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Physique 8e année. DEUX TYPES DE FRAIS

Il existe deux types de charges électriques : positives et négatives. INTERACTION DES CORPS CHARGÉS Des carrosseries électrifiées

interagir
ensemble: Les corps porteurs de charges électriques de même signe se repoussent. Et les corps qui ont des accusations

L'opposé

signe, s'attirent mutuellement.
ÉLECTROSCOPE

Il existe deux types similaires de dispositifs de détection de charges électriques :

électroscope ou électromètre. Un électroscope est constitué d'une tige métallique passée à travers un bouchon diélectrique et de deux pétales de feuille métallique suspendus à celle-ci. Lorsqu'un corps chargé touche la tige, les feuilles se révèlent chargées de la même manière et s'écartent les unes des autres. Dans un électromètre, une aiguille métallique est reliée à une tige métallique et peut tourner librement. Lorsqu'un corps chargé touche la tige, la flèche reçoit une charge du même signe et tente de s'éloigner de la tige chargée de la même manière, pointant vers

échelle de mesure montant des frais.

Par l'angle de divergence des pétales de l'électroscope ou par l'angle de déviation de l'aiguille de l'électromètre, on peut juger

sur l'ampleur de la charge électrique.

Un électroscope chargé permet de détecter la charge dont le signe est électrifié. SAVEZ-VOUS? Quoi
le scientifique Robert Boyle est né en Irlande en 1627. La science du XVIIe siècle a connu deux manifestations champ électrique– attraction et répulsion électriques. Grâce à des expériences, Boyle a prouvé que dans le vide expériences électriques réussir de la même manière que dans des conditions normales. C'est-à-dire avec point moderne point de vue, il a été conclu que
champ électrique

peut exister dans le vide.

Comme on le sait, la toute première conception acceptable d'un électroscope a été proposée par G.V. Richman, qui mesurait la charge électrique par la déviation d'un fil de lin par rapport à un support chargé.
Une règle de fer était fixée à l'extrémité inférieure du poteau et un fil de soie était collé au sommet. À l'approche d'un orage, le poteau métallique et la règle avec le fil étaient chargés et le fil, en s'éloignant, était dévié selon un certain angle. Lorsqu'il y avait un orage proche et violent, des étincelles étaient extraites de la règle.

Puis, dans les mêmes buts, l'abbé Nollet proposa d'utiliser deux fils se repoussant mutuellement.

Membre de Londres Société royale John Canton a développé en 1753 une conception dans laquelle les fils ne répondaient plus de manière aussi sensible au mouvement de l'air ou à la respiration de l'expérimentateur. Il s'accrochait au bout des fils boules de liège ou de sureau.
C'est ainsi qu'a été conçu l'électroscope de Canton : « Accrochez au plafond deux boules de liège, chacune de la taille d'un petit pois, sur des fils de lin de manière à ce qu'elles se touchent. Apportez un tube de verre excité électriquement aux boules par le bas.
"Ensuite, les balles se disperseront."

Similaire au concept masse gravitationnelle corps en mécanique newtonienne, le concept de charge en électrodynamique est le concept de base principal.

Charge électrique - Ce quantité physique, caractérisant la propriété des particules ou des corps d'entrer dans des interactions de forces électromagnétiques.

La charge électrique est généralement représentée par les lettres q ou Q.

L'ensemble de tous les faits expérimentaux connus permet de tirer les conclusions suivantes :

Il existe deux types de charges électriques, classiquement appelées positives et négatives.

Les charges peuvent être transférées (par exemple par contact direct) d’un organisme à un autre. Contrairement à la masse corporelle, la charge électrique ne fait pas partie intégrante d’un corps donné. Le même corps conditions différentes peut avoir des frais différents.

Les charges semblables se repoussent, contrairement aux charges qui s'attirent. Cela montre également différence fondamentale forces électromagnétiques des forces gravitationnelles. Forces gravitationnelles sont toujours des forces d’attraction.

L'une des lois fondamentales de la nature est la loi établie expérimentalement loi de conservation de la charge électrique .

DANS système isolé somme algébrique les charges de tous les corps restent constantes :

La loi de conservation de la charge électrique stipule que dans systeme ferme Dans les corps, les processus de création ou de disparition de charges d'un seul signe ne peuvent être observés.

D'un point de vue moderne, les porteurs de charge sont des particules élémentaires. Tous les corps ordinaires sont constitués d'atomes, qui comprennent des protons chargés positivement, des électrons chargés négativement et des particules neutres - les neutrons. Les protons et les neutrons font partie des noyaux atomiques, les électrons se forment couche électronique atomes. Les charges électriques d'un proton et d'un électron sont exactement de même ampleur et égales à la charge élémentaire e.

Dans un atome neutre, le nombre de protons dans le noyau est égal au nombre d’électrons dans la coquille. Ce numéro s'appelle numéro atomique . Un atome d’une substance donnée peut perdre un ou plusieurs électrons ou gagner un électron supplémentaire. Dans ces cas, l’atome neutre se transforme en un ion chargé positivement ou négativement.

Les charges ne peuvent être transférées d'un corps à un autre que par portions contenant un nombre entier de charges élémentaires. Ainsi, la charge électrique d’un corps est une quantité discrète :

Des grandeurs physiques qui ne peuvent prendre série discrète les valeurs sont appelées quantifié . Charge élémentaire e est un quantique (la plus petite partie) de charge électrique. Il convient de noter que dans physique moderne particules élémentaires on suppose l'existence de ce qu'on appelle les quarks - des particules avec une charge fractionnaire et Cependant, les quarks n'ont pas encore été observés à l'état libre.

Dans les expériences courantes en laboratoire, un électromètre ( ou électroscope) - un instrument constitué d'une tige métallique et d'un pointeur pouvant tourner autour axe horizontal(Fig. 1.1.1). La tige de la flèche est isolée du corps métallique. Lorsqu'un corps chargé entre en contact avec la tige de l'électromètre, des charges électriques de même signe se répartissent sur la tige et l'aiguille. Les forces de répulsion électrique font tourner l’aiguille d’un certain angle, grâce auquel on peut juger de la charge transférée à la tige de l’électromètre.

L'électromètre est un instrument assez rudimentaire ; il ne permet pas d'étudier les forces d'interaction entre charges. Pour la première fois la loi de l'interaction frais fixes a été découvert par le physicien français Charles Coulomb en 1785. Dans ses expériences, Coulomb a mesuré les forces d'attraction et de répulsion de balles chargées à l'aide d'un appareil qu'il a conçu - une balance de torsion (Fig. 1.1.2), qui se distinguait par une sensibilité extrêmement élevée . Par exemple, le fléau a pivoté de 1° sous l’influence d’une force de l’ordre de 10 -9 N.

L'idée des mesures était basée sur la brillante hypothèse de Coulomb selon laquelle si une balle chargée est mise en contact avec exactement la même balle non chargée, alors la charge de la première sera divisée également entre elles. Ainsi, un moyen a été indiqué pour modifier la charge de la balle de deux, trois, etc. Dans les expériences de Coulomb, on a mesuré l'interaction entre des boules dont les dimensions étaient bien inférieures à la distance qui les séparait. De tels corps chargés sont généralement appelés frais ponctuels.

Frais ponctuels appelé corps chargé, dont les dimensions peuvent être négligées dans les conditions de ce problème.

A partir de nombreuses expériences, Coulomb établit la loi suivante :

Les forces d'interaction entre charges stationnaires sont directement proportionnelles au produit des modules de charge et inversement proportionnelles au carré de la distance qui les sépare :

Les forces d'interaction obéissent à la troisième loi de Newton :

Ce sont des forces répulsives quand signes identiques charges et forces attractives à différents signes(Fig. 1.1.3). L'interaction des charges électriques stationnaires est appelée électrostatique ou Coulomb interaction. La branche de l'électrodynamique qui étudie l'interaction coulombienne s'appelle électrostatique .

La loi de Coulomb est valable pour les corps chargés ponctuellement. En pratique, la loi de Coulomb est bien satisfaite si la taille des corps chargés est bien inférieure à la distance qui les sépare.

Facteur de proportionnalité k dans la loi de Coulomb dépend du choix du système d'unités. DANS Système international L'unité de charge SI est prise pendentif(Cl).

Pendentif est la charge qui traverse le coupe transversale conducteur à un courant de 1 A. L'unité SI de courant (Ampère) est, avec les unités de longueur, de temps et de masse unité de mesure de base.

Coefficient k dans le système SI, il s'écrit généralement comme suit :

Où - constante électrique .

Dans le système SI charge élémentaire e est égal à:

L'expérience montre que les forces Interaction coulombienne obéir au principe de superposition :

Si un corps chargé interagit simultanément avec plusieurs corps chargés, alors la force résultante agissant sur un corps donné est égale à la somme vectorielle des forces agissant sur ce corps par tous les autres corps chargés.

Riz. 1.1.4 explique le principe de superposition à l'aide de l'exemple de l'interaction électrostatique de trois corps chargés.

Le principe de superposition est une loi fondamentale de la nature. Cependant, son utilisation nécessite une certaine prudence lorsque nous parlons de sur l'interaction de corps chargés de tailles finies (par exemple, deux boules conductrices chargées 1 et 2). Si une troisième balle chargée est amenée à un système de deux balles chargées, alors l'interaction entre 1 et 2 changera en raison de redistribution des charges.

Le principe de superposition stipule que lorsque répartition des charges donnée (fixe) sur tous les corps, les forces d'interaction électrostatique entre deux corps quelconques ne dépendent pas de la présence d'autres corps chargés.

Gray en a fait un autre très découverte importante, dont le sens a été compris plus tard. Tout le monde savait que si vous touchez une tige de verre électrifiée avec un cylindre métallique isolé, l'électricité sera également transférée au cylindre. Cependant, il s'est avéré qu'il était possible d'électrifier le cylindre sans toucher la tige de verre, mais seulement en la rapprochant de celle-ci. Tant que le cylindre est proche du stick électrifié, de l'électricité est détectée sur celui-ci.

Les expériences publiées par Gray ont suscité l'intérêt du physicien français Charles François Dufay (1698-1739) et l'ont incité à commencer des expériences dans le domaine de l'étude de l'électricité. Expériences avec le premier pendule électrique, c'est à dire. avec une boule de bois suspendue à un mince fil de soie (Fig. 5.2), réalisée vers 1730, a montré qu'une telle boule est attirée par un bâton de cire à cacheter frotté. Mais dès que vous la touchez, la balle s'éloigne immédiatement du bâton de cire, comme pour l'éviter. Si vous apportez maintenant à la balle un tube de verre frotté contre la peau amalgamée, la balle sera attirée par le tube de verre et repoussée par le bâton de cire. Cette différence, notée pour la première fois par Charles Dufay, l'a conduit à découvrir que les corps électrifiés attirent les corps non électrifiés, et dès que ces derniers sont électrisés par le toucher, ils commencent à se repousser. Il établit l'existence de deux types d'électricité opposés, qu'il appelle électricité du verre et de la résine. Il remarque également que le premier se retrouve sur le verre, pierres précieuses, les cheveux, la laine, etc., tandis que la seconde se produit sur l'ambre, la résine, la soie, etc. Des recherches plus poussées ont montré que tous les corps s'électrifient, soit comme le verre frotté contre la peau, soit comme la résine frottée contre la fourrure. Par conséquent, il existe deux types de charges électriques : les charges similaires se repoussent et les charges différentes s’attirent. Forces d'interaction électrique

les charges qui se manifestent par attraction ou répulsion sont appelées électriques. C'est forces électriques sont créés par des charges électriques et agissent sur des corps ou des particules chargés.

Un excès de charges d'un type quelconque dans un corps donné est appelé la grandeur de sa charge ou, en d'autres termes, la quantité d'électricité (q).

Charles Dufay fut le premier scientifique à extraire étincelles électriques d'électrifié corps humain, situé sur un stand isolé. Cette expérience était alors si nouvelle et originale que l'abbé Jean Nollet (1700-1770), qui étudia également phénomènes électriques, j’ai été horrifié quand je l’ai vu pour la première fois.

Une désignation très réussie des deux types d'électricité, qui a survécu jusqu'à nos jours, a été donnée par l'exceptionnel physicien américain Benjamin Franklin.

L'électricité « résine » était qualifiée de négative par Franklin, et l'électricité « verre » était qualifiée de positive. Il a choisi ces noms parce que l'électricité « résine » et « verre », comme le positif et le valeurs négatives, sont mutuellement détruits.

Les phénomènes d'électrification s'expliquent par les caractéristiques structurelles des atomes et des molécules diverses substances. Après tout, tous les corps sont construits à partir d’atomes. Chaque atome est constitué d'un noyau atomique chargé positivement et de particules chargées négativement se déplaçant autour de lui - des électrons. Noyaux atomiques divers éléments chimiques ne sont pas les mêmes, mais diffèrent par leur charge et leur masse. Les électrons sont tous complètement identiques, mais leur nombre et leur disposition différents atomes sont différents.

Pour avoir une idée de la grandeur d'une charge de 1 coulomb, calculons la force d'interaction entre deux charges d'un coulomb chacune, placées dans le vide à une distance de 1 m l'une de l'autre. En utilisant la formule de la loi de Coulomb, on trouve que F = 9·10 9 N, soit environ 900 000 tonnes. Ainsi, 1 C est une charge très importante. Dans la pratique, de telles accusations n’existent pas.

Avec leur aide, Coulomb a déterminé que deux petites boules électrifiées exercent l'une sur l'autre une force d'interaction attractive ou répulsive F dans la direction de la ligne de leur connexion, selon qu'elles sont électrifiées de manière similaire ou différente. égal au produit leurs charges électriques ponctuelles (q 1 et q 2, respectivement) divisées par le carré de la distance r qui les sépare. C'est

Charles-Augustin de Coulon (1736-1806) – physicien français et ingénieur - il a conçu une balance de torsion pour mesurer la force d'attraction magnétique et électrique.

À en bonne condition atome charge positive son noyau est égal au total charge négativeélectrons de cet atome, de sorte que tout atome dans son état normal est électriquement neutre. Mais sous l'influence influences extérieures les atomes peuvent perdre une partie de leurs électrons, tandis que la charge de leur noyau reste inchangée. Dans ce cas, les atomes deviennent chargés positivement et sont appelés ions positifs. Les atomes peuvent également gagner des électrons supplémentaires et devenir chargés négativement. Ces atomes sont appelés ions négatifs.

La loi selon laquelle deux corps électrifiés agissent l'un sur l'autre a été formulée pour la première fois en 1785 par Charles Coulomb dans une expérience avec un appareil qu'il a nommé échelles de torsion(Fig. 5.3).

F = (q 1 q 2 )/4 π ε une r 2 ,

où ε a – absolu la constante diélectrique l'environnement dans lequel se situent les charges ; r est la distance entre les charges.

Cette conclusion est appelée loi de Coulomb. Par la suite, l'unité fut nommée d'après Coulomb quantité d'électricité

, utilisé dans la pratique du génie électrique.

Dans le système SI, un coulomb (1 C) est considéré comme une unité d'électricité - une charge circulant à travers la section transversale d'un conducteur en une seconde à un courant d'un ampère. En accrochant de légères boules de papier d'aluminium sur deux fils et en touchant chacune d'elles avec une tige de verre frottée sur de la soie, vous constaterez que les boules se repousseront. Si vous touchez ensuite une boule avec une tige de verre frottée sur de la soie, et l'autre avec une tige d'ébonite frottée sur de la fourrure, les boules s'attireront. Cela signifie que les tiges de verre et d'ébonite, lorsqu'elles sont frottées, acquièrent charges de différents signes , c'est à dire. exister dans la nature deux types de charges électriques ayant signes opposés : positif et négatif. Nous avons convenu de supposer qu'une tige de verre frottée sur de la soie acquiert charge positive , et un bâton d'ébonite, frotté sur la fourrure, acquiert .

charge négative De l'expérience décrite, il résulte également que les corps chargés intéragir ensemble . Cette interaction de charges est appelée électrique. Où accusations du même nom, ceux. charges du même signe

, se repoussent et les charges différentes s'attirent. Le dispositif est basé sur le phénomène de répulsion de corps chargés de manière similaireélectroscope - un appareil qui permet de déterminer si un organisme donné est chargé, etélectromètre

Si vous touchez la tige d'un électroscope avec un corps chargé, les feuilles de l'électroscope se disperseront, puisqu'elles acquerront une charge du même signe. La même chose arrivera à l'aiguille d'un électromètre si vous touchez sa tige avec un corps chargé. En même temps, que plus de frais, bientôt angle plus grand la flèche s'écartera de la tige.

Depuis expériences simples il s'ensuit que la force d'interaction entre les corps chargés peut être plus ou moins grande selon la quantité de charge acquise. Ainsi, on peut dire que la charge électrique, d’une part, caractérise la capacité du corps à interaction électrique, et d’autre part, est une quantité qui détermine l’intensité de cette interaction.

Le montant est indiqué par la lettre q , pris comme unité de charge pendentif: [q ] = 1 cl.

Si vous touchez un électromètre avec une tige chargée, puis connectez cet électromètre avec une tige métallique à un autre électromètre, alors la charge du premier électromètre sera divisée entre les deux électromètres. Vous pouvez ensuite connecter l'électromètre à plusieurs autres électromètres, et la charge sera répartie entre eux. Ainsi, la charge électrique a propriété de divisibilité . La limite de divisibilité des charges, c'est-à-dire la plus petite charge existant dans la nature est la charge électron. La charge électronique est négative et égale à 1,6*10 -19 Cl. Toute autre charge est un multiple de la charge électronique.