Elektrostatika studion vetitë dhe ndërveprimet e ngarkesave që janë të palëvizshme në kuadrin e referencës në të cilën ato konsiderohen.
Në natyrë, ekzistojnë vetëm dy lloje të ngarkesave elektrike - negative dhe pozitive. Një ngarkesë pozitive mund të shfaqet në një shufër xhami të fërkuar me lëkurë dhe një ngarkesë negative në qelibar të fërkuar me një leckë leshi.
Dihet se të gjithë trupat përbëhen nga atome. Nga ana tjetër, një atom përbëhet nga një bërthamë e ngarkuar pozitivisht dhe elektrone që rrotullohen rreth tij. Meqenëse elektronet kanë një ngarkesë negative, dhe bërthama është pozitive, atomi në tërësi është elektrikisht neutral. Kur ekspozohet ndaj tij nga jashtë, mund të humbasë një ose më shumë elektrone dhe të kthehet në një jon të ngarkuar pozitivisht. Nëse një atom (ose një molekulë) i bashkon vetes një elektron shtesë, ai do të kthehet në një jon negativ.
Kështu, një ngarkesë elektrike mund të ekzistojë në formën e joneve dhe elektroneve negative ose pozitive. Ekziston një lloj "energji elektrike falas" - elektronet negative. Prandaj, nëse një trup ka një ngarkesë pozitive, ai nuk ka mjaftueshëm elektrone, dhe nëse është negativ, atëherë ka një tepricë.
Vetitë elektrike të çdo substance janë për shkak të strukturës së saj atomike. Atomet madje mund të humbasin disa elektrone, në këtë rast ato quhen të jonizuara të shumëfishta. Bërthama e një atomi përbëhet nga protone dhe neutrone. Çdo proton mbart një ngarkesë që e barabartë me ngarkesën elektron, por në shenjë të kundërt. Neutronet janë grimca elektrike neutrale (nuk ka ngarkesë elektrike).
Përveç protoneve dhe elektroneve, ngarkesa elektrike kanë edhe grimcat e tjera elementare. Ngarkesa elektrike është një pjesë integrale grimcat elementare.
Ngarkesa më e vogël konsiderohet të jetë një ngarkesë e barabartë me ngarkesën e një elektroni. Quhet gjithashtu ngarkesa elementare, e cila është e barabartë me 1,6 · 10 -19 C. Çdo ngarkesë është shumëfish i një numri të plotë ngarkesash elektronesh. Prandaj, elektrifikimi i trupit nuk mund të ndodhë vazhdimisht, por vetëm me hapa (në mënyrë diskrete), nga sasia e ngarkesës së elektronit.
Nëse një trup i ngarkuar pozitivisht fillon të rimbushet (ngarkohet me energji elektrike negative), atëherë ngarkesa e tij nuk do të ndryshojë menjëherë, por në fillim do të ulet në zero dhe vetëm atëherë do të fitojë një potencial negativ. Prandaj, mund të konkludojmë se ato kompensojnë njëra-tjetrën. Ky fakt i çoi shkencëtarët në përfundimin se në trupat "të pakarikuar" ka gjithmonë ngarkesa të shenjave pozitive dhe negative, të cilat përmbahen në sasi të tilla që veprimi i tyre kompenson plotësisht njëri-tjetrin.
Gjatë elektrifikimit nga fërkimi, "elementet" negative dhe pozitive që gjenden në "trupin e pangarkuar" ndahen. Si rezultat i lëvizjes së elementeve negative të trupit (elektroneve), të dy trupat elektrizohen, njëri prej tyre është negativ dhe tjetri pozitiv. Sasia e ngarkesave që "rrjedhin" nga një element në tjetrin mbetet konstante gjatë gjithë procesit.
Prandaj, mund të konkludojmë se tarifat jo krijohen dhe nuk zhduken, por vetëm "rrjedhin" nga një trup në tjetrin ose lëvizin brenda tij. Ky është thelbi i ligjit të ruajtjes së ngarkesave elektrike. Shumë materiale i nënshtrohen elektrifikimit gjatë fërkimit - eboniti, qelqi dhe shumë të tjera. Në shumë industri (tekstile, letër dhe të tjera), prania e elektricitetit statik është një problem serioz inxhinierik, pasi elektrifikimi i elementeve të shkaktuar nga fërkimi i letrës, pëlhurës ose produkteve të tjera të prodhuara kundër pjesëve të makinerive mund të shkaktojë zjarre dhe shpërthime.
Ligji i ruajtjes së ngarkesës mund të formulohet në një formë më të shkurtër - në një sistem të izoluar, shuma algjebrike e elementeve të ngarkuar mbetet konstante:
Ky ligj vlen edhe për shndërrimet e ndërsjella të grimcave të ndryshme elementare që përbëjnë atomin dhe bërthamën në tërësi.
>> Fizikë: Ligji i ruajtjes së ngarkesës elektrike
Ju e dini se masa e trupave është e ruajtur. Ngarkesa elektrike është gjithashtu e ruajtur. Është ngarkesa, jo numri i grimcave të ngarkuara.
Përvoja me elektrifikimin e pllakave dëshmon se gjatë elektrifikimit me fërkim, ngarkesat ekzistuese rishpërndahen ndërmjet trupave që në momentin e parë janë neutralë. Një pjesë e vogël e elektroneve transferohen nga një trup në tjetrin. Në këtë rast, grimcat e reja nuk shfaqen, dhe ato që ekzistonin më parë nuk zhduken.
Kur trupat janë të elektrizuar, ligji i ruajtjes së ngarkesës elektrike
... Ky ligj është i vlefshëm për një sistem që nuk hyn nga jashtë dhe nga i cili grimcat e ngarkuara nuk dalin, d.m.th. sistem i izoluar. Në një sistem të izoluar, shuma algjebrike e ngarkesave të të gjitha grimcave ruhet
... Nëse ngarkesat e grimcave shënohen me q 1, q 2 etj., pastaj
Ligji i ruajtjes së ngarkesës ka një kuptim të thellë. Nëse numri i grimcave elementare të ngarkuara nuk ndryshon, atëherë përmbushja e ligjit të ruajtjes së ngarkesës është e dukshme. Por grimcat elementare mund të shndërrohen në njëra-tjetrën, të lindin dhe të zhduken, duke u dhënë jetë grimcave të reja. Megjithatë, në të gjitha rastet, grimcat e ngarkuara lindin vetëm në çifte me ngarkesa të së njëjtës madhësi dhe të kundërta në shenjë; grimcat e ngarkuara gjithashtu zhduken vetëm në çifte, duke u kthyer në ato neutrale. Dhe në të gjitha këto raste, shuma algjebrike e ngarkesave mbetet e njëjtë.
Vlefshmëria e ligjit të ruajtjes së ngarkesës konfirmohet nga vëzhgimet e një numri të madh transformimesh të grimcave elementare. Ky ligj shpreh një nga vetitë më themelore të ngarkesës elektrike. Arsyeja e ruajtjes së ngarkesës ende nuk dihet.
Ngarkesa elektrike ruhet në Univers. Ngarkesa totale elektrike e universit është më e mundshme është zero; numri i grimcave elementare të ngarkuara pozitivisht është i barabartë me numrin e grimcave elementare të ngarkuara negativisht.
???
1. Formuloni ligjin e ruajtjes së ngarkesës elektrike.
2. Jepni shembuj të dukurive në të cilat vërehet ruajtja e ngarkesës.
G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev, N.N. Sotsky, Klasa e Fizikës 10
Përmbajtja e mësimit përvijimi i mësimit mbështetja e prezantimit të mësimit në kuadër të metodave përshpejtuese teknologjitë ndërvepruese Praktikoni detyra dhe ushtrime seminare vetëtestimi, trajnime, raste, kërkime detyra shtëpie pyetje diskutimi pyetje retorike nga nxënësit Ilustrime audio, videoklipe dhe multimedia foto, foto, tabela, tabela, skema humori, shaka, shaka, shëmbëlltyra komike, thënie, fjalëkryqe, citate Suplementet abstrakte artikuj patate të skuqura për fletët mashtruese kurioze tekste mësimore fjalor bazë dhe shtesë i termave të tjerët Përmirësimi i teksteve dhe mësimeverregullime të gabimeve në tutorial përditësimi i një fragmenti në tekstin shkollor elementet e inovacionit në mësim duke zëvendësuar njohuritë e vjetruara me të reja Vetëm për mësuesit leksione perfekte plani kalendar për vitin udhëzime axhendë e diskutimit Mësime të integruaraNëse keni ndonjë korrigjim ose sugjerim për këtë mësim,
Ligji i ruajtjes së ngarkesës thotë se gjatë bashkëveprimit të një sistemi të mbyllur me hapësirën përreth, sasia e ngarkesës që del nga sistemi përmes sipërfaqes së tij është e barabartë me sasinë e ngarkesës që ka hyrë në sistem. Me fjalë të tjera, shuma algjebrike e të gjitha ngarkesave në sistem është zero.
Formula 1 - Ligji i ruajtjes së ngarkesës
Siç e dini, ekzistojnë dy lloje të tarifave në natyrë. Këto janë pozitive dhe negative. Gjithashtu, shuma e tarifës është diskrete, domethënë mund të ndryshojë vetëm në pjesë. Ngarkesa elementare merret parasysh ngarkesa e elektronit. Nëse një atom i shtohet një elektron, atëherë ai bëhet një jon i ngarkuar negativisht. Dhe nëse e hiqni atë, atëherë pozitive.
Ideja kryesore e ligjit të ruajtjes së ngarkesës është se ngarkesa nuk lind nga askund dhe nuk zhduket askund. Kur shfaqet një tarifë e një shenje, një tarifë shfaqet menjëherë shenjë e kundërt të njëjtën madhësi.
Për të konfirmuar këtë ligj, ne do të bëjmë një eksperiment. Ne kemi nevojë për dy elektrometra për të. Këto janë pajisje që tregojnë ngarkesë elektrike. Ai përbëhet nga një shufër në të cilën është fiksuar një bosht. Ka një shigjetë në bosht. E gjithë kjo vendoset në një kuti cilindrike, të mbyllur nga të dyja anët me xham.
Ka një disk metalik në shufrën e elektrometrit të parë. Mbi të cilin do të vendosim një disk tjetër të të njëjtit lloj. Është e nevojshme të vendosni një izolant midis disqeve. Për shembull, pëlhurë. Disku i sipërm ka një dorezë dielektrike. Duke kapur këtë dorezë, fërkoni disqet së bashku. Kështu, duke i elektrizuar ato.
Figura 1 - Elektrometra me disqe të fiksuar mbi to
Pasi të heqim diskun e sipërm, elektrometri do të tregojë praninë e një ngarkese. Shigjeta do të devijojë prej tij. Më pas, marrim diskun dhe e prekim në shufrën e elektrometrit të dytë. Ajo gjithashtu ka një shigjetë që devijohet, që tregon praninë e një ngarkese. Edhe pse ngarkesa do të jetë e shenjës së kundërt. Më tej, nëse lidhim shufrat e elektrometrit, shigjetat do të kthehen në pozicionin e tyre origjinal. Kjo do të thotë, tarifat do të anulojnë njëra-tjetrën.
Figura 2 - kompensimi i ngarkesave të diskut
Çfarë ndodhi në këtë eksperiment. Kur fërkojmë disqet me njëri-tjetrin, ndodhi ndarja e ngarkesës në metalin e disqeve. Fillimisht, çdo disk ishte elektrikisht neutral. Njëri prej tyre mori një tepricë elektronesh, domethënë një ngarkesë negative. Tjetri pati mungesë elektronesh, domethënë u bë i ngarkuar pozitivisht.
Akuzat në këtë rast nuk u shfaqën nga hiçi. Ata ishin tashmë brenda disqeve përçuese. Vetëm ata janë kompensuar mes tyre. Sapo i kemi ndarë. Duke e vendosur në disqe të ndryshëm. Kur lidhëm shufrat e elektrometrit, ngarkesat u kompensuan përsëri me njëra-tjetrën. Ajo që dëshmuan shigjetat.
Nëse i konsiderojmë elektrometrat dhe disqet si sistem të unifikuar... Se me gjithë manipulimet tona, ngarkesa totale e këtij sistemi ishte konstante gjatë gjithë kohës. Fillimisht, disqet ishin elektrikisht neutrale. Pas ndarjes, u shfaqën ngarkesa vëllimore pozitive dhe negative. Por ato ishin të njëjta në madhësi. Kjo do të thotë që tarifa në sistem mbetet e njëjtë. Pas lidhjes së shufrave, sistemi u kthye në gjendjen e tij origjinale.
- një nga ligjet themelore të natyrës. Ligji i ruajtjes së ngarkesës u zbulua në 1747 nga B. Franklin.
Elektroni- një grimcë që është pjesë e një atomi. Në historinë e fizikës, ka pasur disa modele të strukturës së atomit. Njëri prej tyre, duke lejuar të shpjegojë një sërë faktesh eksperimentale, duke përfshirë fenomeni i elektrifikimit , u sugjerua E. Rutherford... Bazuar në eksperimentet e bëra, ai arriti në përfundimin se në qendër të atomit ekziston një bërthamë e ngarkuar pozitivisht, rreth së cilës elektronet e ngarkuara negativisht lëvizin në orbita. Në një atom neutral, ngarkesa pozitive e bërthamës është e barabartë me ngarkesën totale negative të elektroneve. Bërthama e një atomi përbëhet nga protone të ngarkuar pozitivisht dhe grimca neutrale të neutroneve. Moduli i ngarkesës së protonit është i barabartë me ngarkesën e elektronit. Nëse një ose më shumë elektrone hiqen nga një atom neutral, atëherë ai bëhet një jon i ngarkuar pozitivisht; nëse elektronet janë të lidhura me një atom, atëherë ai bëhet një jon i ngarkuar negativisht.
Njohuritë për strukturën e atomit mund të shpjegojnë fenomenin e elektrifikimit fërkimi ... Elektronet që janë të lidhura dobët me bërthamën mund të shkëputen nga një atom dhe të bashkohen me një tjetër. Kjo shpjegon pse një trup mund të formohet mungesa e elektroneve, dhe nga ana tjetër - e tyre teprica... Në këtë rast, trupi i parë ngarkohet pozitivisht dhe e dyta është negativisht .
Kur ndodh elektrifikimi rishpërndarja e tarifës , të dy trupat elektrizohen, duke fituar ngarkesa të barabarta në madhësi të shenjave të kundërta. Në këtë rast, shuma algjebrike e ngarkesave elektrike para dhe pas elektrifikimit mbetet konstante:
q 1 + q 2 +… + q n = konst.
Shuma algjebrike e ngarkesave të pllakave para dhe pas elektrifikimit është e barabartë me zero. Barazia e shkruar shpreh ligjin themelor të natyrës - ligji i ruajtjes së ngarkesës elektrike.
Si çdo ligj fizik, ai ka kufij të caktuar të zbatueshmërisë: është i vlefshëm për një sistem të mbyllur trupash , d.m.th. për një koleksion trupash të izoluar nga objekte të tjera.
Absolutisht të gjithë e dinë një koncept të tillë si ligji i ruajtjes së energjisë. Energjia nuk lind nga asgjëja dhe nuk zhduket askund. Ai kalon vetëm nga një formë në tjetrën.
Ky është ligji themelor i universit. Falë këtij ligji, Universi mund të ekzistojë në mënyrë të qëndrueshme dhe për një kohë të gjatë.
Formulimi i ligjit të ruajtjes së ngarkesës
Ekziston edhe një ligj tjetër i ngjashëm, i cili është gjithashtu një nga themeluesit. Ky është ligji i ruajtjes së ngarkesës elektrike.
Në trupat që janë në qetësi dhe elektrikisht neutrale, ngarkesat e shenjave të kundërta janë të barabarta në madhësi dhe reciprokisht anulojnë njëra-tjetrën. Kur disa trupa elektrizohen nga të tjerët, ngarkesat transferohen nga një trup në tjetrin, por ngarkesa totale e tyre mbetet e njëjtë.
Në një sistem të izoluar trupash, ngarkesa totale është gjithmonë e barabartë me një vlerë konstante: q_1 + q_2 + ⋯ + q_n = konst, ku q_1, q_2,…, q_n janë ngarkesat e trupave ose grimcave të përfshira në sistem.
Po në lidhje me transformimin e grimcave?
Ekziston një pikë që mund të ngrejë pyetje në lidhje me transformimin e grimcave. Në të vërtetë, grimcat mund të lindin dhe të zhduken, duke kaluar në të njëjtën kohë në grimca të tjera, rrezatim ose energji.
Për më tepër, procese të tilla mund të ndodhin me grimcat neutrale dhe ato që mbartin ngarkesë. Po ligji i ruajtjes së ngarkesës në këtë rast?
Doli se lindja dhe zhdukja e grimcave mund të ndodhë vetëm në çifte. Kjo do të thotë, grimcat kalojnë në një lloj tjetër ekzistence, për shembull, në rrezatim vetëm nga një palë, kur grimcat pozitive dhe negative zhduken njëkohësisht.
Në këtë rast, shfaqet një lloj i caktuar rrezatimi dhe një energji e caktuar. Në rastin e kundërt, kur grimcat e ngarkuara lindin nën ndikimin e disa rrezatimeve dhe konsumit të energjisë, atëherë ato gjithashtu lindin vetëm si një çift: pozitive dhe negative.
Prandaj, ngarkesa totale e çiftit të grimcave të sapo shfaqura do të jetë e barabartë me zero dhe ligji i ruajtjes së ngarkesës është përmbushur.
Konfirmimi eksperimental i ligjit
Përmbushja e ligjit të ruajtjes së ngarkesës elektrike është vërtetuar shumë herë në mënyrë eksperimentale. Nuk ka asnjë fakt të vetëm që do të thoshte ndryshe.
Prandaj, shkencëtarët besojnë se ngarkesa totale elektrike e të gjithë trupave në Univers mbetet e pandryshuar dhe, ka shumë të ngjarë, është e barabartë me zero. Kjo është, numri i të gjithëve ngarkesa pozitiveështë e barabartë me numrin e të gjitha ngarkesave negative.
Natyra e ekzistencës së ligjit të ruajtjes së ngarkesës ende nuk është kuptuar. Në veçanti, nuk është e qartë pse grimcat e ngarkuara lindin dhe asgjësohen vetëm në çifte.