Elektrostatika pēta tādu lādiņu īpašības un mijiedarbību, kas ir stacionāri atskaites sistēmā, kurā tie tiek aplūkoti.
Dabā ir tikai divu veidu elektriskie lādiņi – negatīvie un pozitīvie. Pozitīvs lādiņš var rasties stikla stienim, kas noberzts ar ādu, un negatīvs lādiņš var rasties dzintaram, kas berzts ar vilnas audumu.
Mēs zinām, ka visi ķermeņi sastāv no atomiem. Savukārt atoms sastāv no pozitīvi lādēta kodola un elektroniem, kas griežas ap to. Tā kā elektroniem ir negatīvs lādiņš un kodols ir pozitīvs, atoms kopumā ir elektriski neitrāls. Kad tas tiek pakļauts tam no ārpuses, tas var zaudēt vienu vai vairākus elektronus un pārvērsties par pozitīvi lādētu jonu. Gadījumā, ja atoms (vai molekula) pievienos sev papildu elektronu, tas pārvērtīsies par negatīvu jonu.
Tādējādi elektriskais lādiņš var pastāvēt negatīvu vai pozitīvu jonu un elektronu veidā. Ir viena veida "brīvā elektrība" - negatīvie elektroni. Tāpēc, ja ķermenim ir pozitīvs lādiņš, tam nav pietiekami daudz elektronu, un, ja tam ir negatīvs lādiņš, tad tam ir pārpalikums.
Jebkuras vielas elektriskās īpašības nosaka tās atomu struktūra. Atomi var zaudēt pat dažus elektronus, un tādā gadījumā tos sauc par daudzkārt jonizētiem. Atoma kodols sastāv no protoniem un neitroniem. Katrs protons nes lādiņu, kas vienāds ar lādiņu elektrons, bet pretējā zīmē. Neitroni ir elektriski neitrālas daļiņas (nr elektriskais lādiņš).
Papildus protoniem un elektroniem elektriskais lādiņš ir arī citām elementārdaļiņām. Elektriskais lādiņš ir neatņemama sastāvdaļa elementārdaļiņas.
Par mazāko lādiņu uzskata lādiņu, kas vienāds ar elektrona lādiņu. To sauc arī par elementāro lādiņu, kas ir vienāds ar 1,6 10 -19 C. Jebkurš lādiņš ir vesela elektronu lādiņu skaita reizinājums. Tāpēc ķermeņa elektrifikācija nevar notikt nepārtraukti, bet tikai pakāpeniski (diskrēti), pēc elektronu lādiņa vērtības.
Ja pozitīvi uzlādēts ķermenis sāk uzlādēties (uzlādēts ar negatīvu elektrību), tad tā lādiņš nemainīsies uzreiz, bet vispirms samazināsies līdz nullei un tikai tad iegūs negatīvu potenciālu. No tā mēs varam secināt, ka viņi viens otru kompensē. Šis fakts lika zinātniekiem secināt, ka "neuzlādētos" ķermeņos vienmēr ir pozitīvu un negatīvu zīmju lādiņi, kas ir ietverti tādā daudzumā, ka to darbība pilnībā kompensē viens otru.
Elektrificējot ar berzi, negatīvie un pozitīvie "elementi", kas atrodas "neuzlādētajā ķermenī", tiek atdalīti. Ķermeņa negatīvo elementu (elektronu) kustības rezultātā abi ķermeņi tiek elektrificēti, un viens no tiem ir negatīvs, bet otrs ir pozitīvs. "Plūsmas" apjoms no viena elementa uz otru lādiņu paliek nemainīgs visa procesa laikā.
No tā var secināt, ka maksas nav tiek radīti un nepazūd, bet tikai “plūst” no viena ķermeņa uz otru vai pārvietojas tajā. Tāda ir elektrisko lādiņu nezūdamības likuma būtība. Berzes laikā daudzi materiāli tiek elektrificēti - ebonīts, stikls un daudzi citi. Daudzās nozarēs (tekstila, papīra un citās) statiskās elektrības klātbūtne ir nopietna inženiertehniska problēma, jo elementu elektrifikācija, ko izraisa papīra, auduma vai citu ražošanas produktu berze uz mašīnu daļām, var izraisīt ugunsgrēkus un sprādzienus.
Lādiņa nezūdamības likumu var formulēt īsāk - izolētā sistēmā uzlādēto elementu algebriskā summa paliek nemainīga:
Šis likums ir spēkā arī dažādu elementārdaļiņu, kas veido atomu un kodolu kopumā, savstarpējām pārvērtībām.
>>Fizika: elektriskā lādiņa nezūdamības likums
Jūs zināt, ka ķermeņu masa tiek saglabāta. Tiek saglabāts arī elektriskais lādiņš. Tas ir lādiņš, nevis uzlādēto daļiņu skaits.
Plākšņu elektrizēšanas pieredze pierāda, ka, elektrificējot ar berzi, esošie lādiņi tiek pārdalīti starp ķermeņiem, kas pirmajā brīdī ir neitrāli. Neliela daļa elektronu pāriet no viena ķermeņa uz otru. Šajā gadījumā jaunas daļiņas neparādās, un iepriekš esošās nepazūd.
Elektrificējot ķermeņus, elektriskā lādiņa nezūdamības likums
. Šis likums ir spēkā sistēmai, kas neienāk no ārpuses un no kuras neiziet lādētas daļiņas, t.i. izolēta sistēma. Izolētā sistēmā tiek saglabāta visu daļiņu lādiņu algebriskā summa
. Ja daļiņu lādiņus apzīmē ar q 1 , q 2 utt., tad
Lādiņa nezūdamības likumam ir dziļa nozīme. Ja uzlādēto elementārdaļiņu skaits nemainās, tad lādiņa nezūdamības likums ir acīmredzams. Bet elementārdaļiņas var pārvērsties viena par otru, piedzimt un izzust, dodot dzīvību jaunām daļiņām. Tomēr visos gadījumos lādētas daļiņas rodas tikai pa pāriem ar vienāda moduļa lādiņiem un pretēju zīmi; lādētās daļiņas arī pazūd tikai pa pāriem, pārvēršoties neitrālos. Un visos šajos gadījumos lādiņu algebriskā summa paliek nemainīga.
Lādiņa nezūdamības likuma spēkā esamību apstiprina novērojumi par milzīgu skaitu elementārdaļiņu transformāciju. Šis likums izsaka vienu no svarīgākajām elektriskā lādiņa īpašībām. Lādiņu saglabāšanas iemesls joprojām nav zināms.
Elektriskais lādiņš Visumā saglabājas. Visticamāk ir kopējais Visuma elektriskais lādiņš nulle; pozitīvi lādētu elementārdaļiņu skaits ir vienāds ar negatīvi lādētu elementārdaļiņu skaitu.
???
1. Formulējiet elektriskā lādiņa nezūdamības likumu.
2. Sniedziet piemērus parādībām, kurās tiek novērota lādiņa saglabāšanās.
G.Ja.Mjakiševs, B.B.Buhovcevs, N.N.Socskis, fizikas 10. klase
Nodarbības saturs nodarbības kopsavilkums atbalsta rāmis nodarbības prezentācijas akseleratīvas metodes interaktīvās tehnoloģijas Prakse uzdevumi un vingrinājumi pašpārbaudes darbnīcas, apmācības, gadījumi, uzdevumi mājasdarbi diskusijas jautājumi retoriski jautājumi no studentiem Ilustrācijas audio, video klipi un multivide fotogrāfijas, attēli, grafika, tabulas, shēmas, humors, anekdotes, joki, komiksi līdzības, teicieni, krustvārdu mīklas, citāti Papildinājumi tēzes raksti mikroshēmas zinātkāriem apkrāptu lapas mācību grāmatas pamata un papildu terminu glosārijs cits Mācību grāmatu un stundu pilnveidošanakļūdu labošana mācību grāmatā Inovācijas elementu fragmenta atjaunošana mācību grāmatā mācību stundā novecojušo zināšanu aizstāšana ar jaunām Tikai skolotājiem ideālas nodarbības kalendārais plāns gadam vadlīnijas diskusiju programmas Integrētās nodarbībasJa jums ir labojumi vai ieteikumi šai nodarbībai,
Lādiņa nezūdamības likums nosaka, ka noteiktas slēgtas sistēmas mijiedarbības laikā ar apkārtējo telpu lādiņa daudzums, kas iziet no sistēmas caur tās virsmu, ir vienāds ar lādiņa daudzumu, kas ienāk sistēmā. Citiem vārdiem sakot, visu sistēmas lādiņu algebriskā summa ir nulle.
Formula 1 — Lādiņa nezūdamības likums
Kā zināms, dabā ir divu veidu lādiņi. Tie ir pozitīvi un negatīvi. Arī lādiņa lielums ir diskrēts, tas ir, tas var mainīties tikai pa daļām. elementārais lādiņš uzskatīts par elektrona lādiņu. Ja atomam pievieno vienu elektronu, tas kļūst par negatīvi lādētu jonu. Un ja atņem, tad pozitīvi.
Lādiņa nezūdamības likuma pamatideja ir tāda, ka lādiņš nerodas no nekurienes un nepazūd nekurienē. Kad parādās vienas zīmes lādiņš, uzreiz parādās lādiņš pretējā zīme vienāda izmēra.
Lai apstiprinātu šo likumu, mēs veiksim eksperimentu. Viņam mums ir vajadzīgi divi elektrometri. Tās ir ierīces, kas parāda elektrisko lādiņu. Tas sastāv no stieņa, uz kura ir fiksēta ass. Uz ass ir bultiņa. Tas viss ir ievietots cilindriskā korpusā, no abām pusēm noslēgts ar stiklu.
Uz pirmā elektrometra stieņa ir metāla disks. Uz kura mēs ievietosim vēl vienu šādu disku. Starp diskiem ir nepieciešams novietot kaut kādu izolatoru. Piemēram, audums. Augšējam diskam ir dielektrisks rokturis. Turot šo rokturi, mēs berzēsim diskus vienu pret otru. Tādējādi tos elektrizējot.
1. attēls - Elektrometri ar tiem pievienotiem diskiem
Pēc augšējā diska noņemšanas elektrometrs parādīs lādiņu. Viņa bulta novirzīsies. Tālāk mēs ņemam disku un pieskaramies tam otrā elektrometra stienim. Viņš arī novirzīs bultiņu, norādot uz lādiņa klātbūtni. Lai gan lādiņš būs ar pretēju zīmi. Turklāt, ja savienosim elektrometru stieņus, bultiņas atgriezīsies sākotnējā stāvoklī. Tas ir, maksas atceļ viena otru.
2. attēls - diska uzlādes kompensācija
Kas notika šajā eksperimentā. Kad mēs berzējām diskus vienu pret otru, disku metālā bija lādiņu atdalīšanās. Sākotnēji katrs disks bija elektriski neitrāls. Viens no tiem saņēma elektronu pārpalikumu, tas ir, negatīvu lādiņu. Citam pietrūka elektronu, tas ir, viņš kļuva pozitīvi uzlādēts.
Apsūdzības šajā lietā nav radušās no nekurienes. Tie jau atradās vadošajos diskos. Tikai viņi savā starpā tika kompensēti. Mēs viņus vienkārši atdalījām. Vienlaicīgi ievietojot dažādos diskos. Kad savienojām elektrometru stieņus, lādiņi atkal kompensējās viens ar otru. Ko norādīja bultiņas.
Ja mēs uzskatām elektrometrus un diskus par vienota sistēma. Tad, neskatoties uz visām mūsu manipulācijām, šīs sistēmas kopējā uzlāde visu laiku bija nemainīga. Sākotnēji diski bija elektriski neitrāli. Pēc atdalīšanas parādījās liela daļa pozitīvo un negatīvo lādiņu. Vienkārši tie bija vienāda izmēra. Tas nozīmē, ka lādiņš sistēmā paliek nemainīgs. Pēc stieņu pievienošanas sistēma atgriezās sākotnējā stāvoklī.
ir viens no dabas pamatlikumiem. Lādiņu saglabāšanas likumu 1747. gadā atklāja B. Franklins.
Elektrons- daļiņa, kas ir atoma daļa. Fizikas vēsturē ir bijuši vairāki atoma uzbūves modeļi. Viens no tiem, kas ļauj izskaidrot vairākus eksperimentālus faktus, tostarp elektrifikācijas parādība , tika ierosināts E. Rezerfords. Pamatojoties uz saviem eksperimentiem, viņš secināja, ka atoma centrā atrodas pozitīvi lādēts kodols, ap kuru orbītās pārvietojas negatīvi lādēti elektroni. Neitrālā atomā kodola pozitīvais lādiņš ir vienāds ar kopējo elektronu negatīvo lādiņu. Atoma kodols sastāv no pozitīvi lādētiem protoniem un neitrālām neitronu daļiņām. Protona lādiņš pēc moduļa ir vienāds ar elektrona lādiņu. Ja no neitrāla atoma tiek noņemts viens vai vairāki elektroni, tad tas kļūst par pozitīvi lādētu jonu; Ja atomam pievieno elektronus, tas kļūst par negatīvi lādētu jonu.
Zināšanas par atoma uzbūvi ļauj izskaidrot elektrifikācijas fenomenu berze . Elektronus, kas ir brīvi saistīti ar kodolu, var atdalīt no viena atoma un pievienot citam. Tas izskaidro, kāpēc var veidoties viens ķermenis elektronu trūkums, un no otras - viņu lieko. Šajā gadījumā pirmais ķermenis tiek uzlādēts pozitīvi , un otrais - negatīvs .
Elektrifikācijas laikā, maksas pārdale , abi ķermeņi ir elektrificēti, iegūstot vienāda lieluma pretēju zīmju lādiņus. Šajā gadījumā elektrisko lādiņu algebriskā summa pirms un pēc elektrifikācijas paliek nemainīga:
q 1 + q 2 + … + q n = konst.
Plākšņu lādiņu algebriskā summa pirms un pēc elektrifikācijas ir vienāda ar nulli. Rakstītā vienlīdzība izsaka dabas pamatlikumu - elektriskā lādiņa nezūdamības likums.
Tāpat kā jebkuram fiziskajam likumam, tam ir noteiktas piemērojamības robežas: tas ir spēkā slēgtai ķermeņu sistēmai , t.i. no citiem objektiem izolētu ķermeņu kopumam.
Pilnīgi visi zina tādu lietu kā enerģijas nezūdamības likums. Enerģija nerodas no nekā un nepazūd nekurienē. Tas mainās tikai no vienas formas uz otru.
Šis ir Visuma pamatlikums. Pateicoties šim likumam, Visums var pastāvēt stabili un ilgu laiku.
Paziņojums par lādiņu saglabāšanas likumu
Ir vēl viens līdzīgs likums, kas arī ir viens no fundamentālajiem. Šis ir elektriskā lādiņa nezūdamības likums.
Ķermeņos, kas atrodas miera stāvoklī un elektriski neitrāli, pretēju zīmju lādiņi ir vienādi un savstarpēji kompensē viens otru. Kad daži ķermeņi tiek elektrificēti ar citiem, lādiņi pāriet no viena ķermeņa uz otru, bet to kopējais lādiņš paliek nemainīgs.
Izolētā ķermeņu sistēmā kopējais kopējais lādiņš vienmēr ir vienāds ar kādu nemainīgu vērtību: q_1+q_2+⋯+q_n=const, kur q_1, q_2, …, q_n ir sistēmā iekļauto ķermeņu vai daļiņu lādiņi.
Kā ir ar daļiņu pārveidošanu?
Ir viens punkts, kas var radīt jautājumus par daļiņu transformāciju. Patiešām, daļiņas var dzemdēt un pazust, pārejot citās daļiņās, starojumā vai enerģijā.
Šajā gadījumā šādi procesi var notikt gan ar neitrālām, gan lādiņu nesošām daļiņām. Kā šajā gadījumā izturēties pret lādiņu saglabāšanas likumu?
Izrādījās, ka daļiņu dzimšana un izzušana var notikt tikai pa pāriem. Tas ir, daļiņas pāriet cita veida eksistencē, piemēram, starojumā tikai kā pāris, kad vienlaikus pazūd gan pozitīvās, gan negatīvās daļiņas.
Šajā gadījumā parādās noteikta veida starojums un noteikta enerģija. Pretējā gadījumā, kad lādētas daļiņas dzimst kāda starojuma un enerģijas patēriņa ietekmē, tās arī dzimst tikai pāros: pozitīvas un negatīvas.
Attiecīgi jaunizveidotā daļiņu pāra kopējais lādiņš būs vienāds ar nulli un lādiņa saglabāšanas likums ir izpildīts.
Eksperimentāls likuma apstiprinājums
Elektriskā lādiņa nezūdamības likuma izpilde daudzkārt ir eksperimentāli apstiprināta. Nav neviena fakta, kas runātu citādi.
Tāpēc zinātnieki uzskata, ka visu Visuma ķermeņu kopējais elektriskais lādiņš paliek nemainīgs un, visticamāk, ir vienāds ar nulli. Tas ir, visu skaits pozitīvi lādiņi ir vienāds ar visu negatīvo lādiņu skaitu.
Lādiņu saglabāšanas likuma pastāvēšanas būtība joprojām nav skaidra. Jo īpaši nav skaidrs, kāpēc lādētas daļiņas rodas un iznīcina tikai pa pāriem.