Электричество физика для чайников: Страница не найдена

Содержание

Электрический ток. Сила тока — Класс!ная физика

Электрический ток. Сила тока

Подробности
Просмотров: 669

«Физика — 10 класс»

Электрический ток — направленное движение заряженных частиц. Благодаря электрическому току освещаются квартиры, приводятся в движение станки, нагреваются конфорки на электроплитах, работает радиоприемник и т. д.

Рассмотрим наиболее простой случай направленного движения заряженных частиц — постоянный ток.

Какой электрический заряд называется элементарным?
Чему равен элементарный электрический заряд?
Чем различаются заряды в проводнике и диэлектрике?

При движении заряженных частиц в проводнике происходит перенос электрического заряда из одной точки в другую. Однако если заряженные частицы совершают беспорядочное тепловое движение, как, например, свободные электроны в металле, то переноса заряда не происходит (рис.

15.1, а). Поперечное сечение проводника в среднем пересекает одинаковое число электронов в двух противоположных направлениях. Электрический заряд переносится через поперечное сечение проводника лишь в том случае, если наряду с беспорядочным движением электроны участвуют в направленном движении (рис. 15.1, б). В этом случае говорят, что по проводнику идёт электрический ток.

Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

Электрический ток имеет определённое направление.

За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Если перемещать нейтральное в целом тело, то, несмотря на упорядоченное движение огромного числа электронов и атомных ядер, электрический ток не возникнет. Полный заряд, переносимый через любое сечение, будет при этом равным нулю, так как заряды разных знаков перемещаются с одинаковой средней скоростью.

Направление тока совпадает с направлением вектора напряжённости электрического поля. Если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.

Выбор направления тока не очень удачен, так как в большинстве случаев ток представляет собой упорядоченное движение электронов — отрицательно заряженных частиц. Выбор направления тока был сделан в то время, когда о свободных электронах в металлах ещё ничего не знали.

Действие тока.

Движение частиц в проводнике мы непосредственно не видим. О наличии электрического тока приходится судить по тем действиям или явлениям, которые его сопровождают.

Во-первых, проводник, по которому идёт ток, нагревается.

Во-вторых, электрический ток может изменять химический состав проводника: например, выделять его химические составные части (медь из раствора медного купороса и т. д.).

В-третьих, ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела. Это действие тока называется

магнитным.

Так, магнитная стрелка вблизи проводника с током поворачивается. Магнитное действие тока в отличие от химического и теплового является основным, так как проявляется у всех без исключения проводников. Химическое действие тока наблюдается лишь у растворов и расплавов электролитов, а нагревание отсутствует у сверхпроводников.

В лампочке накаливания вследствие прохождения электрического тока излучается видимый свет, а электродвигатель совершает механическую работу.

Сила тока.

Если в цепи идёт электрический ток, то это означает, что через поперечное сечение проводника всё время переносится электрический заряд.

Заряд, перенесённый в единицу времени, служит основной количественной характеристикой тока, называемой силой тока.

Если через поперечное сечение проводника за время Δt переносится заряд Δq, то среднее значение силы тока равно:

Средняя сила тока равна отношению заряда Δq, прошедшего через поперечное сечение проводника за промежуток времени Δt, к этому промежутку времени.

Если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным

.

Сила переменного тока в данный момент времени определяется также по формуле (15.1), но промежуток времени Δt в таком случае должен быть очень мал.

Сила тока, подобно заряду, — величина скалярная. Она может быть как положительной, так и отрицательной. Знак силы тока зависит от того, какое из направлений обхода контура принять за положительное. Сила тока I > 0, если направление тока совпадает с условно выбранным положительным направлением вдоль проводника. В противном случае I < 0.

Термин сила тока нельзя считать удачным, так как понятие сила, применяемое к току, не имеет никакого отношения к понятию сила в механике. Но термин сила тока был введён давно и утвердился в науке.

Связь силы тока со скоростью направленного движения частиц.

Пусть цилиндрический проводник (рис. 15.2) имеет поперечное сечение площадью S.

За положительное направление тока в проводнике примем направление слева направо. Заряд каждой частицы будем считать равным q0. В объёме проводника, ограниченном поперечными сечениями 1 и 2 с расстоянием Δl между ними, содержится nSΔl частиц, где n — концентрация частиц (носителей тока). Их общий заряд в выбранном объёме q = q0nSΔl. Если частицы движутся слева направо со средней скоростью υ, то за время все частицы, заключенные в рассматриваемом объёме, пройдут через поперечное сечение 2. Поэтому сила тока равна:

В СИ единицей силы тока является ампер (А).

Эта единица установлена на основе магнитного взаимодействия токов.

Измеряют силу тока амперметрами. Принцип устройства этих приборов основан на магнитном действии тока.

Скорость упорядоченного движения электронов в проводнике.

Найдём скорость упорядоченного перемещения электронов в металлическом проводнике. Согласно формуле (15.2) где е — модуль заряда электрона.

Пусть, например, сила тока I = 1 А, а площадь поперечного сечения проводника S = 10-6

м2. Модуль заряда электрона е = 1,6 • 10-19 Кл. Число электронов в 1 м3 меди равно числу атомов в этом объёме, так как один из валентных электронов каждого атома меди является свободным. Это число есть n ≈ 8,5 • 1028 м-3 (это число можно определить, если решить задачу 6 из § 54). Следовательно,

Как видите, скорость упорядоченного перемещения электронов очень мала. Она во много раз меньше скорости теплового движения электронов в металле.

Условия, необходимые для существования электрического тока.

Для возникновения и существования постоянного электрического тока в веществе необходимо наличие

свободных заряженных частиц.

Однако этого ещё недостаточно для возникновения тока.

Для создания и поддержания упорядоченного движения заряженных частиц необходима сила, действующая на них в определённом направлении.

Если эта сила перестанет действовать, то упорядоченное движение заряженных частиц прекратится из-за столкновений с ионами кристаллической решётки металлов или нейтральными молекулами электролитов и электроны будут двигаться беспорядочно.

На заряженные частицы, как мы знаем, действует электрическое поле с силой:

Обычно именно электрическое поле внутри проводника служит причиной, вызывающей и поддерживающей упорядоченное движение заряженных частиц.
Только в статическом случае, когда заряды покоятся, электрическое поле внутри проводника равно нулю.

Если внутри проводника имеется электрическое поле, то между концами проводника в соответствии с формулой (14.21) существует разность потенциалов. Как показал эксперимент, когда разность потенциалов не меняется во времени, в проводнике устанавливается постоянный электрический ток. Вдоль проводника потенциал уменьшается от максимального значения на одном конце проводника до минимального на другом, так как положительный заряд под действием сил поля перемещается в сторону убывания потенциала.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский



Законы постоянного тока — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Электрический ток. Сила тока — Закон Ома для участка цепи. Сопротивление — Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников — Примеры решения задач по теме «Закон Ома. Последовательное и параллельное соединения проводников» — Работа и мощность постоянного тока — Электродвижущая сила — Закон Ома для полной цепи — Примеры решения задач по теме «Работа и мощность постоянного тока. Закон Ома для полной цепи»

Физика в опытах. Часть 2. Электричество и магнетизм

Наглядно – интересно – просто – понятно!

Книга «Физика для чайников» Хольцнер С

Аннотация к книге «Физика для чайников» Хольцнер С.:
От термодинамики у вас мурашки по спине? От векторов бессонница? А электромагнетизм вызывает чувство страха? Не отчаивайтесь! Это удобное руководство упростит освоение основ физики. Опытный преподаватель Стивен Хольцнер поможет вам легко и непринужденно пройти все темы начального курса физики (от механики до оптики) и попутно расскажет о некоторых наиболее удивительных физических явлениях: энергии, теплоте, электричестве и многом другом.
Посмотрите на мир другими глазами. Узнайте, какую роль играет физика в окружающем нас мире.
Вечное движение. Начните с изучения базовых концепций расстояния, скорости и ускорения.
Да пребудет с вами сила. Познакомьтесь с законами Ньютона, понятиями силы, инерции, массы, трения и др.
Двигайтесь в правильном направлении. Преодолейте страх перед векторами и научитесь применять их при измерении скорости, ускорения и силы.
Энергичная работа. Узнайте, как энергия превращается в работу, почему энергия сохраняется и как движутся объекты вокруг нас.
Жаркие концепции термодинамики. Узнайте о том, как образуется тепло, как измеряется температура и как формулируется закон идеального газа.
Высокое напряжение. Изучите основы электричества и магнетизма, а также законы преломления света.
Основные темы книги:
единицы измерения и способы представления чисел;
как измерять расстояние, скорость и ускорение;
законы Ньютона;
трение, гравитация и наклонные плоскости;
векторы, моменты и типы движения;
законы термодинамики;
электричество и магнетизм;
Стивен Хольцнер получил докторскую степень по физике в Корнелльском университете и более 10 лет преподавал начальный курс физики студентам первых курсов. Автор множества книг по физике и компьютерным технологиям. Читать дальше…

Физика для чайников. Что происходит у нас на кухне с точки зрения науки | ОБЩЕСТВО

С какими физическими и химическими явлениями мы сталкиваемся практически каждый день, в специальной подборке «АиФ-НН».

Нагревание чайника

Явление: конвекция и теплопередача.

В основе нагревания воды в чайнике лежит физическое явление — конвекция. Теплота передаётся чайнику снизу, а вода — плохой проводник тепла. Именно благодаря конвекции энергия переносится струями жидкости, и вода нагревается по всему объёму.

Закрываем чайник при кипении мы тоже не случайно. При открытой крышке часть молекул, имеющих большую кинетическую энергию, будет улетать, унося энергию, поэтому вода быстрее закипит, если крышку закрыть.

Присутствует в чайной церемонии и такое физическое явление, как теплопередача. Не зря ручки у самоваров всегда были деревянными — дерево не самый лучший проводник тепла. Как, впрочем, и пластмасса, из которой сегодня делают электрические чайники.

Хорошая хозяйка также знает, что, если положить в стакан металлическую ложку, та примет часть тепла, и температура воды станет ниже. Тепловое расширение внутренних стенок будет меньше, и деформация не окажется разрушительной для стакана. Хорошо охладит чай и металлический подстаканник, поскольку он сам быстро нагревается и забирает тепло.

Заваривание чая

Явление: диффузия.

А если бросить в кипяток крупинки чая или заварной пакетик, не размешивая, можно увидеть, как распространяется чайный настой в чистой воде. Происходит диффузия жидкостей. Конечно, все мы знаем, что чай надо заваривать кипятком. Оказывается, при высокой температуре диффузия в жидкостях происходит быстрее. Примером диффузии в твёрдом теле может быть консервация. Кристаллы соли в воде распадаются на ионы, которые, хаотически двигаясь, проникают между молекулами веществ в составе тех же овощей или грибов.

На кухне можно наблюдать и физическое явление диффузии газов. Благодаря ему, сидя в другой комнате, можно понять, что готовится. Диффузия в газах может быть крайне опасной, из-за этого явления можно отравиться угарным и другими ядовитыми газами.

Гашение соды уксусом

Явление: реакция нейтрализации.

Без этого явления не было бы у хозяек вкусной выпечки. Когда мы гасим соду в ложке уксуса, происходит химическая реакция нейтрализации. Её результат — углекислый газ. Он стремится покинуть тесто и изменяет его структуру, делая пористым и рыхлым.

Правда, любой химик вам скажет: гасить соду вовсе не обязательно. При температуре от 60 градусов (а лучше 200) происходит разложение соды на карбонат натрия, воду и всё тот же углекислый газ. Однако реакция будет проходить несколько хуже, чем при гашении соды, а значит, хуже может оказаться и вкус готовых изделий из теста.

Варка курицы и пельменей

Явление: гидростатика — закон Архимеда.

Приготовившись сварить курицу, мы наполняем кастрюлю водой примерно наполовину или на три четверти — в зависимости от размера курицы. Погружённая в кастрюлю курица заметно уменьшается в весе, а вода поднимается к краям кастрюли. Это явление объясняется выталкивающей силой, или законом Архимеда. В этом случае на тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объёме погружённой части тела. Тот же принцип действует и при варке пельменей. Они вытеснят часть воды наверх ровно в том объёме, который занимают сами.

Собственно, свой закон Архимед придумал, занимаясь будничным делом — принимая ванну. Легенда гласит, что нагой Архимед бежал по улице и кричал «Эврика!» («Нашёл!»).

Проверка агрегатного состояния яиц

Явление: сохранение момента импульса.

Если раскрутить покрытое скорлупой варёное и сырое яйцо, то первое начнёт вращаться, а второе останется неподвижным. Всё потому, что внутри сырого яйца есть жидкость. Постоянно смещающийся внутри центр тяжести быстро замедляет вращение. У варёного же яйца центр тяжести остаётся в одной точке.

Добавляя при варке яиц соль, можно запустить химический процесс. Оказывается, именно в солёной воде белок «свёртывается» быстрее. Такая мгновенная реакция предотвращает яйца от растрескивания в кипятке.

Опускать яйца вариться именно в холодную воду тоже надо из научных соображений. Вещества, содержащиеся в яйце, при охлаждении сжимаются по-разному: белок уменьшается в объёме гораздо существеннее, чём скорлупа. Тогда мембрана, окружающая белок, отрывается от внутренней поверхности скорлупы и легко отходит.

Работа микроволновой печи

Явление: электромагнитное излучение.

Обычная микроволновая или СВЧ-печь с точки зрения физики носит устрашающее название — магнетрон. Это основной элемент каждой микроволновки, по сути, вакуумная лампа, которая создаёт СВЧ-излучение частотой 2,45 ГГц. Такое излучение необычно воздействует на обычную воду, которая содержится в любой пище, а также на молекулы жиров и сахара.

При облучении электромагнитными волнами эти молекулы начинают колебаться. Из-за этого между ними возникает трение, за счёт него выделяется тепло. Оно-то и разогревает пищу изнутри.

Расширим картину мира

Научный сотрудник Института прикладной физики РАН, популяризатор науки Артём Коржиманов, кандидат физико-математических наук:

«Конечно, окружающие нас бытовые приборы инженеры делают так, чтобы мы не разбирались особо, как это всё действует. Мы приходим в магазин, покупаем вещь, в случае поломки несем её в мастерскую. Но знание, как всё это устроено, в некотором смысле расширяет наши потребительские возможности — например, по управлению автомобилем, выбору марки машины. Если вы понимаете, как это работает, вы сможете более обоснованно и аргументированно сделать покупку. Это экономит время и деньги.

Знание, как вселенная устроена с точки зрения физических и химических явлений, расширяет картину мира, делает её более полной. Такая информация позволяет нам быть более мобильными в восприятии всего нового. Потом, просто понимая, что гроза — это электричество, можно обезопасить себя от неё».

Интересный факт

В быту мы часто сталкиваемся со статическим электричеством. Именно из-за него во все стороны торчат волосы после соприкосновения с пластиковой расчёской, «трещат» и липнут к телу синтетические вещи.

Если рассматривать эффект с физической точки зрения, то это самопроизвольно образующийся электрический заряд, возникающий из-за трения поверхностей друг о друга. Причиной тому — соприкосновение двух различных веществ самого диэлектрика. Атомы одного вещества отрывают электроны другого. После их разъединения каждое из тел сохраняет свой разряд, но при этом разность потенциалов растёт.

Электростатический разряд происходит при очень высоком напряжении и чрезвычайно низких токах. Они не дают статическому заряду нанести человеку вред после мгновенного разряда.

Статическое электричество отлично снимает обычная вода. Вода — хороший проводник и при небольшом начальном напряжении «принимает» весь заряд на себя.

Физика, 8 класс: уроки, тесты, задания

  • Изучаем тепловые явления

    1. Тепловое движение. Связь температуры тела со скоростью движения молекул
    2. Внутренняя энергия. Два способа изменения внутренней энергии
    3. Виды теплопередачи
    4. Количество теплоты как физическая величина
    5. Что такое удельная теплоёмкость вещества
    6. Что такое удельная теплота сгорания топлива
    7. Закон сохранения энергии в механических и тепловых процессах
  • Изменение состояния вещества

    1. Плавление и отвердевание тел.
      Температура плавления
    2. Что такое удельная теплота плавления
    3. Парообразование и конденсация
    4. Относительная влажность воздуха и её измерение. Психрометр
    5. Кипение.
      Температура кипения. Удельная теплота парообразования
    6. Объяснение изменений агрегатных состояний вещества
    7. Преобразования энергии в тепловых машинах
    8. Экологические проблемы использования тепловых машин
  • Изучаем электрические явления

    1. Проводники, диэлектрики и полупроводники
    2. Взаимодействие заряженных тел.
      Электрическое поле
    3. Закон сохранения электрического заряда
    4. Дискретность электрического заряда. Электрон. Строение атомов
    5. Электрический ток. Электрическая цепь. Гальванические элементы
    6. Электрический ток в металлах.
      Полупроводниковые приборы
    7. Сила тока как физическая величина. Амперметр
    8. Электрическое напряжение как физическая величина. Вольтметр
    9. Электрическое сопротивление как физическая величина. Закон Ома
    10. Удельное сопротивление.
      Реостаты. Резисторы
    11. Последовательное и параллельное соединения проводников. Правила
    12. Понятия работы и мощности электрического тока
    13. Количество теплоты, выделяемое проводником с током
    14. Счётчик электрической энергии
    15. Виды ламп накаливания
    16. Расчёт электроэнергии, потребляемой бытовыми электроприборами
    17. Короткое замыкание.
      Электробезопасность. Плавкие предохранители
  • Изучаем электромагнитные явления

    1. Магнитное поле. Направление магнитных линий
    2. Свойства электромагнитов
    3. Постоянные магниты.
      Магнитное поле Земли
    4. Движение проводника в магнитном поле. Электродвигатель. Динамик и микрофон
  • Изучаем световые явления

    1. Источники света. Прямолинейность распространения света
    2. Понятие отражения света.
      Закон отражения. Плоское зеркало
    3. Понятие преломления света. Закон преломления
    4. Линза. Фокусное расстояние линзы. Построение изображений
    5. Оптическая сила линзы. Глаз как оптическая система. Оптические приборы
  • Класс заполнен на 100 %

  • Электромагнетизм | Физика для идиотов

    Для электромагнетизма все, что вам нужно знать, — это то, что происходит, когда у вас есть + или — заряды, что происходит, когда они приближаются, и что происходит, когда они движутся. Вот и все! Для всех неквантовых ЭМ вам нужно всего 5 формул. Четыре уравнения Максвелла и уравнение Лоренца описывают все электричество, магнетизм, свет, звук, излучение, фактически большую часть физики:

    (1)

    (2)

    (3)

    (4)

    (5)

    Насколько плохой может быть тема, если вы можете описать все с помощью всего 5 уравнений, вы, вероятно, сможете уместить их все на обратной стороне пивного коврика.Теперь, когда вы ознакомились с выводом, мы можем перейти к началу и подробно прочитать всю историю. Если вы не изучаете университетский курс, вы можете уйти, не зная точно, что это уравнение означает или делает, но этот сайт объяснит их позже, сначала давайте вернемся к основам.

    Заряд бывает 2-х типов, положительный и отрицательный, и измеряется в кулонах (C). Если у вас есть заряд, он излучает поле во всех направлениях. Поле заряда обозначается буквой E, как в E-lectricity.Если вы поместите в поле еще один заряд, он почувствует силу. Подобные обвинения отталкиваются, а непохожие — притягиваются. Чем больше заряд, тем сильнее сила и чем дальше заряды, тем слабее сила, чего вы и ожидали. Эти отношения могут быть представлены законом Кулона;

    и

    ‘s — это два заряда, и это расстояние между ними в квадрате. Другой бит — это просто константа, которая примерно равна

    00000.(Точный вывод этого закона можно найти здесь). Из них вы можете видеть, что сила — это просто поле, умноженное на любой вложенный вами заряд. Используя это, вы можете определить поле или силу между частицами, атомами или чем-либо, имеющим заряд, при условии, что они не движутся. Как только вы начинаете заряжаться, происходят другие вещи.

    Как только заряд начинает двигаться, он создает другое поле. Новое поле — это магнетизм и обозначается буквой B, как в B-магматизме?

    Причина, по которой это буква B, заключается просто в том, что это было второе место в алфавитном списке:

    • Электромагнитный векторный потенциал: A
    • Магнитная индукция: B
    • Полный электрический ток: C
    • Рабочий объем: D
    • Электродвижущая сила: E
    • Механическое усилие: F
    • Скорость в точке: G
    • Сила магнитного поля: H

    (Это также объясняет, откуда берется H для тех, кто заинтересован).

    Итак, теперь ваша частица или атом, или что-то еще, имеет 2 выходящих поля. Полное уравнение, описывающее, как оба поля действуют на частицу, —

    .

    , которая известна как сила Лоренца. Символ не означает умножение, в данном контексте он означает перекрестное произведение. По сути, это короткий способ записать «умножить на синус угла между». Это потому, что поле сдвигается под углом 90 °, в каком бы направлении оно ни указывало И в каком бы направлении вы ни двигались.Теперь, если вы не делаете EM после уровня A, вы можете забыть о направлениях и углах и просто написать

    Если мы расширим приведенное выше выражение, мы получим

    Но мы уже можем описать один из этих моментов, это просто закон Кулона. Кроме того, на уровне A или ниже ситуация, вероятно, будет упрощена, поэтому вам нужно только рассмотреть поля и отдельно. Таким образом, вам, вероятно, придется использовать только одну из следующих двух формул:

    Очевидно, это сила и заряд, и это два поля, описанные ранее, и скорость движущегося заряда. Электрическое поле измеряется в единицах СИ: ньютоны на кулон () или, что то же самое, вольты на метр (). Магнитное поле имеет единицы СИ, равные теслам (Т), что эквивалентно Веберам на квадратный метр () или вольт-секундам на квадратный метр ()

    .

    Теперь я не большой поклонник схем, никогда не был, теперь, надеюсь, я буду достаточно профессионален, чтобы моя неприязнь к ним не отражалась в этом разделе, но если это произойдет, я заранее извиняюсь. Если я действительно начну бороться со своей ненавистью, мне, возможно, придется позвонить второму писателю

    Цепи в основном представляют собой серию движущихся зарядов со случайным объектом или устройством, которые влияют на поток.Когда я говорю, что электроны движутся, большинство людей подумают, что их скорость приближается к скорости света, но это неверно. Настоящие электроны движутся ОЧЕНЬ медленно, это волна, которая распространяется быстро. Как сказано выше, подобные заряды отталкиваются, поэтому поместите один электрон рядом с другим, и они разойдутся. С током в проводе у вас в основном есть трубка электронов, и вы добавляете один к одному из концов, это заставляет следующий электрон двигаться вниз, который, в свою очередь, толкает следующий и так далее.Итак, у вас есть эффект мексиканской волны, который движется быстро, но сами электроны движутся очень медленно.

    Цепи

    обычно содержат всевозможные различные объекты и устройства в зависимости от того, для чего они предназначены, и в зависимости от того, как вы их все настраиваете в цепи, зависит, как вы выполняете все свои вычисления.

    Что есть что?

    Если вы настроили все свои компоненты в замкнутом цикле, например,

    , то мы говорим, что все компоненты относятся к серии .Если вы настроите их с ветвящимися путями, например,

    , то мы говорим, что компоненты находятся в Parallel . Вы также можете создавать схемы, которые представляют собой смесь последовательного и параллельного участков, например,

    Амперы, Вольты и Ом (Боже мой!)

    Мы называем движущиеся заряды током, и он измеряется в единицах СИ — амперах (А). Ампер эквивалентен количеству заряда, прошедшего за определенное время, поэтому 2 кулона за 6 секунд будут эквивалентны 0.3А. Это, как и большинство других вещей в физике, можно выразить в красивой формуле, которую вы можете усвоить.

    Еще одна важная идея в схемах — это напряжение или разность потенциалов. Вольт — это в основном разница электрического потенциала в двух разных точках. Электрический потенциал между двумя точками равен

    .

    где — расстояние между и. Это в основном поле, умноженное на расстояние.

    Еще одна важная идея, связанная с цепями, — сопротивление.Сопротивление — это в основном мера того, какое сопротивление противостоит электрическому току. Почти все объекты или устройства в цепи вызывают сопротивление, и для расчета общего сопротивления в цепи вы используете одно или несколько из этих правил

    Одним из самых важных и фундаментальных уравнений в схемах является закон Ома, который связывает ток, напряжение и сопротивление.

    Вот и все. Классическая EM не идет дальше этого.Эти 4 являются фундаментальным уравнением для ВСЕХ полей в EM. Им может потребоваться немного времени, чтобы разобраться, но как только вы это сделаете, все должно иметь смысл.

    Если вы не знаете об интеграции и дифференциации, я предлагаю вам перейти к разделу «Интеграция» или «Дифференциация», я попытаюсь объяснить это здесь, но в основном сосредоточусь на физике.

    Закон Гаусса

    Хорошо, тогда сначала у нас есть закон Гаусса.

    Это говорит о том, что интеграл электрического поля через замкнутую область равен полному заряду внутри этой области, деленному на. — это константа, называемая проницаемостью свободного пространства, и она проявляется во всей физике вместе с проницаемостью свободного пространства. Это уравнение означает, что вы можете взять ЛЮБУЮ замкнутую поверхность, которая вам нравится, и найти проходящее через нее поле, при условии, что вы можете делать математику. Обычно ты не можешь. Однако есть ряд случаев, когда это приятно и легко.Случаи, когда поле выходит прямо через поверхность равномерно. Кейсы

    • Сферическая поверхность вокруг точки или сферы
    • A Цилиндрическая поверхность вокруг бесконечного провода
    • A Обычная поверхность над сечением бесконечной плоскости

    Я допускаю, что это звучит расплывчато и абстрактно, поэтому я продемонстрирую их с помощью диаграммы.

    Это гауссовы поверхности. По сути, с этими поверхностями все, что вы пытаетесь сделать, — это облегчить жизнь.Просто убедитесь, что поверхность всегда находится на одинаковом расстоянии от источника заряда и что поле всегда проходит под углом 90 градусов. Затем вы можете проработать интеграл с закрытыми глазами. Это очень просто. Левая часть закона Гаусса становится в Е раз больше поверхности выбранной вами формы.

    Таким образом, закон Гаусса для сферы принимает вид

    .

    Который ранее был введен как Закон Кулона, теперь вы знаете, откуда он взялся. Закон Гаусса для бесконечной линии заряда составляет всего

    .

    Теперь в этом было введено кое-что новенькое,. Если у вас есть бесконечная линия заряда, то общий заряд на ней бесконечен, и невозможно узнать, сколько этого бесконечного заряда у вас будет внутри вашей гауссовой поверхности. Вот где приходит значение заряда на единицу длины, так что если = 4 см и у вас 5 метров, то заряд будет всего 20 градусов. Вот и все, всего лишь стоимость заряда.

    Для бесконечной поверхности закон Гаусса становится

    Еще раз был добавлен новый символ, но такой же, как и раньше. — это просто заряд на единицу площади, поэтому, если = 5 см и у вас есть площадь 100 м, общий заряд составляет 500 С.

    Заряженное кольцо

    Допустим, у вас есть заряженное кольцо, и вам нужно знать поле, создаваемое им. И снова мы будем использовать один из важнейших инструментов физики, чтобы упростить работу. Сначала мы будем смотреть только на поле вдоль оси кольца, иначе все будет слишком сложно, и это не стоит усилий. Теперь давайте возьмем очень маленькую часть кольца и скажем, что это сфера. Это неправда, но чем меньше мы делаем секцию, тем больше мы можем сделать ее похожей на точечный заряд. Так у вас что-то вроде этого

    Вы хотите найти поле в точке вдоль оси кольца полного заряда и радиуса. Небольшая квадратная секция вверху — это кусочек, который вы считаете заряженной сферой. Теперь мы не знаем, сколько заряда стоит в этом маленьком разделе, так как вы можете сделать его любого размера, который захотите, поэтому мы просто называем начисление, небольшое количество.Итак, теперь у нас

    Теперь, если вы думаете об этом, каждый бит кольца выше оси, толкающей вниз, будет иметь равный бит ниже оси, толкающей вверх. То же самое будет и с левой, и с правой, и со всеми остальными частями кольца. Таким образом, вся сила от кольца будет действовать только вдоль оси. Чтобы проработать только этот бит, нам нужно использовать какой-то триггер. Нам нужно умножить поле, чтобы получить осевую составляющую.

    Как вы можете знать или не знать, можно также описать (с использованием SOH CAH TOA) следующие отношения для нашей ситуации

    As — смежная сторона и гипотенуза.Итак, теперь у нас

    Однако мы можем не знать, что это такое. Мы знаем радиус диска, и расстояние, на котором мы находимся от диска,. Используя немного старого Пифагора, мы можем переписать его в терминах и

    Итак, теперь наше уравнение выглядит так

    Теперь мы хотим избавиться от этого, поэтому интегрируем

    Теперь мы знаем из диаграммы в начале, что общий заряд на диске равен, поэтому, если мы сложим все маленькие биты от общего количества, должно быть, значит, интеграл будет справедливым.

    Вот оно, поле от заряженного диска. Все, что вам нужно, это поле с точки и некоторые триггерные знания, и вы можете это решить. Я мог бы просто дать вам окончательное решение, но так вы сможете увидеть, откуда оно взялось, а затем, если вы его забудете, вы сможете решить его, руководствуясь первыми принципами, как указано выше.

    Закон Гаусса для магнетизма

    Это красиво и легко, но имеет большое значение. Закон Гаусса для магнетизма —

    .

    Это похоже на обычный закон Гаусса в том, что он описывает поле, на этот раз его магнитное поле.Он говорит, что интеграл от B по замкнутой поверхности равен нулю. Ничего такого. Каждая линия поля, выходящая за пределы поверхности, имеет входящий эквивалент. Полного поля нет. Это означает, что получить источники Магнитного поля невозможно. В то время как электроны и протоны являются источниками поля, от которого силовые линии расходятся или сходятся к нему, магнитного аналога нет. Силовые линии магнитного поля — это всегда замкнутые контуры, без начала и без конца. Это, конечно, не остановило людей от подготовки на случай, если мы обнаружим магнитный монополь.

    Это уравнение может показаться хорошим, но оно само по себе совершенно бесполезно. Обычно нулевой результат в физике очень важен, это означает, что может происходить что-то особенное, здесь он показывает, что магнитных монополей не существует.

    Закон Фарадея

    Теперь все становится сложнее, вот и закон Фарадея,

    Я подробно расскажу вам, что это на самом деле означает. Сначала у нас есть левая часть, что очень просто. Это похоже на закон Гаусса, только интеграл над другим.Вместо нахождения полного поля через поверхность, мы теперь находим полное поле вокруг замкнутого контура. Вот и все, что отличается от левой стороны, никаких поверхностей, только замкнутые контуры. Теперь о правой стороне. Во-первых, у нас есть минус, замечать это сложно. Зачем это нужно, будет объяснено позже. Далее у нас есть еще один интеграл, и этот выглядит ужасно. Символ в основном означает небольшое изменение. Так происходит изменение, и это изменение в том, где время. Целое — это скорость изменения, насколько сильно изменяется () в данный момент ().И это интегрируется по области. — это область внутри замкнутого цикла, если вы нарисуете какую-то случайную волнистую фигуру, убедившись, что линия не пересекает сама себя и соединяется сама с собой, тогда длина вокруг линии — ваша, а область внутри линии — ваша. Да просто? Таким образом, сумма в цикле просто равна минусу изменения в цикле.

    Что будет, если нет? Ну нет, так это ноль, что делает интеграл 0, значит, нет. Что будет, если у вас будет константа? Ну опять 0.Таким образом, равен нулю, что делает интеграл равным 0, поэтому снова нет. Вы можете вызвать поле только из изменяющегося поля .

    Важность знака минус проистекает из того факта, что поля создают поля, а поля создают поля (как показано в законах Фарадея и Ампера). Если бы не было минуса, поля просто продолжали бы строить и строить, в конечном итоге давая бесконечную энергию, а это недопустимо!

    Закон Ампера-Максвелла

    Последнее из уравнений Максвелла — это закон Ампера-Максвелла.Как первые два закона были похожи, так и последние два, в них есть шаблон в таком порядке, который может облегчить их запоминание. над областью, над областью, вокруг петли и, наконец, вокруг петли. Уравнение

    Левая сторона, легкая, интегральная с B вокруг замкнутого контура. Правая сторона, не все так просто. Сначала давайте проигнорируем этот бит, я вернусь к этому. В остальном это очень похоже на закон Фарадея. У вас есть еще одно изменяющееся поле, интегрированное в область, но на этот раз его.Однако на этот раз вместо умножения на минус 1 вы умножаете на. Еще раз, это две очень важные ценности в физике, по отдельности и вместе. Они лежат в основе EM. Итак, ваше магнитное поле вокруг петли просто равно изменяющемуся полю E, проходящему через него раз, но тогда вам нужно добавить немного. Это бит. Это просто ток, который проходит через цикл раз, потому что, как сказано в Stuff Moving, если у вас есть движущийся заряд, то есть ток, тогда вы получите магнитное поле.Итак, вам нужно сложить две части вместе. Красный.

    Помимо написания приведенных выше уравнений Максвелла в так называемой интегральной форме, вы также можете записать их в дифференциальной форме, например,

    Запись уравнений Максвелла в одной из двух вышеупомянутых форм на самом деле является упрощением. И интегральная форма, и дифференциальная форма являются векторными уравнениями, и они избавляют вас от необходимости писать полные 8 уравнений Максвелла для полей и во всех трех измерениях.

    [su_spoiler title = ”8‘ Original ’Maxwell Equations» style = «fancy»]

    [/ su_spoiler]

    Оказывается, вы также можете компактифицировать четыре векторных уравнения Максвелла в два тензорных уравнения, например, так

    Вот вектор с четырьмя компонентами, иногда называемый 4-током, и представляет собой матрицу 4 × 4, называемую электромагнитным тензором.Они определены как

    (6)

    (7)

    где — скорость света. Символы and просто сообщают вам, где в векторе или матрице искать, но для некоторых сбивает с толку начало с 0, поэтому и (не путать с кубом). То же самое с, так и

    Электричество для «чайников». Школа электрика

    Предлагаем небольшой материал на тему: «Электроэнергия для начинающих». Он даст начальное представление об условиях и явлениях, связанных с движением электронов в металлах.

    Характеристики термина

    Электричество — это энергия мелких заряженных частиц, движущихся в проводниках в определенном направлении.

    При постоянном токе не меняется его величина или направление движения в течение определенного периода времени. Если в качестве источника тока выбран гальванический элемент (аккумулятор), в этом случае заряд движется упорядоченно: от отрицательного полюса к положительному концу. Процесс продолжается до полного исчезновения.

    Переменный ток периодически меняет значение, а также направление движения.

    Схема передачи переменного тока

    Попробуем разобраться, какая фаза в электричестве. Это слово слышат все, но не все понимают его истинное значение. Не будем вдаваться в подробности и подробности, выберем только тот материал, который необходим домашнему мастеру. Трехфазная сеть — это метод передачи электрического тока, при котором три тока протекают, а один — обратным. Например, в электрической цепи два провода.

    По первому проводу к потребителю, например к чайнику, идет ток. Второй провод используется для его возврата. Когда такая цепь разомкнута, прохождения электрического заряда внутри проводника не будет. Эта схема описывает однофазную схему. Какая фаза в электричестве? Фаза — это провод, по которому проходит электрический ток. Ноль относится к проводу, который возвращается. В трехфазной цепи присутствуют сразу три фазных провода.

    Электрический щит в квартире необходим для распределения электрического тока по всем комнатам. Трехфазные сети считаются экономически целесообразными, поскольку для них не нужны два нулевых провода. При приближении к потребителю происходит разделение тока на три фазы, и в каждой ноль. Заземляющее устройство, которое используется в однофазной сети, не несет нагрузки. Это предохранитель.

    Например, при коротком замыкании есть опасность поражения электрическим током, возгорания.Чтобы не допустить такой ситуации, текущее значение не должно превышать безопасного уровня, превышение уходит в землю.

    Пособие «Школа электрика» поможет новичкам справиться с некоторыми поломками бытовой техники. Например, если возникнут проблемы с работой электродвигателя стиральной машины, ток будет течь к внешнему металлическому кожуху.

    Если заземления нет, заряд будет распределяться по машине. Когда вы касаетесь его руками, человек действует как заземляющий проводник, получая поражение электрическим током.Если есть заземляющий провод, такой ситуации не возникает.

    Особенности электротехники

    Пособие «Электричество для чайников» популярно среди тех, кто далек от физики, но планирует использовать эту науку в практических целях.

    Начало девятнадцатого века считается датой появления электротехники. Именно в это время был создан первый источник тока. Открытия, сделанные в области магнетизма и электричества, обогатили науку новыми концепциями и фактами, имеющими важное практическое значение.

    Пособие «Школа электрика» предполагает знакомство с основными терминами, касающимися электричества.

    Советы новичкам

    Во многих сборниках физики есть сложные электрические схемы, а также множество непонятных терминов. Для того, чтобы новички разобрались во всех тонкостях этого раздела физики, было разработано специальное пособие «Электричество для чайников». Экскурсию в мир электрона нужно начинать с рассмотрения теоретических законов и представлений.Наглядные примеры, исторические факты, использованные в книге «Электричество для чайников», помогут усвоить знания начинающим электрикам. Для проверки успеваемости можно использовать задания, тесты, упражнения, связанные с электричеством.

    Если вы понимаете, что у вас недостаточно теоретических знаний, чтобы разобраться с электропроводкой самостоятельно, обратитесь к «манекенам».

    Безопасность и практика

    Во-первых, вам необходимо внимательно изучить раздел о безопасности. В этом случае во время работ, связанных с электричеством, не будет опасных для здоровья чрезвычайных ситуаций.

    Чтобы применить на практике теоретические знания, полученные после самостоятельного изучения основ электротехники, можно начать со старой бытовой техники. Перед тем как приступить к ремонту, обязательно ознакомьтесь с инструкцией, прилагаемой к устройству. Не забывайте, что с электричеством шутить не надо.

    Электрический ток связан с движением электронов в проводниках. Если вещество не способно проводить ток, его называют диэлектриком (изолятором).

    Для движения свободных электронов от одного полюса к другому должна быть определенная разность потенциалов между ними.

    Сила тока, проходящего через проводник, связана с количеством электронов, проходящих через поперечное сечение проводника.

    На скорость электрического тока влияют материал, длина и площадь поперечного сечения проводника. С увеличением длины провода увеличивается его сопротивление.

    Заключение

    Электричество — важный и сложный раздел физики.В пособии «Электроэнергия для чайников» рассмотрены основные значения, характеризующие КПД электродвигателей. Единицы измерения напряжения — вольты, сила тока — в амперах.

    Любой источник питания имеет определенную мощность. Подразумевается количество электроэнергии, произведенной устройством за определенный период времени. Потребители энергии (холодильники, стиральные машины, чайники, утюги) также имеют электроэнергию, потребляя электроэнергию во время работы. При желании можно провести математические расчеты, определить примерную плату за каждый бытовой прибор.

    Что такое электричество? — Чудеса физики — UW – Madison

    Большинство людей знают, что такое электричество. Он выходит из розеток в наших домах и заставляет свет включаться. Если вы прикоснетесь к нему, это может повредить вам. Это почему? Почему вы испытываете шок, когда дотрагиваетесь до дверной ручки? Молния похожа на электричество. Это почему?

    Все в мире состоит из крошечных частиц, называемых атомами. Они настолько малы, что их невозможно увидеть даже в микроскоп. Атомы состоят из двух видов электрического заряда.В середине атомов находятся положительные заряды, а с внешней стороны — отрицательные. В большинстве случаев положительных зарядов столько же, сколько отрицательных. У каждого положительного заряда есть отрицательный партнер. Однако иногда бывает слишком много зарядов одного вида. Эти наценки идут на поиски компаньона. Эти отрицательные заряды называются электронами и не удерживаются в атоме очень плотно, поэтому им легко перемещаться. Движущиеся электроны составляют то, что мы называем электричеством.Есть два вида электричества: статическое и текущее.

    Статическое электричество — это то, что заставляет ваши волосы встать дыбом, когда вы терзаете их воздушным шаром или ударяете вас дверной ручкой. В статическом электричестве электроны перемещаются механически (т. Е. Когда кто-то трется друг о друга двумя предметами). Когда вы водите ногами по ковру, с ковра соскребается дополнительный заряд, который накапливается на вашем теле. Когда вы касаетесь дверной ручки, весь заряд хочет покинуть вас и перейти к дверной ручке. Вы видите искру и получаете ток, когда электроны покидают вас.

    Молния является результатом статического электричества. Во время грозы отрицательно заряженные частицы могут накапливаться в облаке. Электроны отталкиваются друг от друга; они действительно не любят друг друга и хотят уйти друг от друга как можно дальше. Наибольшее расстояние, на которое они могут уйти друг от друга, — это войти в землю, потому что это самая большая вещь вокруг. Когда электроны прыгают в группу, мы видим молнию. Это похоже на большую искру. Бенджамин Франклин выяснил, что молния может быть очень опасной.У молнии более 20 миллионов вольт!

    В современном электричестве электричество должно течь по замкнутому контуру, называемому контуром. Если петля где-нибудь разорвется, электричество не пройдет. Это похоже на кровь в теле. Кровь прокачивается сердцем по артериям и в конечном итоге возвращается к сердцу по венам. В цепи электрические заряды — это кровь, а провода — это артерии и вены. Электрические заряды обладают определенным количеством энергии. Мера этой энергии называется напряжением (Вольт).Батарея фонарика имеет около 1 ½ вольт, а ваша настенная розетка — около 120 вольт. Электроны, движущиеся по цепи, называются током. Вы можете получить удар электрическим током, когда через ваше тело протекает большой ток — много электронов.

    Электроны в цепи должны выталкиваться чем-то, например батареей. Если вы посмотрите на один конец батареи, есть знак +, где находятся дополнительные положительные заряды. На другом конце, где стоит знак -, есть дополнительные отрицательные заряды (электроны).Когда мы включаем фонарик, электроны вылетают из батареи по проводам и попадают туда, где находятся положительные заряды. По пути они пробегают провод внутри лампочки. Тонкий провод внутри колбы сильно нагревается и зажигает свет.

    Квантовая механика для ДУММИ. Электричество, солнечная энергия, Yahoo… | Татум Роузмонд

    Электричество, солнечная энергия, Yahoo, Google, комиксы DC, чудо, а теперь физика и квантовая физика. В какой-то момент истории все эти нововведения считались революционными.

    Если вы помешаны на комиксах (как и я), вы, вероятно, слышали слово «квант» больше, чем несколько раз. Но представьте, что научная фантастика и комиксы становятся реальностью. Представьте себе возможность проникать сквозь стены, находиться в нескольких местах одновременно, быть неразрывно связанными, независимо от того, где вы находитесь во вселенной.

    Представьте себе квантовую механику.

    Майкл Джордан не знает

    Короче говоря, квантовая механика — это инструменты для управления субатомными частицами, такими как атомы, молекулы, электроны, протоны, нейроны и т. Д.выполнять супер крутые вещи.

    В этой вселенной у нас есть мир, каким мы его знаем, и квантовое царство. Обычно (в нашем мире) мы видим такие вещи, как молекулы, электроны и т. Д. В форме частиц. В квантовой сфере они называются волновыми функциями. Ученые не уверены, существуют ли эти волны на самом деле или они всего лишь абстрактные математические волны (но мы поговорим об этом позже).

    Просто знай, что правила классической физики неприменимы в квантовой сфере (так что забудьте о Ньютоне).

    Помните, в начале я упоминал, что когда вы находитесь в нескольких местах одновременно, суперпозиция это позволяет. Это происходит из-за того, что одна волна может быть получена путем добавления или наложения нескольких волн. Суперпозиция просто означает сложение волн.

    Чтобы частично понять концепцию суперпозиции, я использовал мысленный эксперимент с котом Шредингера.

    Поместите кошку в запечатанный ящик с ядом, у которого есть 50% шанс убить кошку в течение следующего часа. Через час (согласно квантовой механике и Шредингеру), за мгновение до открытия коробки, кошка мертва и жива.Мысль о том, что кошка одновременно жива и мертва, является сверхъестественной, но это суперпозиция.

    Пейнтбольный пистолет стреляет в стену с двумя отверстиями и одной стеной за ней. Обычно на второй стене было бы только две полосы, но, согласно квантовой суперпозиции, в конце концов, на второй стене начнут формироваться несколько линий.

    Эксперимент с двойной щелью

    Это происходит из-за свойства, называемого распределением вероятностей. Распределение вероятностей позволяет иметь несколько результатов в одном эксперименте.

    Из эксперимента с двойной щелью мы знаем, что субатомные частицы ведут себя волнообразно. Выше упрощенный рисунок распространенной электронной волны. В квантовой сфере эти волны распространяются на одну локализованную частицу, что называется квантовым коллапсом.

    Я знаю, что это не имеет смысла, но, как сказал Ричард Фейнман:

    «Если вы думаете, что понимаете квантовую механику, вы не понимаете квантовую механику» (Ричард Фейнман)

    Немного обескураживает, но мы можно попробовать.

    Вы правы! Запутанность — это способность субатомных частиц быть неразрывно связанными в идеальном унисоне независимо от того, где во Вселенной или в какой они форме. влюбиться и запутаться (понятно?). Теперь, когда они запутаны, они связаны в идеальном единстве, независимо от обстоятельств. Эти две волновые функции теперь считаются одной (представьте, если бы человеческие затруднения, я имею в виду столкновения, были такими).

    Но давайте углубимся, как работает квантовая запутанность ?

    Альберт Эйнштейн назвал квантовую запутанность «жутким действием на расстоянии». Он был напуган, потому что считал возможным, что квантовая связь запутанности была быстрее скорости света (что противоречило его теории относительности и, как теперь известно, неверно).

    Раньше я просто объяснял запутанность в виде волновых функций, теперь я объясню запутанность в виде частиц.<Их можно использовать как взаимозаменяемые.

    У частиц есть несколько свойств:

    Мы можем разделить эти свойства на две категории. Природные свойства и действительно странные, неестественные свойства (похожие на Дилана и Коула Спроус).

    Как ни странно, «вращение», которое в конечном итоге позволяет этим частицам общаться, падает в естественных свойствах.

    Все частицы обладают этим свойством, называемым «вращением». На самом деле они не вращаются, но это близкая аналогия.Частицы могут двигаться без движения и ориентироваться в пространстве. Мы можем измерить спин частицы, но только зная, имеет ли она вращение вверх или вниз.

    Частица раскручивается вверх, когда выравнивается с измерением, и замедляется, когда это не так.

    Можно подумать, что каждая частица имеет определенный спин вверх или вниз, но это не так, что нарушает еще один закон классической физики — угловой момент. Запутанная частица имеет одну частицу со спином вверх и одну частицу со спином вниз.

    По-прежнему довольно сложно измерить запутанную квантовую волну или частицу, потому что одна сторона волны / частицы может находиться на расстоянии триллионов световых лет или совсем в другом царстве.

    Всем любителям Людей Икс, знаете ли вы, кто такая Китти Прайд? Если это так, то вы знаете, что она способна преодолевать твердые преграды. Это похоже на то, что делают частицы и волновые функции при встрече с преградой (не со складами Страйфа или Магнето). По сути, волновая функция проходит через барьер, и частица должна находиться на другой стороне.

    Это основано на том факте, что кинетическая энергия <потенциальной энергии. Давайте разберемся с этим.

    Представьте, что вы пытаетесь провести мяч над большой квадратной горой. Согласно классической физике, получить мяч на другой стороне невозможно.

    При квантовом туннелировании, если вы используете достаточно потенциальной энергии, шар появится на другой стороне. В этом примере потенциальная энергия — это волновая функция. Нет простого способа объяснить это явление, просто знайте, квантовое туннелирование = преодоление барьеров.

    Квантовая механика сделает все в 10 раз больше (для вас, читателей TKS, вы знаете, о чем я говорю). Это не только усилит вычислительную мощность, но и улучшит каждую новую технологию. Квантовая физика буквально является ключом к существованию Вселенной, и, как и во Вселенной, мы все еще так много не знаем о квантовой механике.

    « Но в чем шумиха?» Ты спрашиваешь. Интерфейс мозга и компьютера, искусственный интеллект, экстремальные вычисления — это всего лишь несколько технологий, которые имеют и будут иметь большое влияние квант. Хотите узнать больше о последствиях квантовой механики, щелкните эту статью.

    Когда мы научимся полностью использовать возможности квантовой механики INSANE , человечество станет неудержимым. — Татум Розмонд

    Электрический заряд — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

    Электрический заряд — это основное свойство электронов, протонов и других субатомных частиц. Электроны заряжены отрицательно, а протоны — положительно.Вещи, заряженные отрицательно, и предметы, заряженные положительно, притягивают (притягивают) друг друга. Это заставляет электроны и протоны слипаться, образуя атомы. Вещи с одинаковым зарядом отталкивают друг друга (они отталкивают друг друга). Это называется «Закон о сборах » . Его открыл Шарль-Огюстен де Кулон. Закон, который описывает, насколько сильно заряды притягивают и толкают друг друга, называется законом Кулона. [1]

    Вещи с одинаковым количеством электронов и протонов нейтральны . Вещи, в которых электронов больше, чем протонов, заряжены отрицательно, а предметы, в которых электронов меньше, чем протонов, заряжены положительно. Вещи с одинаковым зарядом отталкивают друг друга. Вещи с разным зарядом притягиваются друг к другу. Если возможно, тот, у которого слишком много электронов, даст достаточно электронов, чтобы соответствовать количеству протонов в том, у которого слишком много протонов для его загрузки электронами. Если электронов достаточно, чтобы соответствовать дополнительным протонам, то эти две вещи больше не будут притягивать друг друга.Когда электроны перемещаются из места, где их слишком много, в место, где их слишком мало, это называется электрическим током.

    Когда человек шаркает ногами по ковру, а затем касается латунной дверной ручки, он может получить удар электрическим током. Если имеется достаточно дополнительных электронов, тогда силы, с которой эти электроны отталкивают друг друга, может быть достаточно, чтобы заставить некоторые электроны перепрыгнуть через зазор между человеком и дверной ручкой. Длина искры является мерой напряжения или «электрического давления».«Число электронов, которые перемещаются из одного места в другое за единицу времени, измеренное как сила тока или« скорость потока электронов ».

    Если человек получает положительный или отрицательный заряд, это может заставить его волосы встать дыбом, потому что заряды в каждом волосе отталкивают их от других.

    Электрический заряд, ощущаемый при ударе дверной ручкой или другим предметом, обычно составляет от 25 до 30 тысяч вольт. Однако электрический ток проходит непродолжительное время, поэтому поток электронов через тело человека не причиняет физического вреда.С другой стороны, когда облака накапливают электрические заряды, они имеют еще более высокое напряжение, а сила тока (количество электронов, которые будут течь при ударе молнии) может быть очень высокой. Это означает, что электроны могут прыгать с облака на землю (или с земли на облако). Если эти электроны проходят через человека, поражение электрическим током может вызвать ожог или смерть.

    Следующий эксперимент описан Джеймсом Клерком Максвеллом в его работе Трактат об электричестве и магнетизме (1873).Обычно стекло и смола заряжены нейтрально. Однако, если их потереть друг о друга, а затем разделить, они смогут притягиваться друг к другу.

    Если протереть второй кусок стекла вторым куском смолы, будут видны следующие вещи:

    1. Два куска стекла отталкиваются друг от друга.
    2. Каждый кусок стекла притягивает каждый кусок смолы.
    3. Два куска смолы отталкиваются друг от друга.

    Если соединить заряженный и незаряженный объекты, притяжение будет очень слабым.

    Тела, которые могут притягивать или отталкивать предметы таким образом, называются «наэлектризованными» или «заряженными электричеством». Когда два разных вещества трутся друг о друга, возникает электрический заряд, потому что одно из них отдает электроны другому. Причина в том, что атомы в двух веществах обладают неодинаковой способностью притягивать электроны. Таким образом, тот, кто более способен притягивать электроны, будет забирать электроны у того, который имеет меньшую силу притяжения. Если стекло трется о что-то еще, оно может отдавать или принимать электроны.Что произойдет, зависит от другого.

    Вещи, которые забрали электроны, называются «отрицательно заряженными», а вещи, которые потеряли электроны, называются «положительно заряженными». Для этих названий нет особой причины. Это просто произвольное (случайный выбор) соглашение (соглашение).

    Помимо того, что тела наэлектризованы трением, тела могут быть наэлектризованы многими другими способами.

    1. ↑ Перселл, Эдвард М. и Дэвид Дж. Морин 2013. Электричество и магнетизм .3-е изд., Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-01402-2

    Аттракцион со статическим электричеством — Scientific American

    Ключевые концепции
    Электричество
    Электроника
    Изоляторы
    Кондукторы

    Введение
    Вы когда-нибудь задумывались, почему, когда вы натираете голову воздушным шаром, одеялом или даже зимней шапкой, волосы встают дыбом? Эффект возникает из-за статического электричества, но как создается статическое электричество и почему от него волосы встают дыбом?

    Статическое электричество — это накопление электрического заряда в объекте. Иногда статическое электричество может внезапно разрядиться, например, когда в небе вспыхивает молния. В других случаях статическое электричество может заставить предметы цепляться друг за друга. Подумайте, как слипаются носки, только что вынутые из сушилки. Это происходит, когда объекты имеют противоположные заряды, положительный и отрицательный, которые притягиваются. (Объекты с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга.) Может ли статическое электричество заставить воздушный шар прилипнуть к стене? Как вы думаете, сколько вам нужно было бы тереть?

    Фон
    Когда один объект трется о другой, может возникнуть статическое электричество.Это происходит потому, что трение создает отрицательный заряд, переносимый электронами. Электроны могут накапливаться и производить статическое электричество. Например, когда вы шаркаете ногами по ковру, вы создаете множество поверхностных контактов между ногами и ковром, позволяя электронам переходить к вам, тем самым создавая статический заряд на вашей коже. Когда вы касаетесь другого человека или предмета, вы можете внезапно разрядить статический заряд в виде электрического шока.

    Точно так же, когда вы натираете воздушный шар о голову, он вызывает накопление противоположных статических зарядов как на ваших волосах, так и на воздушном шаре.Следовательно, когда вы медленно оттягиваете шар от головы, вы можете увидеть, как эти два противоположных статических заряда притягиваются друг к другу и заставляют ваши волосы встать дыбом.

    Материалы
    • Воздушный шар
    • Изделие из шерсти (например, свитер, шарф, одеяло или клубок пряжи)
    • Секундомер
    • Стенка
    • Партнер (необязательно)

    Подготовка
    • Надуйте воздушный шарик и завяжите его конец.
    • Попросите вашего партнера использовать секундомер.

    Процедура
    • Держите воздушный шар так, чтобы ваша рука покрывала как можно меньшую площадь его поверхности, например, используя только большой и указательный пальцы, или взяв воздушный шар за шейку в месте привязки.
    • Потрите шар о шерстяной предмет один раз в одном направлении.
    • Держите воздушный шар на стене так, чтобы сторона, которая была натерта о шерсть, была обращена к стене, затем отпустите его. Шар остается на стене? Если воздушный шар застрял, попросите вашего напарника немедленно запустить секундомер, чтобы отследить, как долго воздушный шар остается привязанным к стене. Если воздушный шарик не прилипает, переходите к следующему шагу.
    • Прикоснитесь воздушным шаром к металлическому объекту. Как вы думаете, почему это важно?
    • Повторите описанный выше процесс, но каждый раз увеличивайте количество раз, когда вы натираете шарик о шерстяной предмет. Каждый раз потирайте шарик в одном и том же направлении.(Не трите воздушный шарик взад и вперед.) Сколько нужно потирать, чтобы шарик прилип к стене на несколько секунд? А как насчет нескольких минут?
    • Вы можете повторить весь этот процесс еще два раза. Совпадают ли ваши наблюдения для каждого испытания с предыдущими испытаниями?
    Extra: Дает ли трение в одном направлении другой результат, чем трение взад и вперед? Попробуйте сравнить одинаковое количество движений в одном направлении с теми, которые выполняются взад и вперед. Один остается на стене дольше другого?
    Extra: Попробуйте сравнить эффективность различных материалов для создания статического заряда. Натирание шерсти работает лучше, чем натирание шелка? Разработайте эксперимент для проверки нескольких различных материалов: шелка, шерсти, нейлона, полиэстера, пластика, металла и т. Д.

    Наблюдения и результаты
    В общем, баллон прилипал к стене на более длительное время, когда вы увеличивали количество раз, когда вы терли воздушный шарик о шерстяной предмет?

    Шерсть — проводящий материал, а это значит, что она легко отдает свои электроны.Следовательно, когда вы натираете шарик о шерсть, электроны перемещаются от шерсти к поверхности шарика. Натертая часть шара теперь имеет отрицательный заряд. Предметы из резины, такие как воздушный шар, являются электрическими изоляторами, что означает, что они сопротивляются электрическим зарядам, протекающим через них. Вот почему только часть воздушного шара может иметь отрицательный заряд (там, где его терла шерсть), а остальная часть может оставаться нейтральной.

    Когда воздушный шар натерется достаточно раз, чтобы получить достаточный отрицательный заряд, он будет притягиваться к стене.Хотя стена обычно должна иметь нейтральный заряд, заряды внутри нее могут перестраиваться так, что положительно заряженная область притягивает отрицательно заряженный шар. Поскольку стена также является электрическим изолятором, заряд не разряжается сразу. Однако, поскольку металл является электрическим проводником, когда вы трут воздушный шар о металл, лишние электроны в воздушном шаре быстро покидают воздушный шар и перемещаются в металл, поэтому воздушный шар больше не притягивается и не прилипает.

    Больше для изучения
    «Статическое электричество: узнайте о статическом заряде и статическом шоке» из Science Made Simple
    «Шокирующая правда, скрывающаяся за статическим электричеством» из Live Science
    «Статическое электричество: справочная информация для учителя» из музея of Science, Бостон
    «Сопротивление статическому электричеству» от Science Buddies

    Это упражнение предоставлено вам в партнерстве с Science Buddies

    Квантовая физика | New Scientist

    Что такое квантовая физика? Проще говоря, это физика, которая объясняет, как все работает: лучшее, что у нас есть, описание природы частиц, составляющих материю, и сил, с которыми они взаимодействуют.

    Квантовая физика лежит в основе того, как работают атомы, и почему химия и биология работают именно так. Вы, я и столб ворот — по крайней мере, на каком-то уровне мы все танцуем под квантовую мелодию. Если вы хотите объяснить, как электроны движутся через компьютерный чип, как фотоны света превращаются в электрический ток в солнечной панели или усиливаются в лазере, или даже как солнце продолжает гореть, вам нужно будет использовать квантовую физику. .

    Здесь начинаются трудности, а для физиков — самое интересное.Начнем с того, что единой квантовой теории не существует. Существует квантовая механика, основная математическая структура, лежащая в основе всего этого, которая была впервые разработана в 1920-х годах Нильсом Бором, Вернером Гейзенбергом, Эрвином Шредингером и другими. Он характеризует простые вещи, такие как изменение положения или импульса отдельной частицы или группы из нескольких частиц с течением времени.

    Но чтобы понять, как все работает в реальном мире, квантовая механика должна быть объединена с другими элементами физики — в первую очередь, специальной теорией относительности Альберта Эйнштейна, которая объясняет, что происходит, когда вещи движутся очень быстро, — чтобы создать то, что известно как квантовая теория относительности. теории поля.

    Три разные квантовые теории поля имеют дело с тремя из четырех фундаментальных сил, посредством которых взаимодействует материя: электромагнетизм, который объясняет, как атомы держатся вместе; сильное ядерное взаимодействие, которое объясняет стабильность ядра в сердце атома; и слабое ядерное взаимодействие, которое объясняет, почему некоторые атомы подвергаются радиоактивному распаду.

    За последние пять десятилетий эти три теории были объединены в ветхую коалицию, известную как «стандартная модель» физики элементарных частиц.Несмотря на все впечатление, что эта модель слегка скреплена липкой лентой, это наиболее точно проверенная картина основной работы материи из когда-либо созданных. Его главная слава пришла в 2012 году с открытием бозона Хиггса, частицы, придающей всем другим фундаментальным частицам их массу, существование которой было предсказано на основе квантовых теорий поля еще в 1964 году.

    Обычные квантовые теории поля хорошо работают при описании результатов экспериментов на ускорителях высокоэнергетических частиц, таких как Большой адронный коллайдер ЦЕРНа, где был открыт Хиггс, который исследует материю в ее мельчайших масштабах.Но если вы хотите понять, как все работает во многих менее эзотерических ситуациях — как электроны движутся или не проходят через твердый материал и, таким образом, превращают материал в металл, изолятор или полупроводник, например, — все становится еще сложнее.

    Миллиарды и миллиарды взаимодействий в этой многолюдной среде требуют разработки «эффективных теорий поля», которые затушевывают некоторые кровавые детали. Трудность построения таких теорий заключается в том, почему многие важные вопросы физики твердого тела остаются нерешенными — например, почему при низких температурах некоторые материалы являются сверхпроводниками, пропускающими ток без электрического сопротивления, и почему мы не можем заставить этот трюк работать при комнатной температуре. .

    Но за всеми этими практическими проблемами кроется огромная квантовая загадка. На базовом уровне квантовая физика предсказывает очень странные вещи о том, как работает материя, которые полностью расходятся с тем, как вещи работают в реальном мире. Квантовые частицы могут вести себя как частицы, расположенные в одном месте; или они могут действовать как волны, распространяясь по всему пространству или сразу в нескольких местах. Как они выглядят, кажется, зависит от того, как мы их измеряем, и до того, как мы измерим, кажется, что они вообще не имеют определенных свойств, что приводит нас к фундаментальной загадке о природе базовой реальности.

    Эта нечеткость приводит к очевидным парадоксам, таким как кошка Шредингера, в которой благодаря неопределенному квантовому процессу кошка остается мертвой и живой одновременно. Но это не все. Квантовые частицы также, кажется, могут мгновенно влиять друг на друга, даже когда они находятся далеко друг от друга. Это действительно вводящее в заблуждение явление известно как запутанность, или, как сказал Эйнштейн (великий критик квантовой теории), «жуткое действие на расстоянии». Такие квантовые возможности совершенно чужды нам, но они являются основой новых технологий, таких как сверхзащищенная квантовая криптография и сверхмощные квантовые вычисления.

    Но что все это значит, никто не знает. Некоторые люди думают, что мы должны просто согласиться с тем, что квантовая физика объясняет материальный мир в терминах, которые мы не можем сопоставить с нашим опытом в более широком, «классическом» мире. Другие думают, что должна быть какая-то лучшая, более интуитивная теория, которую нам еще предстоит открыть.

    При этом в комнате несколько слонов. Для начала, существует четвертая фундаментальная сила природы, которую пока что квантовая теория не смогла объяснить.Гравитация остается территорией общей теории относительности Эйнштейна, строго неквантовой теории, которая даже не касается частиц. Десятки лет интенсивные попытки подвести гравитацию под квантовый зонтик и таким образом объяснить всю фундаментальную физику в рамках одной «теории всего» ни к чему не привели.

    Между тем космологические измерения показывают, что более 95 процентов Вселенной состоит из темной материи и темной энергии, материалов, для которых у нас в настоящее время нет объяснения в рамках стандартной модели, и загадок, таких как степень роли квантовой физики в беспорядке.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *