заряд q2 .
F

Силовые линии или линии напряжённости – линии, в любой точке которых вектор напряжённости электрического поля направлен по касательной к ним.

Электрическое поле подчиняется принципу суперпозиции: на-пряжённость электрического поля нескольких источников является суммой векторов напряжённости поля, создаваемого независимо каж-дым источником:

E Ei .

i

Потоком электрического поля называется интеграл по некото-рой поверхности S от скалярного произведения напряжённости элек-трического поля на элемент поверхности:

ФЕ EdS ,

S

где вектор dS направлен по нормали к поверхности.

13

плечо диполя).

Дипольный (электрический) момент есть произведение

Закон Гаусса для электрического поля: поток электрического поля через замкнутую поверхность S0 пропорционален суммарному

заряду, расположенному внутри объёма, ограниченного поверхно-стью интегрирования потока

V (S0 ) :

Линии напряжённости электрического поля точечного заряда представляют собой прямые линии, идущие от заряда (положительно-го) или к заряду.

Потенциалом данной точки r электрического поля называется скалярная величина, численно равная работе сил поля по перемеще-нию единичного положительного заряда из данной точки в другую

фиксированную точку r0 , в которой потенциал принят за 0 (напри-мер, в бесконечность):

(r ) Edr .

r

Уравнение, выражающее напряжённость через потенциал:

E grad( ) , где оператор градиента grad		;		;			.
x	y
				z

Диполь есть два одинаковых по величине, но противоположных по знаку точечных заряда q , расположенных на расстоянии L ( L –

| pe | qL .

Вектор дипольного момента направлен от отрицательного к положи-тельному заряду.

На линии, проходящей через центр диполя, перпендикулярно электрическому моменту диполя и на большом расстоянии r от его центра напряжённость равна:

Методика и порядок измерений

Рассмотрите рисунок 2.1 и зарисуйте необходимое в конспект.

14

Рис. 2.1. Взаимодействие зарядов

Эксперимент 1. Исследование поля точечного заряда

1. Запустите эксперимент «Взаимодействие электрических заря-

дов».

2. Зацепив мышью, перемещайте заряд q1 и зафиксируйте его

вблизи левой границы экспериментального поля. Зацепив мышью, перемещайте движок регулятора величины первого заряда и устано-вите величину заряда q1 , указанную в таблице 2.1, для вашей брига-

ды. Заряд q3 поместите под первым, а его величину установите рав-ной 0. Заряд q2 установите равным 10-8 Кл.

3. Перемещайте, нажав левую кнопку мыши, заряд q2 вправо, устанавливая расстояния r12 до первого заряда, указанные в табли-

це 2.1. Измеренные в данных точках значения E1	F12 / q2 занесите в
соответствующую строку таблицы 2.2.
					Таблица 2.1
Значения величины заряда q 10 8	Кл (не перерисовывать)
		1
Бригада				q1, Кл
1 и 5	4	6		8		10
2 и 6	4	5		9		10
3 и 7	-4	-5		-7		-9
4 и 8	-4	-6		-8		-10
					15

Элеком37, Электрический заряд и его свойства, физика.

Электрический заряд и его свойства.

---

Электрический заряд это физическая величина, характеризующая способность частиц или тел вступать в электромагнитные взаимодействия. Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q. В системе СИ электрический заряд измеряется в Кулонах (Кл). Свободный заряд в 1 Кл – это гигантская величина заряда, практически не встречающаяся в природе. Как правило, Вам придется иметь дело с микрокулонами (1 мкКл = 10–6 Кл), нанокулонами (1 нКл = 10–9 Кл) и пикокулонами (1 пКл = 10–12 Кл).

Электрический заряд обладает следующими свойствами:.

1. Электрический заряд является видом материи.

2. Электрический заряд не зависит от движения частицы и от ее скорости.

3. Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.

4. Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.

5. Все заряды взаимодействуют друг с другом. При этом одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. Силы взаимодействия зарядов являются центральными, то есть лежат на прямой, соединяющей центры зарядов.

6. Существует минимально возможный (по модулю) электрический заряд, называемый элементарным зарядом. Его значение:

e = 1,602177·10–19 Кл ≈ 1,6·10–19 Кл.

Электрический заряд любого тела всегда кратен элементарному заряду:

где: N – целое число. Обратите внимание, невозможно существование заряда, равного 0,5е; 1,7е; 22,7е и так далее. Физические величины, которые могут принимать только дискретный (не непрерывный) ряд значений, называются квантованными. Элементарный заряд e является квантом (наименьшей порцией) электрического заряда.

7. Закон сохранения электрического заряда. В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной:

Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака. Из закона сохранения заряда так же следует, если два тела одного размера и формы, обладающие зарядами q1 и q2 (совершенно не важно какого знака заряды), привести в соприкосновение, а затем обратно развести, то заряд каждого из тел станет равным:

С современной точки зрения, носителями зарядов являются элементарные частицы. Все обычные тела состоят из атомов, в состав которых входят положительно заряженные протоны, отрицательно заряженные электроны и нейтральные частицы –

нейтроны. Протоны и нейтроны входят в состав атомных ядер, электроны образуют электронную оболочку атомов. Электрические заряды протона и электрона по модулю в точности одинаковы и равны элементарному (то есть минимально возможному) заряду e.

В нейтральном атоме число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке. Это число называется атомным номером. Атом данного вещества может потерять один или несколько электронов, или приобрести лишний электрон. В этих случаях нейтральный атом превращается в положительно или отрицательно заряженный ион. Обратите внимание, что положительные протоны входят в состав ядра атома, поэтому их число может изменяться только при ядерных реакциях. Очевидно, что при электризации тел ядерных реакций не происходит.

Поэтому в любых электрических явлениях число протонов не меняется, изменяется только число электронов. Так, сообщение телу отрицательного заряда означает передачу ему лишних электронов. А сообщение положительного заряда, вопреки частой ошибке, означает не добавление протонов, а отнимание электронов. Заряд может передаваться от одного тела к другому только порциями, содержащими целое число электронов.

Иногда в задачах электрический заряд распределен по некоторому телу. Для описания этого распределения вводятся следующие величины:

1. Линейная плотность заряда. Используется для описания распределения заряда по нити:

где: L – длина нити. Измеряется в Кл/м.

2. Поверхностная плотность заряда. Используется для описания распределения заряда по поверхности тела:

где: S – площадь поверхности тела. Измеряется в Кл/м2.

3. Объемная плотность заряда. Используется для описания распределения заряда по объему тела:

где: V – объем тела. Измеряется в Кл/м3.

Обратите внимание на то, что масса электрона равна:

me = 9,11∙10–31 кг.

---

---

1. Электрический заряд и его свойства. Закон Кулона

Электрический заряд – физическая величина, определяющая интенсивность электрических взаимодействий. Электрический заряд –фундаментальное свойство материи. Заряд – инвариантная величина, т.е. не зависит от скорости движения заряженного тела.

Положительные и отрицательные заряды по-разному проявляют себя в парном взаимодействии: тела, обладающие зарядами одного типа, отталкиваются друг от друга, а тела, обладающие зарядами разных типов, притягиваются друг к другу.

Поскольку электрический заряд – это мера воздействия на тело других заряженных тел или электрических полей, то он всегда связан с определенным телом или частицей. Электрический заряд дискретен, т.е. существует минимальная величина электрического заряда (элементарный заряд), а электрический заряд любого тела может быть представлен как алгебраическая сумма целого числа элементарных зарядов. Элементарный положительный заряд – это заряд протона, элементарный отрицательный заряд – это заряд электрона (в дальнейшем будем обозначать их р и е соответственно).

Для количественного измерения электрических зарядов в СИ существует единица измерения, называемая кулон (обозначается Кл). 1 кулон – это электрический заряд, переносимый через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока в проводнике, равной 1 ампер.

В результате точных электрических измерений было установлено, что Кл,.

Система тел или частиц называется электрически изолированной, если между ней и внешними телами нет обмена электрическими зарядами (заряженными частицами). В такой системе могут образовываться новые электрически заряженные частицы, например, электроны при ионизации атомов и молекул. Однако всегда при этом рождаются частицы, заряды которых противоположны по знаку и в сумме равны нулю. Для электрически изолированной системы тел справедлив фундаментальный закон физики – закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов тел или частиц, образующих электрически изолированную систему, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе.

Силы взаимодействия неподвижных электрических зарядов подчиняются основному закону электростатического взаимодействия, который был экспериментально установлен Г. Кавендишем в 1773 г. Впервые этот закон был опубликован в 1785 г. Ш. Кулоном, который исследовал взаимодействие заряженных маленьких шариков с помощью крутильных весов. Такие шарики в опыте Кулона можно было считать материальными точками. Назовем электри-чески заряженную материальную точку точечным электрическим зарядом.

Закон Кулона утверждает, что сила электростатического взаимодействия двух неподвижных точечных электрических зарядов, находящихся в вакууме, прямо пропорциональна произведению этих зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами и направлена вдоль соединяющей их прямой (рис.1.1):

, , (1.1)

где – сила, действующая на зарядсо стороны заряда;–радиус-вектор, соединяющий зарядс зарядом;;k – коэффициент пропорциональности; – сила, действующая на зарядсо стороны заряда;– радиус-вектор, соединяющий зарядс зарядом. Из (1.1) следует, чтопри(рис.1.1,а) – одноименно заряженные тела отталкиваются. При (рис.1.1,б) – разноименно заряженные тела притягиваются.

Коэффициент пропорциональности k в формуле (1.1) зависит от выбора системы единиц. В СИ принимается, что

Нм²Кл^–2, (1.2)

где – коэффициент, определяемый из экспериментальных данных, называемыйэлектрической постоянной:

Кл²Н^–1м^–2. (1.3)

Электрическое поле, создаваемое заряженными телами, неподвижными относительно инерциальных систем отсчета, называется электростатическим полем.

Электрический заряд (кратко) (№2) | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Тема:

Электрический заряд

В электромагнитном взаимодействии участвуют частицы, об­ладающие специальным свойством — электрическим заря­дом. Заряженные частицы создают электромагнитное поле и, в свою очередь, испытывают воздействие с его стороны. Определить, обладает частица зарядом или нет, а также из­мерить его величину можно, исследуя ее взаимодействие с частицами, заведомо обладающими этим свойством. Оказывается, существует наименьший наблюдаемый за­ряд — это заряд электрона e, равный в системе СИ e = 1,6 • 10^-19 Кл. Все прочие заряды кратны заряду электрона. Заряд — первичное понятие. Его нельзя сформулировать с помощью более простых понятий. Но в этом и нет необхо­димости. Для того чтобы высказывания относительно заря­да имели смысл, необходимо и достаточно однозначно оп­ределить, обладает частица этим свойством или нет, а если обладает, то какова величина заряда.

Кварки — частицы, обла­дающие дробным заря­дом, — не наблюдаются индивидуально. Заряд — это неотъемлемое свой­ство элементарной части­цы. Есть частицы, не об­ладающие зарядом, но если частица им облада­ет, то отнять ее заряд нельзя.

Заряды бывают положительные и отрицательные. По исто­рическим причинам заряду электрона приписывается знак (-). Большинство явлений электромагнетизма в окружающем нас мире связано с двумя стабильными частицами — электроном с зарядом —e и протоном с зарядом +e. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Частицы с зарядами противоположных знаков притя­гиваются друг к другу, поэтому системы из большого числа частиц, как правило, нейтральны: в них сбалан­сировано число положительно и отрицательно заря­женных частиц. Если мы имеем заряженное макроско­пическое тело, то это означает, что какое-то число заряженных частиц (обычно электронов) удалено с те­ла или, наоборот, внедрено в него.

На этой странице материал по темам:

• Кратко про электрический заряд физика

• Электрический заряд кратко

• Электрическое воздействие и заряд кратко шпора

• Электрические заряды кратко

• Электрический заряд и его свойства кратко

Электрический заряд

Электрический заряд – физическая величина, характеризующая способность тел вступать в электромагнитные взаимодействия. Измеряется в Кулонах.

Элементарный электрический заряд – минимальный заряд, который имеют элементарные частицы (заряд протона и электрона).

e = Кл

Тело имеет заряд, значит имеет лишние или недостающий электроны. Такой заряд обозначается q = ne. (он равен числу элементарных зарядов).

Наэлектризовать тело – создать избыток и недостаток электронов. Способы: электризация трением и электризация соприкосновением.

Точечный заряд – заряд тела, которое можно принять за материальную точку.

Пробный заряд () – точечный, малый по величине заряд, обязательно положительный – используется для исследования электрического поля.

Закон сохранения заряда: в изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел сохраняется постоянной при любых взаимодействиях этих тел между собой.

Закон Кулона: силы взаимодействия двух точечных зарядов пропорциональны произведению этих зарядов, обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними, зависят от свойств среды и направлены вдоль прямой, соединяющей их центры.

, где Ф/м, Кл²/нм² – диэлектр. пост. вакуума

— относит. диэлектрическая проницаемость (>1)

— абсолютная диэлектрическая прониц. среды

Электрическое поле – материальная среда, через которую происходит взаимодействие электрических зарядов.

Свойства электрического поля:

1. Электрическое поле существует вокруг любого заряда. Если заряд неподвижен – поле электростатическое.

2. Электрическое поле действует на любой помещённый в него заряд согласно закону Кулона. Обнаружить электрическое поле можно только по его действию на другие заряды.

3. Электрическое поле существует в любой среде и распространяется с конечной скоростью: м/с.

4. Электрическое поле не имеет чётких границ. Действие его уменьшается при увеличении расстояния от заряда, его создающего.

Характеристики электрического поля:

1. Напряжённость (E) – векторная величина, равная силе, действующей на единичный пробный заряд, помещённый в данную точку.

Измеряется в Н/Кл.

Направление – такое же, как и у действующей силы.

Напряжённость не зависит ни от силы, ни от величины пробного заряда.

Суперпозиция электрических полей: напряжённость поля, созданного несколькими зарядами, равна векторной сумме напряжённостей полей каждого заряда:

Графически электронное поле изображают с помощью линий напряжённости.

Линия напряжённости – линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора напряжённости.

Свойства линий напряжённости: они не пересекаются, через каждую точку можно провести лишь одну линию; они не замкнуты, выходят из положительного заряда и входят в отрицательный, либо рассеиваются в бесконечность.

Виды полей:

• Однородное электрическое поле – поле, вектор напряжённости которого в каждой точке одинаков по модулю и направлению.

+ —

+ —

+ —

+ —

• Неоднородное электрическое поле – поле, вектор напряжённости которого в каждой точке неодинаков по модулю и направлению.

• Постоянное электрическое поле – вектор напряжённости не изменяется.

• Непостоянное электрическое поле – вектор напряжённости изменяется.

2. Работа электрического поля по перемещению заряда.

, где F – сила, S – перемещение, — угол между F и S.

Для однородного поля: сила постоянна.

Работа не зависит от формы траектории; работа по перемещению по замкнутой траектории равна нулю.

Для неоднородного поля:

3. Потенциал электрического поля – отношение работы, которое совершает поле, перемещая пробный электрический заряд в бесконечность, к величине этого заряда.

— потенциал – энергетическая характеристика поля. Измеряется в Вольтах

Разность потенциалов:

Если , то

, значит

— градиент потенциала.

Для однородного поля: разность потенциалов – напряжение:

. Измеряется в Вольтах, приборы – вольтметры.

Электроёмкость – способность тел накапливать электрический заряд; отношение заряда к потенциалу, которое для данного проводника всегда постоянно.

.

Не зависит от заряда и не зависит от потенциала. Но зависит от размеров и формы проводника; от диэлектрических свойств среды.

, где r – размер, — проницаемость среды вокруг тела.

Электроёмкость увеличивается, если рядом находятся любые тела – проводники или диэлектрики.

Конденсатор – устройство для накопления заряда. Электроёмкость:

Плоский конденсатор – две металлические пластины, между которыми находится диэлектрик. Электроёмкость плоского конденсатора:

, где S – площадь пластин, d – расстояние между пластинами.

Энергия заряженного конденсатора равна работе, которую совершает электрическое поле при переносе заряда с одной пластины на другую.

Перенос малого заряда , напряжение измениться на , совершится работа . Так как , а С = const, . Тогда . Интегрируем:

Энергия электрического поля: , где V=Sl – объём, занимаемый электрическим полем

Для неоднородного поля: .

Объёмная плотность электрического поля: . Измеряется в Дж/м³.

Электрический диполь – система, состоящая из двух равных, но противоположных по знаку точечных электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (плечо диполя — l).

Основная характеристика диполя – дипольный момент – вектор, равный произведению заряда на плечо диполя, направленный от отрицательного заряда к положительному. Обозначается . Измеряется в Кулон-метрах.

Диполь в однородном электрическом поле.

На каждый из зарядов диполя действуют силы: и . Эти силы противоположно направлены и создают момент пары сил – вращающий момент: , где

М – вращающий момент F – силы, действующие на диполь

d – плечо сил l – плечо диполя

p – дипольный момент E – напряжённость

— угол между p и Е q – заряд

Под действием вращающего момента, диполь повернётся и установится по направлению линий напряжённости. Векторы p и Е будут параллельны и однонаправлены.

Диполь в неоднородном электрическом поле.

Вращающий момент есть, значит диполь повернётся. Но силы будут неравны, и диполь будет двигаться туда, где сила больше.

— градиент напряжённости. Чем выше градиент напряжённости, тем выше боковая сила, которая стаскивает диполь. Диполь ориентируется вдоль силовых линий.

Собственное поле диполя.

Но . Тогда:

.

Пусть диполь находится в точке О, а его плечо мало. Тогда:

.

Формула получена с учётом:

Таким образом разность потенциалов зависит от синуса половинного угла, под которым видны точки диполя, и проекции дипольного момента на прямую, соединяющие эти точки.

Диэлектрики в электрическом поле.

Диэлектрик – вещество, не имеющее свободных зарядов, а значит и не проводящее электрический ток. Однако на самом же деле проводимость существует, но она ничтожно мала.

Классы диэлектриков:

• с полярными молекулами (вода, нитробензол): молекулы не симметричны, центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают, а значит, они обладают дипольным моментом даже в случае, когда электрического поля нет.

• с неполярными молекулами (водород, кислород): молекулы симметричны, центры масс положительных и отрицательных зарядов совпадают, а значит, они не имеют дипольного момента при отсутствии электрического поля.

• кристаллические (хлорид натрия): совокупность двух подрешёток, одна из которых заряжен положительно, а другая – отрицательно; в отсутствии электрического поля суммарный дипольный момент равен нулю.

Поляризация – процесс пространственного разделения зарядов, появления связанных зарядов на поверхности диэлектрика, что приводит к ослаблению поля внутри диэлектрика.

Способы поляризации:

1 способ – электрохимическая поляризация:

На электродах – движение к ним катионов и анионов, нейтрализация веществ; образуются области положительных и отрицательных зарядов. Ток постепенно уменьшается. Скорость установления механизма нейтрализации характеризуется временем релаксации – это время, в течение которого ЭДС поляризации увеличится от 0 до максимума от момента наложения поля. = 10^-3-10^-2 с.

2 способ – ориентационная поляризация:

На поверхности диэлектрика образуются некомпенсированные полярные, т.е. происходит явление поляризации. Напряжённость внутри диэлектрика меньше внешней напряжённости. Время релаксации: = 10^-13-10^-7 с. Частота 10 МГц.

3 способ – электронная поляризация:

Характерна для неполярных молекул, которые становятся диполями. Время релаксации: = 10^-16-10^-14 с. Частота 10⁸ МГц.

4 способ – ионная поляризация:

Две решётки (Na и Cl) смещаются относительно друг друга.

Время релаксации: =10^-8-10^-3с. Частота 1 КГц

5 способ – микроструктурная поляризация:

Характерен для биологических структур, когда чередуются заряженные и незаряженные слои. Происходит перераспределение ионов на полупроницаемых или непроницаемых для ионов перегородках.

Время релаксации: =10^-8-10^-3с. Частота 1 КГц

Числовые характеристики степени поляризации:

1. вектор поляризованности . Измеряется в Кл/л

2. относительная диэлектрическая проницаемость раз

3. Дисперсия – зависимость от частоты.

Электрический ток – это упорядоченное движение свободных зарядов в веществе или в вакууме.

Условия существования электрического тока:

1. наличие свободных зарядов

2. наличие электрического поля, т.е. сил, действующих на эти заряды

Сила тока – величина, равная заряду, который проходит через любое поперечное сечение проводника за единицу времени (1 секунду)

Измеряется в Амперах.

n – концентрация зарядов

q – величина заряда

S – площадь поперечного сечения проводника

— скорость направленного движения частиц.

Скорость движения заряженных частиц в электрическом поле небольшая – 7*10^-5 м/с, скорость распространения электрического поля 3*10⁸ м/с.

Плотность тока – величина заряда, проходящего за 1 секунду через сечение в 1 м².

. Измеряется в А/м².

— сила, действующая на ион со стороны эл поля равна силе трения

— подвижность ионов

— скорость направленного движения ионов =подвижность, напряжённость поля

Удельная проводимость электролита тем больше, чем больше концентрация ионов, их заряд и подвижность. При повышении температуры возрастает подвижность ионов и увеличивается электропроводность.

Электрический заряд и его свойства. Электрическое поле и его характеристики. Закон Кулона. Электрическое поле точечного заряда. Принцип суперпозиции

Электростатика.

Электростатика – это учение о свойствах и взаимодействии электрических зарядов, неподвижных по отношению к избранной инерциальной системе отсчёта.

 

Закон сохранения электрического заряда. Проводники, диэлектрики, полупроводники.

Существуют два типа заряда: положительный и отрицательный. Опытным путём было установлено, что элементарный заряд дискретен, то есть заряд любого тела составляет целое, кратное от некоторого электрического заряда. Электрон и протон являются носителями элементарных отрицательного и положительного зарядов. Из обобщённых опытных данных был установлен фундаментальный закон природы, впервые сформулированный английским физиком Фарадеем.

Закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остаётся неизменной, какие бы процессы не проходили внутри этой системы.

Система называется замкнутой, если она не обменивается электрическими зарядами с внешними телами.

Электрический заряд – величина релятивистская, инвариантная, то есть не зависит от выбранной системы отсчёта. А значит, не зависит от того, движется этот заряд или покоится.

Наличие носителя заряда (электронов и ионов) является условием того, что тело проводит электрический ток. В зависимости от способности проводить электрический ток, тела делятся на:

— проводники

— диэлектрики

— полупроводники.

Проводники – тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объёму. Проводники делятся на две группы:

1) проводники первого рода (металлы) – перенос в них электрических зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями;

2) проводники второго рода (расплавы солей, растворы солей и кислот и другие) – перенос в них зарядов (положительно и отрицательно заряженных ионов) ведёт к химическим изменениям.

Диэлектрики (стекло, пластмасса) – тела, которые не проводят электрический ток, если к этим телам не приложено сильное внешнее электрическое поле; в них практически отсутствуют свободные заряды.

Полупроводники(германий, кремний) – занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Их проводимость сильно зависит от внешних условий (температура, ионизирующее излучение и т.д.).

Единица электрического заряда – Кулон (Кл) – электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при токе в 1 ампер за время 1 секунда.

 

Электрический заряд и его свойства. Электрическое поле и его характеристики. Закон Кулона. Электрическое поле точечного заряда. Принцип суперпозиции.

Электрическим зарядом называется величина, характеризующая взаимодействия между частицами и телами посредством электрических и магнитных полей (электромагнитное взаимодействие).

Особенностью электромагнитных взаимодействий является то, что они являются более интенсивными, чем гравитационные. Они занимают второе место (после ядерных сил) по взаимодействию.

1 – ядерные взаимодействия 1

2 – электромагнитные взаимодействия 0,1

3 – слабо ядерные взаимодействия

4 – гравитационные взаимодействия

Электрический заряд является неотъемлемым свойством элементарных частиц. Все элементарные частицы являются носителями положительного или отрицательного электрических зарядов. Кл. Заряд любого тела обусловлен суммой электрических зарядов, входящих в него.

Появление зарядов у тел происходит в результате взаимодействия тел между собой или со средой (передача электрических зарядов от заряженных тел – электризация; передача электрических зарядов между разнородными телами, при этом они заряжаются положительно или отрицательно; передача электрических зарядов на расстояние – электрическая индукция).

В замкнутой системе суммарный заряд не изменяется входе любых химических и физических процессов.

Электрический заряд – инвариантная физическая характеристика (не зависит от выбора системы отсчёта).

Взаимодействие электрических зарядов осуществляется посредством электромагнитных полей. Движущиеся электрические заряды создают в пространстве электрические и магнитные поля, что приводит к возникновению электрических и магнитных сил и взаимодействий (Кулоновские силы и силы Лоренца). Наиболее простое взаимодействие осуществляется для неподвижных по отношению друг к другу – статическое взаимодействие.

Поля, которые создают заряды – электростатические. Характеристиками электростатических полей являются напряжённость и потенциал.

Напряжённость электростатического поля – величина, равная отношению силы, действующей на пробный заряд, помещённый в другую точку поля к величине этого заряда.

, где — пробный заряд.

Потенциалом называется величина, равная отношению потенциальной энергии пробного заряда, помещённого в данную точку поля к величине этого заряда.

Реферат

На тему Електростатистика

 

Підготовив Учень

Групи ТМ-11

Бора В.В

Перевірила; Данку Габріела С

 

 

Понятие электрического заряда и его свойства

Элементной базой ЭВМ первого поколения (1945-1950 гг.) были вакуумные электронные лампы. Главным недостатком электронных ламп было то, что устройства на их основе были очень громоздкими. Для питания ламп необходимо было подводить дополнительную энергию для нагрева катода, а образованное ими тепло отводить. С середины ХХ века лампы практически полностью вытеснились транзисторами.

Следующим крупным шагом в истории ЭВМ стало изобретение транзистора в 1947 году. О компьютерах на транзисторах обычно говорят как о «втором поколении», которое доминировало в 1950-х и начале 1960-х годов. Например, IBM 1620 на транзисторах была размером с офисный стол. Однако ЭВМ второго поколения по-прежнему были довольно дороги и поэтому использовались только университетами, правительствами, крупными корпорациями.

Бурный рост использования компьютеров связан с т. н. «3-им поколением» вычислительных машин. Начало этому этапу положило изобретение интегральных схем (1958 г.), которые независимо друг от друга разработали лауреат Нобелевской премии Джек Килби (германиевые) и Роберт Нойс (кремниевые).

Появление микропроцессоров привело к разработке микрокомпьютеров — небольших недорогих компьютеров, которыми могли владеть небольшие компании или отдельные люди. Микрокомпьютеры, представители четвертого поколения, первые из которых появились в 1970-х, стали повсеместным явлением в 1980-х и позже.

Дальнейший прогресс современного этапа развития электродинамики связан с созданием квантовой теории поля.

Квантовая теория поля (КТП) — квантовая теория систем с бесконечным числом степеней свободы (физических полей). КТП, возникшая как обобщение квантовой механики в связи с проблемой описания процессов порождения, поглощения и взаимных превращений элементарных частиц, нашла затем широкое применение в теории твёрдого тела, атомного ядра и других систем и является теперь основным теоретическим методом исследования квантовых систем.

КТП оказалась единственной пока теорией, способной описать и предсказать поведение элементарных частиц при высоких энергиях (то есть при энергиях, существенно превышающих их энергию покоя). Можно выделить следующие основные вехи в разработке современной теории поля:

1863 г. Максвелл — создана теория электромагнетизма.

1900 г. Макс Планк – создана квантовая теория излучения.

1905 г. А. Эйнштейн – разработана фотонная теория света.

1915 г. А. Эйнштейн — сформулировал общую теорию относительности.

1923 г. Луи де Бройль — предположил, что корпускулярно-волновой дуализм свойственен не только свету, но и веществу.

1925 г. Вернер Гейзенберг — разработал «матричную механику».

1928 г. Поль Дирак — дал релятивистский вариант квантовой механики и предсказал существование позитрона, положив начало квантовой электродинамике.

В 1932 г. после открытия Чедвиком нейтрона было установлено, что ядра атомов состоит из протонов и нейтронов.

1940-е гг. квантовая электродинамика как последовательная квантовая теория поля была создана Фейнманом, Швингераом, Томонагой, Дайсоном.

В 1967 году Саламом и Вайнбергом была создана теория электрослабого взаимодействия.

В 1973 году была предложена теория сильного взаимодействия (квантовая хромодинамика).

Развитие электромагнетизма привело к появлению различных приложений в области техники. Были созданы электрические генераторы, мощные трансформаторы и другие устройства, применяемые для создания и передачи электрической энергии на большие расстояния.

Тесты к лекции №1.

Тест 1.1. Благодаря какому материалу электрон получил свое название?

£ Янтарю

£ Эбониту

£ Меди

£ Цинку

Тест 1.2. Электромагнитную теорию поля разработал …

£ Джемс Клерк Максвелл

£ Майкл Фарадей

£ Василий Владимирович Петров

£ Андре-Мари Ампер

Тест 1.3. Класс «изоляторов» открытых И. В. Курчатовым:

£ Сегнетоэлектрики

£ Ферромагнетики

£ Диэлектрики

£ Полупроводники

Тест 1.4. С чем связано имя советского академика Л. А. Арцимовича:

£ Работы по управляемому термоядерному синтезу

£ Создание теории проводимости

£ Открытие электрической дуги

£ Работы о кривизне Вселенной

Тест 1.5. Кто первым зарегистрировал космическое радиоизлучение?

£ Джек Килби

£ Роберт Нойс

£ Карл Янский

£ Гроут Ребер

£ Гульельмо Маркони

Заряд и поле. Закон Кулона. Напряженность поля[11]

2.1. Понятие электрического заряда и его свойства.

2.2. Закон Кулона.

2.3. Электрическое поле и его характеристики.

2.1. Понятие электрического заряда и его свойства

Во многих науках существуют базовые понятия, которым нельзя дать определения, но можно описать их свойства. В геометрии таким понятием является точка, в электродинамике – заряд.

Электрический заряд, источник электромагнитного поля, связанный с материальным носителем; внутренняя характеристика элементарной частицы, определяющая ее электромагнитное взаимодействие. Вся совокупность электрических и магнитных явлений есть проявление существования, движения и взаимодействия электрического заряда [1].

Рассмотрим ряд опытов, иллюстрирующих основные свойства заряженных тел [8,9].

Опыт 2.1. Взаимодействие электрических зарядов[8,9]

Оборудование:

1. Станиолевые гильзы на нитях.

2. Два штатива.

3. Стеклянная и эбонитовая палочки.

4. Шелк, шерсть.

Рис. 2.1.

Ход работы:

1.Подвесьте на стойках на небольшом расстоянии друг от друга две гильзы.

2.Отрегулируйте длину нити – гильзы должны висеть на одном уровне.

3.Зарядите одну из них. Другую начинайте приближать. В первый момент они притянутся друг к другу, прикоснутся и резко разлетятся в разные стороны. Продолжайте сближать до полного их соприкосновения, однако гильзы останутся разведенными, под углом друг к другу. Еще раз убеждаемся: одинаково заряженные тела отталкиваются.

4.Между гильзами поместите палочку, имеющую тот же знак заряда, – гильзы разойдутся на больший угол. Перемещайте палочку – и гильзы будут ее «сопровождать». В этом опыте мы имеем три одинаково заряженных тела, отталкивающихся друг от друга.

Выводы: одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

Опыт 2.2.Электризация трением. [8,9]

Цель работы:

Демонстрация явления электризации тел трением.

Оборудование:

1.  Демонстрационный электроскоп

2.  Цилиндр Фарадея

3.  2 плексигласовых диска (с мехом и без)

Рис. 2.3.

Ход работы:

1.Поднесите наэлектризованную палочку к деревянной линейке-«карусели».

2.Линейка поляризуется и начнет притягиваться к палочке. С помощью заряженной палочки вы можете заставить линейку вращаться.

Выводы: наблюдается электризация через влияние (на расстоянии).

Положительные и отрицательные заряды внутри линейки перераспределяются и она ведет себя как заряженное тело, хотя количество зарядов того и другого знака в ней одинаково.

Опыт 2.4.Электризация через влияние.

Цель работы: продемонстрировать электризацию через влияние.

Оборудование:

1.  2 металлических цилиндра.

2.  2 электроскопа

3.  Шелк, шерсть.

4.  Стеклянная палочка

Рис.2.4.

Ход работы.

1.  Вся система находится в разряженном состоянии.

2.  Натираем мехом стеклянную палку, подносим ее к одному из цилиндров. Видим, что показания электроскопов отличаются от нуля, после чего раздвигаем цилиндры.

3.  Затем, поднеся палку к одному из электроскопов, наблюдаем, что его показания увеличиваются. Проделав то же с другим электроскопом, мы обнаружим, что его показания уменьшаются.

4.  Если свести эти два цилиндра вместе, то показания электроскопов уменьшаются до нуля.

Выводы: Один из цилиндров заряжен положительно(показания электроскопа увеличиваются), один-отрицательно(показания электроскопа уменьшаются). При сведении цилиндров заряды компенсируют друг друга.