Kaip paaiškinamas neįkrautų kūnų pritraukimas į įkrautus kūnus? Stacionarių taškinių krūvių sąveikos dėsnis

Elektrinis laukas

1 Elektros įkrova

Elektromagnetinės sąveikos yra tarp labiausiai esminės sąveikos gamtoje. Tamprumo ir trinties jėgos, skysčių ir dujų slėgis ir daug daugiau gali būti sumažintos iki elektromagnetinių jėgų tarp medžiagos dalelių. Pačios elektromagnetinės sąveikos nebėra redukuojamos į kitas, gilesnes sąveikos rūšis. Lygiai taip pat pamatinis tipas sąveika yra gravitacija – bet kurių dviejų kūnų gravitacinė trauka. Tačiau yra keletas svarbių skirtumų tarp elektromagnetinės ir gravitacinės sąveikos.

1. Ne bet kokie, o tik įkrauti kūnai (turintys elektros krūvis).

2.Gravitacinė sąveika visada yra vieno kūno pritraukimas prie kito. Elektromagnetinė sąveika gali būti patraukli arba atstumianti.

3. Elektromagnetinė sąveika yra daug intensyvesnė nei gravitacinė. Pavyzdžiui, elektrinio atstūmimo jėga tarp dviejų elektronų yra 10 42 kartus didesnė už jų jėgą gravitacinė trauka vienas kitam.

Kiekvienas įkrautas kūnas turi tam tikrą elektros krūvio q kiekį. Elektros krūvis yra fizinis kiekis, kuris lemia jėgą elektromagnetinė sąveika tarp gamtos objektų. Krūvio vienetas yra kulonas (C).

1.1 Dviejų rūšių mokestis

Kadangi gravitacinė sąveika visada yra trauka, visų kūnų masės yra neneigiamos. Tačiau tai netinka mokesčiams. Patogu apibūdinti dviejų tipų elektromagnetinę sąveiką – trauką ir atstūmimą – įvedant dviejų tipų elektros krūvius: teigiamas ir neigiamas.

Skirtingų ženklų krūviai vienas kitą traukia, o to paties ženklo krūviai atstumia. Tai pavaizduota pav. 1; Ant siūlų pakabintiems rutuliukams suteikiami vienokio ar kitokio ženklo krūviai.

Ryžiai. 1. Dviejų rūšių krūvių sąveika

Plačiai paplitęs elektromagnetinių jėgų pasireiškimas paaiškinamas tuo, kad bet kurios medžiagos atomuose yra įkrautų dalelių: atomo branduolyje yra teigiamai įkrautų protonų, o neigiamo krūvio elektronai juda orbitomis aplink branduolį. Protono ir elektrono krūviai yra vienodi, o protonų skaičius branduolyje yra lygus elektronų skaičiui orbitose, todėl paaiškėja, kad atomas kaip visuma yra elektriškai neutralus. Štai kodėl normaliomis sąlygomis mes nepastebime elektromagnetinis poveikis iš kitų ( Įkrovimo vienetas nustatomas pagal dabartinį vienetą. 1 C yra pro šalį einantis krūvis skerspjūvis laidininkas per 1 s esant 1 A srovei.) kūnai: kiekvieno iš jų bendras krūvis lygus nuliui, o įkrautos dalelės tolygiai pasiskirsto visame kūno tūryje. Bet jei pažeidžiamas elektrinis neutralumas (pavyzdžiui, dėl elektrifikacijos), kūnas iš karto pradeda veikti aplinkines įkrautas daleles.

Kodėl yra būtent dviejų tipų elektros krūviai, o ne koks kitas jų skaičius? šiuo metu nežinoma. Galime tik tvirtinti, kad priėmus šį faktą kaip pagrindinį, gaunamas tinkamas elektromagnetinės sąveikos aprašymas.

Protono krūvis yra 1,6 · 10–19 C. Elektrono krūvis yra priešingo ženklo ir lygus -1,6 · 10 -19 C. Vadinama reikšmė e = 1,6 10 −19 C elementarus krūvis . Tai yra minimumas galimas mokestis: laisvųjų dalelių su mažesniu krūviu eksperimentuose neaptikta. Fizika dar negali paaiškinti, kodėl gamta turi mažiausią krūvį ir kodėl jos dydis yra būtent toks.

Bet kurio kūno q krūvis visada susideda iš visuma elementariųjų krūvių skaičius: q = ± Ne. Jei q< 0, то тело имеет избыточное количество N электронов (по сравнению с количеством протонов). Если же q >0, tada, priešingai, kūne trūksta elektronų: yra dar N protonų.

1.2 Kėbulų elektrifikavimas

Kad makroskopinis kūnas veiktų elektrinis poveikisį kitus korpusus, jis turi būti elektrifikuotas. Elektrifikacija yra kūno ar jo dalių elektrinio neutralumo pažeidimas. Dėl elektrifikacijos kūnas tampa pajėgus elektromagnetinei sąveikai.

Vienas iš būdų elektrifikuoti kūną yra suteikti jam elektros krūvį, tai yra pasiekti tam tikro kūno to paties ženklo krūvių perteklių. Tai lengva padaryti naudojant trintį.

Taigi, kai stiklo strypas trinamas šilku, dalis neigiamų jo krūvių patenka į šilką. Dėl to lazda įkraunama teigiamai, o šilkas – neigiamai. Bet trinant ebonito pagaliuką su vilna dalis neigiamų krūvių iš vilnos persikelia į pagaliuką: pagaliukas įkraunamas neigiamai, o vilna – teigiamai.

Toks kūnų elektrifikavimo būdas vadinamas elektrifikavimu trinties būdu. Kaskart nusivilkę megztinį ant galvos, patiriate įelektrinančią trintį.

Kitas elektrifikavimo tipas vadinamas elektrostatinė indukcija, arba elektrifikacija per įtaką. Tokiu atveju bendras kūno krūvis lieka lygus nuliui, tačiau perskirstomas taip, kad vienose kūno vietose kaupiasi teigiami krūviai, kitose – neigiami.

Ryžiai. 2. Elektrostatinė indukcija

Pažiūrėkime į pav. 2. Tam tikru atstumu nuo metalinis korpusas esančios teigiamas krūvis q. Jis pritraukia neigiamus metalų krūvius (laisvuosius elektronus), kurie kaupiasi kūno paviršiaus vietose, esančiose arčiausiai krūvio. Įjungta tolimos vietovės lieka nekompensuoti teigiami krūviai.

Nepaisant to, kad bendras metalinio kūno krūvis liko lygus nuliui, kūne įvyko erdvinis krūvių atsiskyrimas. Jei dabar padalinsime kūną išilgai punktyrinės linijos, tada dešinė pusė bus neigiamai įkrautas, o kairysis – teigiamai. Elektroskopu galite stebėti kūno elektrifikaciją. Paprastas elektroskopas parodytas fig. 3.

Ryžiai. 3. Elektroskopas

Kas vyksta viduje šiuo atveju? Teigiamo krūvio lazdelė (pavyzdžiui, anksčiau įtrinta) atnešama į elektroskopo diską ir surenka ant jo neigiamą krūvį. Žemiau, ant judančių elektroskopo lapelių, lieka nekompensuoti teigiami krūviai; stumdami vienas nuo kito lapai nukrypsta į skirtingos pusės. Jei nuimsite pagaliuką, krūviai grįš į savo vietas, o lapai nukris atgal.

Perkūnijos metu stebimas didelio masto elektrostatinės indukcijos reiškinys. Fig. 4 matome virš žemės sklindantį perkūnijos debesį.

Ryžiai. 4. Žemės elektrifikavimas perkūnijos debesyje

Debesyje yra ledo gabalėlių skirtingų dydžių, kurios susimaišo kylančios oro srovės, susiduria viena su kita ir įsielektrina. Pasirodo, neigiamas krūvis kaupiasi apatinėje debesies dalyje, o teigiamas – viršutinėje.

Neigiamo krūvio apatinė debesies dalis sukelia krūvius po juo žemės paviršiuje teigiamas ženklas. Atsiranda milžiniškas kondensatorius su milžiniška įtampa tarp debesies ir žemės. Jei šios įtampos pakanka oro tarpui suskaidyti, įvyks iškrova – gerai žinomas žaibas.

1.3 Krūvio išsaugojimo dėsnis

Grįžkime, pavyzdžiui, prie elektrifikacijos trinties būdu – lazdos trynimo audiniu. Tokiu atveju lazda ir audinio gabalas įgyja vienodo dydžio ir priešingo ženklo krūvius. Jų bendras įkrovimas buvo lygus nuliui prieš sąveiką ir lieka lygus nuliui po sąveikos.

Čia matome krūvio išsaugojimo dėsnį, kuris teigia: uždara sistema kūnus, algebrinė krūvių suma išlieka nepakitusi per visus procesus, vykstančius su šiais kūnais:

q1 + q2 + . . . + qn = konst.

Kūnų sistemos uždarumas reiškia, kad šie kūnai gali keistis krūviais tik tarpusavyje, bet ne su jokiais kitais objektais, esančiais už šios sistemos ribų.

Elektrifikuojant lazdelę, krūvio išsaugojime nieko stebėtino: kiek įkrautų dalelių paliko lazdelę, tiek pat pateko į audinio gabalą (arba atvirkščiai). Stebina tai, kad daugiau sudėtingus procesus, lydimas tarpusavio transformacijos elementariosios dalelės ir pakeitus įkrautų dalelių skaičių sistemoje, bendras krūvis vis tiek išsaugomas! Pavyzdžiui, pav. 5 paveiksle parodytas procesas γ → e − + e +, kuriame dalis elektromagnetinė spinduliuotėγ (vadinamasis fotonas) virsta dviem įkrautomis dalelėmis - elektronu e - ir pozitronu e +. Toks procesas pasirodo esantis įmanomas tam tikromis sąlygomis – pavyzdžiui, atomo branduolio elektriniame lauke.

Ryžiai. 5. Elektronų ir pozitronų poros gimimas

Pozitrono krūvis yra lygus elektrono krūviui ir priešingas ženklu. Įkrovos išsaugojimo įstatymas įvykdytas! Iš tiesų, proceso pradžioje turėjome fotoną, kurio krūvis buvo lygus nuliui, o pabaigoje gavome dvi daleles, kurių bendras krūvis buvo nulinis.

Krūvio tvermės dėsnis (kartu su mažiausio elementariojo krūvio egzistavimu) šiandien yra pirminis mokslinis faktas. Fizikai kol kas negali paaiškinti, kodėl gamta elgiasi taip, o ne kitaip. Galime tik konstatuoti, kad šiuos faktus patvirtina daugybė fizinių eksperimentų.

2 Kulono dėsnis

Nejudančių asmenų sąveika (šiame inercinė sistema skaičiuojant) vadinami mokesčiai elektrostatinės. Tai lengviausia išmokti.

Elektrodinamikos šaka, kurioje tiriama sąveika stacionarūs krūviai, vadinamas elektrostatika. Pagrindinis elektrostatikos dėsnis yra Kulono dėsnis.

Autorius išvaizda Kulono dėsnis stebėtinai panašus į įstatymą universalioji gravitacija, kuris nustato taškinių masių gravitacinės sąveikos pobūdį. Kulono dėsnis yra elektrostatinės sąveikos dėsnis taškiniai mokesčiai.

Taško mokestis- tai įkrautas kūnas, kurio matmenys yra daug mažesni nei kiti šiai problemai būdingi matmenys. Visų pirma, taškinių krūvių dydžiai yra nereikšmingi, palyginti su atstumais tarp jų.

Taškinis krūvis yra toks pat idealizavimas kaip materialus taškas, taškinė masė ir tt Taškinių krūvių atveju galime vienareikšmiškai kalbėti apie atstumą tarp jų, negalvojant tiksliai tarp kurių įkrautų kūnų taškų šis atstumas matuojamas.

Kulono dėsnis. Dviejų stacionarių taškinių krūvių sąveikos jėga vakuume yra tiesiogiai proporcinga sandaugai absoliučios vertėsįkrauna ir yra atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui.

Ši jėga vadinama Kulonas. Kulono jėgos vektorius visada yra tiesėje, jungiančioje sąveikaujančius krūvius. Kulono jėgai galioja trečiasis Niutono dėsnis: krūviai veikia vienas kitą vienodo dydžio ir priešingos krypties jėgomis.

Kaip pavyzdys pav. 6 paveiksle parodytos jėgos F1 ir F2, su kuriomis sąveikauja du neigiami krūviai.

Ryžiai. 6. Kulono jėga

Jei krūviai, kurių dydis lygus q1 ir q2, yra atstumu r vienas nuo kito, jie sąveikauja su jėga

Proporcingumo koeficientas k SI sistemoje yra lygus:

k = 9 10 9 N m 2 /Cl 2.

Jei lyginsime jį su visuotinės traukos dėsniu, tai taškinių masių vaidmenį Kulono dėsnyje atlieka taškiniai krūviai, o vietoj gravitacinės konstantos G yra koeficientas k. Matematiškai šių dėsnių formulės yra identiškos. Svarbus fizinis skirtumas yra tas, kad gravitacinė sąveika visada yra patraukli, o krūvių sąveika gali būti patraukli arba atstumianti.

Taip atsitinka, kad kartu su konstanta k yra ir kita pagrindinė konstantaε 0 susietas su k ryšiu

Konstanta ε 0 vadinama elektrine konstanta. Jis lygus:

ε 0 = 1/4πk = 8,85 10 -12 C 2 /N m 2.

Kulono dėsnis su elektrine konstanta atrodo taip:

Patirtis rodo, kad vykdomas vadinamasis superpozicijos principas. Jį sudaro du teiginiai:

1. Dviejų krūvių sąveikos Kulono jėga nepriklauso nuo kitų įkrautų kūnų buvimo.
2. Tarkime, kad krūvis q sąveikauja su krūvių q1, q2, sistemomis. . . , qn. Jeigu kiekvienas iš sistemos krūvių krūvį q veikia jėga F1, F2, . . . , Fn atitinkamai, tada susidariusi jėga F, kurią duodama sistema veikia krūviui q, yra lygi atskirų jėgų vektorinei sumai:

F = F1 + F2 + . . . +Fn

Superpozicijos principas parodytas fig. 7. Čia teigiamas krūvis q sąveikauja su dviem krūviais: teigiamu krūviu q1 ir neigiamas krūvis 2 k.

Ryžiai. 7. Superpozicijos principas

Superpozicijos principas leidžia pasiekti vieną svarbų teiginį.

Prisiminkite, kad visuotinės gravitacijos dėsnis iš tikrųjų galioja ne tik taškinėms masėms, bet ir rutuliams, kurių masės pasiskirstymas yra simetriškas (ypač rutuliui ir taškinei masei); tada r yra atstumas tarp rutuliukų centrų (nuo taško masės iki rutulio centro). Šis faktas išplaukia iš matematinė forma visuotinės traukos dėsnis ir superpozicijos principas.

Kadangi Kulono dėsnio formulė turi tokią pačią struktūrą kaip ir visuotinės gravitacijos dėsnis, o superpozicijos principas galioja ir Kulono jėgai, galime padaryti panašią išvadą: pagal Kulono dėsnį, du įkrauti rutuliai sąveikaus (taškinis krūvis su rutuliu), su sąlyga, kad rutuliai turi sferiškai simetrišką krūvio pasiskirstymą; reikšmė r šiuo atveju bus atstumas tarp rutuliukų centrų (nuo taško krūvio iki rutulio).

Reikšmė šis faktas pamatysime labai greitai; ypač dėl šios priežasties įkrauto rutulio lauko stiprumas už rutulio ribų bus toks pat kaip taškinio krūvio. Tačiau elektrostatikoje, skirtingai nei gravitacijos atveju, reikia būti atsargiems su šiuo faktu. Pavyzdžiui, kai susijungia teigiamai įkrauti metaliniai rutuliai sferinė simetrija bus pažeisti: teigiami krūviai, vienas kitą atstumdami, bus linkę į labiausiai vienas nuo kito nutolusias kamuoliukų sritis (teigiamų krūvių centrai bus toliau vienas nuo kito nei rutuliukų centrai). Todėl rutuliukų atstūmimo jėga šiuo atveju bus mažesnė už vertę, gautą pagal Kulono dėsnį, pakeičiant atstumą tarp centrų vietoj r.

2.2 Kulono dėsnis dielektrikuose

Skirtumas tarp elektrostatinės ir gravitacinės sąveikos yra ne tik atstumiančių jėgų buvimas. Krūvių sąveikos jėga priklauso nuo terpės, kurioje yra krūviai (o visuotinės gravitacijos jėga nepriklauso nuo terpės savybių). Dielektrikai, arba izoliatoriai yra medžiagos, kurios nepraleidžia elektros srovės.

Pasirodo, dielektrikas sumažina krūvių sąveikos jėgą (lyginant su vakuumu). Be to, nesvarbu, kokiu atstumu yra krūviai vienas nuo kito, jų sąveikos jėga tam tikrame vienalyčiame dielektrike visada bus tiek pat kartų mažesnė nei tuo pačiu atstumu vakuume. Šis skaičius žymimas ε ir vadinamas dielektriko dielektrine konstanta. Leidžiamumas priklauso tik nuo dielektriko medžiagos, bet ne nuo jo formos ar dydžio. Tai bematis dydis ir jį galima rasti iš lentelių. Taigi dielektrikoje (1) ir (2) formulės yra tokios formos:

Vakuumo dielektrinė konstanta, kaip matome, yra lygi vienybei. Visais kitais atvejais dielektrinė konstanta yra didesnė už vienetą. Oro dielektrinė konstanta yra tokia artima vienybei, kad skaičiuojant ore esančių krūvių sąveikos jėgas, naudojamos vakuumo (1) ir (2) formulės.

Studijuoja elektriniai reiškiniai prasidėjo į Senovės Graikija iš stebėjimo, dėl kurio vėliau atsirado žodis elektra. Pastebėta, kad gintarą patrynus su vilna, jis pradeda traukti smulkūs daiktai- pavyzdžiui, pūkai ir plunksnos. Gintaras graikų kalboje yra elektronas, todėl tokio tipo sąveika vadinama elektrine.

Šiandien kiekvienas gali pakartoti šį garsųjį senovės graikų eksperimentą net be gintaro.

Įdėkime patirtį

Iššukuokite sausus plaukus plastikinėmis šukomis ir laikykite arti mažų popieriaus gabalėlių jų neliesdami. Popieriaus gabaliukai bus pritraukti prie šukos (49.1 pav.).

Elektrinę sąveiką sukelia kūnuose esantys elektros krūviai.

Kūnas, turintis elektros krūvį, vadinamas elektriniu (arba tiesiog įkrautu), o elektros krūvių perdavimas kūnams – elektrifikacija.

Trintas gintaras įgyja savybę elektriškai sąveikauti dėl to, kad trinamas jis įsielektrina. Vėliau paaiškėjo, kad gintaras nėra išimtis: daugelis kūnų yra įelektrinami dėl trinties. Jūs pati tikriausiai ne kartą pajutote „elektros šoką“, kai prisiliečiate prie kito žmogaus nusirengę ar apsivilkę vilnonius drabužius. Tai taip pat yra elektrifikacijos trinties metu rezultatas.

Eksperimentai su elektrifikuotais kūnais – pavyzdžiui, įtrintais gintaru ar šukomis – rodo, kad įelektrinti kūnai pritraukia neįkrautus objektus. Žemiau matysime, kad ši trauka atsiranda ir dėl elektros krūvių sąveikos.

1. Daugelis namų šeimininkių, stengdamosi kuo kruopščiau nuvalyti dulkes nuo baldų, ilgai trina baldo paviršių sausa šluoste. Bet, deja, kuo daugiau jie bando, tuo greičiau dulkės vėl nusėda ant „gerai nuvalytų“ paviršių. Tas pats nutinka ir kruopščiai nuvalius kompiuterio ar nešiojamojo kompiuterio monitorių sausa šluoste. Kaip tai paaiškinti?

Norėdami gauti įkrautus kūnus mokyklos patirtis Elektra dažniausiai ebonito pagaliuką įtrina vilna arba stiklinį – šilku. (Ebonitas - kietas juoda, susidedanti iš sieros ir gumos.) Dėl to pagaliukai įgauna elektros krūvį.

Įdėkime patirtį

Įelektrinkime vieną lengvo metalo movą (metalinį cilindrą), paliesdami ją, kol ji įkraunama. stiklo lazdele, o kitą rankovę palietus įkrautu ebonito strypu. Pamatysime, kad rankovės ims traukti (49.2 pav., a).
Bet dvi kasetės, elektrifikuotos tos pačios pagaliuko pagalba, visada atbaidys – nepriklausomai nuo to, kurią pagaliuką naudojome šoviniams elektrifikuoti (49.2 pav., b, c).

Šis eksperimentas rodo, kad elektros krūviai yra dviejų tipų: to paties tipo krūviai atstumia ir krūviai įvairių tipų yra traukiami. Dažniau jie kalba ne apie tipus, o apie krūvių požymius, vadindami juos teigiamais ir neigiamais. Faktas yra tas, kad priešingų ženklų krūviai gali panaikinti vienas kitą (taip pat kaip teigiamų ir neigiamus skaičius Gali būti lygus nuliui). Taigi,

Elektros krūviai turi du ženklus – teigiamą ir neigiamą.

Šilku įtrintos stiklinės lazdelės krūvis laikomas teigiamu, o ebonito dildės, įtrintos kailiu ar vilna – neigiamas.
Kūnai, kurių krūvis yra to paties ženklo, vadinami įkrautais tuo pačiu ženklu, o kūnai, turintys skirtingų ženklų krūvius, vadinami priešingai.

Aukščiau aprašyta patirtis tai parodė

Tikėtina, kad įkrauti kūnai atstumia, o priešingai įkrauti kūnai traukia..

2. a) Ar trijų rutulių krūviai gali būti tokie, kad bet kuri rutulių pora atstumtų vienas kitą? abipusiai traukia?
b) Ar galima nenaudojant kitų kūnų ar instrumentų nustatyti: koks kiekvieno rutulio krūvio ženklas? Ar visi rutuliai turi tą patį krūvį?
c) Aprašykite eksperimentą, pagal kurį galima nustatyti kiekvieno rutulio krūvio ženklą.

Kūnai, neturintys elektros krūvio, vadinami neįkrautais arba elektriškai neutraliais. Beveik visi mus supantys kūnai yra neutralūs. Bet tai nereiškia, kad jie neturi elektros krūvių!

Priešingai, bet kuriame kūne yra daug teigiamo ir neigiamo krūvio dalelių ir bendras teigiamas, ir bendras neigiamas šių dalelių krūvis yra didžiulis (tai netrukus pamatysime). Tačiau šie teigiami ir neigiami krūviai vienas kitą kompensuoja labai tiksliai.

2. Elektros krūvininkai

Elektros krūvį neša tik įkrautos dalelės. Elektros krūvis neegzistuoja be dalelių.

Įkrautos dalelės vadinamos elektros krūvininkais. Jei jie gali judėti medžiagoje, jie vadinami laisvaisiais elektros krūvio nešėjais arba tiesiog laisvaisiais krūviais.

Dažniausiai elektronai veikia kaip laisvieji krūviai. Kaip jau žinote iš vidurinės mokyklos fizikos kurso, šios labai lengvos, neigiamo krūvio dalelės juda aplink didžiulį (palyginti su elektronais) teigiamai įkrautą atomo branduolį. Būtent elektronai yra laisvieji krūvininkai metaluose.

Jonai, atomai, praradę arba įgiję vieną ar daugiau elektronų, taip pat gali turėti elektros krūvį. (Iš graikiško „jono“ – klajoklis.) Atomas, praradęs elektroną (-us), tampa teigiamai įkrautu jonu, o atomas, turintis elektrono (-ų) perteklių – neigiamo krūvio jonu.

Pavyzdžiui, tirpale stalo druskos(NaCl) laisvieji krūviai yra teigiamai įkrauti natrio jonai ir neigiamai įkrauti chloro jonai.

3. Kokiu jonu (teigiamo ar neigiamo krūvio) virsta atomas, praradęs elektroną?

4. Kaip kinta atomo masė, kai ji tampa: teigiamas jonas? neigiamas jonas?

Labiausiai nuo branduolio esantys elektronai yra silpniau surišti su branduoliu. Todėl, kai du kūnai glaudžiai liečiasi, elektronai gali pereiti iš vieno kūno į kitą (49.3 pav.). Tai paaiškina, kodėl trintis kūnai dažnai įsielektrina.

Dėl elektrifikacijos viename kūne atsiranda elektronų perteklius, todėl jis įgauna neigiamą elektros krūvį, o kitame kūne atsiranda elektronų trūkumas, dėl ko jis įgauna teigiamą krūvį.

3. Laidininkai ir dielektrikai

Medžiagos, kuriose yra laisvųjų elektros krūvininkų, vadinamos laidininkais.

Visi metalai yra geri laidininkai. Druskų ir rūgščių tirpalai taip pat yra laidininkai – tokie skysčiai vadinami elektrolitais. (Iš graikų kalbos „litos“ – skaidomas, tirpus.) Elektrolitai yra, pvz. jūros vanduo ir kraujo.

Metaluose laisvieji krūviai yra elektronai, o elektrolituose laisvieji krūviai yra jonai.

Medžiagos, kurių sudėtyje nėra nemokama žiniasklaida elektros krūvis vadinamas dielektriku.

Dielektrikai yra daugybė plastikų ir audinių, sausa mediena, guma, stiklas, taip pat daugelis skysčių – pavyzdžiui, žibalas ir chemiškai grynas (distiliuotas) vanduo. Dujos, įskaitant orą, taip pat yra dielektrikai.

Nors dielektrikuose nemokamų mokesčių nėra, tai nereiškia, kad jie nedalyvauja elektros reiškiniuose. Faktas yra tas, kad dielektrikuose yra surištų krūvių - tai elektronai, kurie negali judėti visame medžiagos mėginyje, bet gali judėti viename atome ar molekulėje.

Kaip matysime toliau, tai lemia tai, kad dielektrikai daro didelę įtaką įkrautų kūnų sąveikai: pavyzdžiui, jie gali susilpninti dešimtis kartų.

Dėl surištų krūvių poslinkio neįkrauti dielektriniai kūnai (pavyzdžiui, popieriaus skiautelės) traukiami į krūvius. Toliau panagrinėsime tai išsamiau.

4. Elektrifikacija per įtaką

Dėl to, kad laidininkuose yra laisvųjų krūvių, laidininkus galima įkrauti net neliečiant jų įkrautais kūnais. Šiuo atveju kūnai yra įkrauti priešingų ženklų krūviais.

Įdėkime patirtį

Dvi metalines rankoves 1 ir 2, gulinčias ant medinio stalo, sujungkime laidu. Tada, nenuimdami laidininko, prie rankovės pridedame 1 teigiamo krūvio lazdelę, neliesdami ja rankovės (49.4 pav., a). Dalis laisvųjų elektronų, pritrauktų prie įkrauto strypo, judės iš 2 įvorės į 1 rankovę. Dėl to 2 įvorė bus įkrauta teigiamai, o rankovė 1 – neigiamai.

Neišimdami įkrautos lazdos, nuimame įvores jungiantį laidininką (49.4 pav., b). Jie liks įkrauti, o jų krūviai bus vienodo dydžio, bet priešingo ženklo.

Dabar galite išimti įdėtą lazdelę: skirtingai nei įkrovos liks kasetėse.

Šis kūnų elektrifikavimo būdas vadinamas elektrifikavimu veikiant.

Atkreipkite dėmesį: elektrifikacija dėl įtakos vyksta dėl mokesčių perskirstymo. Algebrinė suma kūnų krūvis lieka lygus nuliui: kūnai įgyja vienodo dydžio ir priešingo ženklo krūvius.

5. Išsamiai papasakokite, kaip ir kodėl pasikeistų aprašyto eksperimento rezultatas, jei iš pradžių būtų pašalinta įkrauta lazda, o po to – įmovas jungiantis laidininkas. Iliustruokite savo istoriją schematiškais brėžiniais.

6. Paaiškinkite, kodėl aukščiau aprašytame eksperimente žmogus laiko rankovę jungiantį metalinį strypą už medinės rankenos. Apibūdinkite, kas nutiktų, jei šio eksperimento metu žmogus laikytų metalinį strypą tiesiai ranka. Prašome atsižvelgti į tai žmogaus kūnas yra dirigentas.

5. Kodėl neįkrautus kūnus traukia įkrauti?

Dabar išsiaiškinkime, kodėl neįkrauti kūnai traukia įkrauti.

Įdėkime patirtį

Teigiamo krūvio lazdelę pritraukime prie neįkrautos metalinės movos (49.5 pav.). Laisvieji elektronai rankoves trauks teigiamai įkrautas strypas, todėl arčiausiai lazdelės esančioje rankovės dalyje atsiras neigiamas elektros krūvis, o tolimojoje – teigiamas dėl elektronų trūkumo.

Dėl to rankovė pritrauks pagaliuką, nes neigiami rankovės krūviai yra arčiau lazdos.

7. Paaiškinkite, kodėl neįkrautą metalinę movą taip pat traukia neigiamai įkrautas strypas.

Taigi neįkrautą laidininką traukia įkrautas kūnas, turintis bet kokio ženklo krūvį, dėl laisvųjų krūvių persiskirstymo neįkrautame laidininke.

8. 49.6 paveiksle pavaizduota rankovių A ir B, taip pat rankovių B ir C sąveika. Yra žinoma, kad įvorė A yra teigiamai įkrauta.
a) Ar galima sakyti, kad kasetė B įdėta? Jei taip, koks jo įkrovimo ženklas?

c) Ar galima numatyti, kaip sąveikaus rankovės A ir C?

Neįkrautą dielektriką taip pat traukia kūnas, turintis bet kokio ženklo krūvį. Tai paaiškinama surištųjų krūvių poslinkiu dielektrike: dielektriko paviršiuje atsiranda skirtingų ženklų krūviai, o priešingo ženklo krūviai yra arčiau įkrauto kūno. Tai veda prie patrauklumo.

Žemiau mes išsamiau apsvarstysime surištų krūvių poslinkį dielektrike.

6. Elektrinių sąveikų vaidmuo

Pats atomų egzistavimas yra dėl teigiamai įkrautų branduolių ir neigiamai įkrautų elektronų elektrinės sąveikos.

Atomų ir molekulių sąveika taip pat yra elektrinio pobūdžio: jos dėka atomai susijungia į molekules, o iš atomų ir molekulių – skysti ir. kietosios medžiagos. Paaiškinta neutralių atomų ir molekulių elektrinė sąveika netolygus pasiskirstymas elektros krūvis juose.

Elektrinė sąveika taip pat yra atsakinga už daugelį procesų gyvame organizme. Visų pirma, impulsų pobūdis nervų ląstelės, įskaitant smegenų ląsteles.

Elektrinė sąveika yra daug kartų intensyvesnė nei gravitacinė sąveika. Pavyzdžiui, elektrinio atstūmimo jėga tarp dviejų elektronų viršija jų gravitacinės traukos jėgą maždaug 4 * 10 42 kartus. Palyginti su šiuo didžiulis skaičius Net Avogadro konstanta atrodo mažytė! § 50 patikrinsime šį lyginamąjį elektrinės ir gravitacinės sąveikos jėgų įvertinimą.

Bet jei elektrinė sąveika tokia stipri, kodėl taip retai ją pastebime aplinkui?

Faktas yra tas, kad beveik visi mus supantys kūnai yra elektriškai neutralūs: didžiulis bendras teigiamas elektros krūvis atomų branduoliai labai dideliu tikslumu jį kompensuoja bendras neigiamas elektronų krūvis, lygus jam pagal dydį.

Tik šios kompensacijos dėka nepastebime, kokios didelės elektrinės sąveikos jėgos yra „paslėptos“ medžiagos viduje.

Tačiau toks abipusis mus supančių kūnų krūvių kompensavimas nereiškia, kad elektrinės jėgos niekaip nepasireiškia, pvz. mechaniniai reiškiniai. Tiesą sakant, studijuodami mechaniką, mes netiesiogiai atsižvelgėme į šias jėgas.

Kaip prisimenate, mechanikoje laikomos trijų tipų jėgos - gravitacinės jėgos, tamprumo jėgos ir trinties jėgos. Dvi iš šių jėgų – tamprumo ir trinties jėgą – sukelia kūnus sudarančių atomų ir molekulių sąveika, o atomų ir molekulių sąveika, kaip jau žinome, yra elektrinio pobūdžio.

Papildomi klausimai ir užduotys

9. Dvi vienodos rankovės kabo viena šalia kitos ant vienodo ilgio siūlų. Ant raudono sriegio kabo užtaisytas kasetės dėklas, o ant mėlyno – neįkrautas. Kuris siūlas labiau nukrypęs nuo vertikalės?

10. Dvi metalinės rankovės, kabantys viena šalia kitos ant siūlų, atstumia viena kitą. Kaip šios kasetės sąveikaus, jei vieną iš jų paliesite ranka?
11. 49.7 paveiksle parodyta, kaip sąveikauja rankovės A ir B bei rankovės B ir C.
a) Ką galima pasakyti apie kaltinimą B atveju?
b) Ką galima pasakyti apie kaltinimą C atveju?

12. Tarp dviejų vertikalių metalinių plokščių, kurių krūviai turi priešingus ženklus, pakabinamas lengvojo metalo rutulys (49.8 pav.). Apibūdinkite, kas atsitiks po to, kai kamuolys palies vieną iš plokštelių.

10. Elementarus elektros krūvis. Elektros krūvio tvermės dėsnis . Kulono dėsnis. Įtampa elektrinis laukas. Elektrinių laukų superpozicijos principas.

Elektros reiškiniai.

Bet kuris atidus žmogus (net ir akmens amžiaus žmogus) gali tai atrasti, kai tam tikri daiktai pagaminti iš skirtingos medžiagos, jie įsigyja įdomi nuosavybė pritraukti smulkius daiktus: dėmes, plaukus, pūkus. Ši savybė ryškiausiai pasireiškia sukietėjusioje dervoje – gintare – įtrynus su vilna. Graikiškai gintaras reiškia elektroną, todėl tokius reiškinius imta vadinti elektriniu. Skirtingai nuo mechaninės kūnų, tiesiogiai besiliečiančių vienas su kitu, sąveikos (kuri matoma plika akimi), elektriniuose reiškiniuose kūnai mechaniškai sąveikauja vienas kito neliesdami. Šis neįprastas turtas patraukė dėmesį. Kiekvienas iš jūsų, nusivilkdamas megztinį ar marškinius, yra girdėjęs, kad kartais pasigirsta spragtelėjimai, traškesiai, o tamsoje net galima pastebėti šviesos blyksnius ar kibirkštis. Pasivaikščiojus sintetiniais kilimais nelabai malonu liesti metalinius daiktus (durų rankenas, spynas) – atsiranda labai jautrios elektros iškrovos. Atsiranda poveikis rankai prieš tai kai ji paliečia durų rankeną ar spyną.

Grandiozinės elektros apraiškos - žaibas - visada domino žmones, tačiau dėl jų „nepriklausomybės“, tai yra, dėl to, kad neįmanoma žmogaus rankomis pagaminti kažką panašaus, žaibas įvairiose religijose buvo aiškinamas kaip aukštesnių jėgų pykčio apraiška.

Atsiradus laisvo laiko dalis žmonių išsivystė mokslinių interesų, ir buvo nustatyta, kad būdų gauti elektra įkrautus kūnus nėra per daug ir tik kelios taisyklės, reglamentuojančios įkrautų kūnų sąveiką.

Kiek yra mokesčių rūšių?

Maži kūnai, turintys elektrinių savybių, traukia arba atstumia vienas kitą. Jei identiški kūnai būtų įkrauti vienodai, tada jie atstumia vienas kitą. Skirtingi kūnai, kurie dėl trinties vienas į kitą įgyja elektrines savybes, traukia vienas kitą. Palyginimui elektrines savybes kūnų, buvo patikrinta jų sąveika su „standartiniais“ įkrautais kūnais. Vienus jų atbaidė ant vilnos įtrintas ebonito (gintarinis) pagaliukas, kitus – šilko įtrintas stiklinis strypas. Taigi yra tik dviejų tipų kūnų elektrinės savybės. Pagal analogiją su matematines taisykles elektrinių savybių pobūdžiui apibūdinti buvo įvesti du ženklai – „pliusas“ ir „minusas“. Krūvis, gautas ant stiklo, įtrinto ant šilko, buvo vadinamas teigiamu, o ebonito, įtrinto ant vilnos, – neigiamu.()

Patraukimas ir atstūmimas

Buvo nustatyta, kad kūnai su skirtingų ženklų krūviais visada traukia vienas kitą. Tačiau paaiškėjo, kad to paties ženklo krūviais įkrauti kūnai kartais atstumia vienas kitą, kartais traukia vienas kitą, o kai kuriais atvejais gali elgtis taip, lyg nebūtų įkrauti. Būtina sąlyga atstūmimasįkrauti kūnai yra tas pats jų krūvių ženklas. Atrakcijaįkrauti kūnai gali atsirasti tiek su vienodais, tiek su skirtingais kūnų krūvių ženklais. Pasirodo, vienas kitą gali pritraukti du kūnai, kurių vienas visai neturi elektros krūvio. Tai yra, norint pritraukti kūnus, pakanka tik vieno kūno krūvio. Iš viso to, kas išdėstyta pirmiau, aišku, kad tik vienu atveju galima padaryti aiškią išvadą apie kūnų kaltinimų pobūdį. (Kokiu atveju?)

Atsakymas: jei du nesiliečiantys įkrauti kūnai atstumia vienas kitą, vadinasi, jie tikrai turi to paties ženklo krūvius!

Įkrauti ir neįkrauti kūnai gali ne tik pritraukti ar atstumti, bet ir „orientuoti“ vienas kitą. Pavyzdžiui, neįkrauta lazda, pakabinta horizontaliai ant sriegio šalia įkrauto rutulio tame pačiame aukštyje, kaip visada yra nukreipta „į rutulį“. Tai reiškia, kad kūną (nagrinėjamu atveju lazdą) veikia mechaninis jėgos momentas. Tokios „orientacijos“ paaiškinimas yra pagrįstas samprotavimais apie skirtingai įkrautų kūno dalių „trauką“ ir „atstūmimą“.

Dar kartą įsitikinkime, kad neįkrauti kūnai, kaip ir įkrauti kūnai, gali traukti vienas kitą. Popieriaus gabalas (susuktas į vamzdelį) pakabinamas ant sriegio. Neįkrautą lapą traukia įkrauta ebonito lazda (arba plastikinis butelis). Du tokie neįkrauti lapai, pakabinti greta, vienas prie kito pritraukia, kai prie jų atnešama įkrauta lazda. Jų mechanizmas abipusė trauka panašus į mechanizmą, dėl kurio metaliniai rutuliai magnetiniame lauke išsirikiuoja į grandines.

Įkrovos atskyrimo būdai

Tarp skirtingai įkrautų kūnų atsiradimo priežasčių garsiausia yra kūnų trintis vienas prieš kitą. Atskyrus šiuolaikinius lipdukus nuo popieriaus ar plastiko sluoksnio, atskirti objektai įgyja skirtingi mokesčiai. Kūnai gali įgyti krūvį dėl apšvietimo pakankamai trumpo bangos ilgio šviesa. Dėl didelio šildymo objektai dažniausiai įgauna teigiamą krūvį. Krūviai gali būti atskirti dėl paties kūno ar kaimyninių kūnų radioaktyvumo.

Krūvių atsiskyrimas iš pradžių neįkrautuose kūnuose įvyksta, kai jie yra šalia įkrauto kūno (elektrostatiniame lauke). Jei du srovę nešantys kūnai pirmiausia susiliečia ir vėl „atskiriami“ tam tikru atstumu, tada kiekvienas iš jų įgauna krūvį. Ateityje, kada kiekybiniai tyrimai nustatyta, kad bendras elektros krūvis izoliuota sistema kūnai išgelbėti! Ši eksperimentų išvada vadinama krūvio tvermės dėsniu.

Įdomiausia, kad krūviai visada pasirodo poromis. Jei vienas iš kūnų įgauna teigiamą krūvį, tai antrasis kūnas įgauna neigiamą krūvį, o skirtingi krūviai tiesiogine prasme atsiranda „kartu“. Tai reiškia, kad toks įvykis kaip tuo pačiu metu atsirandantys krūviai skirtingose ​​vietose priešingas ženklas nors jis ir neprieštarauja krūvio tvermės dėsniui, jo niekada nesilaikoma!

Elektros krūvių diskretiškumas

Yra žinoma, kad jei susiliečia du vienodi laidūs rutuliai, kurių vienas buvo įkrautas prieš kontaktą, o kitas nebuvo, tada atskirus šiuos rutulius kiekvienas iš jų turės tą patį krūvį, kuris yra pusė pradinio krūvio. įkrauto rutulio. Kas atsitiks, jei tokiu būdu padalysite mokestį vėl ir vėl? Ar šis procesas gali būti tęsiamas neribotą laiką? Klausimas ne beprasmis, tačiau eksperimentas, kuris nustatė, kad dalybos procesas negali tęstis be galo, buvo keliamas kitaip. Eksperimentą sumanė ir atliko Millikanas. Jame maži aliejaus lašeliai buvo laikomi ore ramybės būsenoje dėl to, kad jie turėjo elektros krūvį, o be to gravitacinis laukas Juos taip pat paveikė elektrinis laukas. Oras kartu su lašeliais buvo apšviestas ultravioletinė šviesa o lašelių krūviai retkarčiais keisdavosi veikiant šviesai. Millikanas nustatė, kad lašelių krūviai visada buvo lygūs sveikajam skaičiui, padaugintam iš labai mažo krūvio, kuris buvo vadinamas elementariuoju krūviu. Jo reikšmė SI sistemoje yra: 1,6 × 10-19 C.

Elektroskopas

Buvo išrasta daug metodų ir prietaisų, leidžiančių tiesiogiai stebėti įkrautų kūnų elektrinę sąveiką. Vienas prietaisas, vadinamas elektroskopu, susideda iš stiklinio indo, kuriame yra metalinis strypas su dviem labai lengvais metaliniais lapeliais. Jei elektroskopas yra įkrautas, šie žiedlapiai, atstumdami vienas kitą, skiriasi. Tai pastebima plika akimi. Kuo labiau įkrautas elektroskopas, tuo daugiau didesnis kampasžiedlapiai plinta.

Eksperimentai

Įspūdingus kūnų elektrinės sąveikos demonstravimus galima atlikti su paprasčiausia įranga. Eksperimentui atlikti reikia: siūlų, stalo teniso kamuoliuko, aliuminio folijos, tuščio plastikinio butelio ir sauso popieriaus. Jei demonstraciniame kambaryje yra ebonito ir stiklo strypų, tada jie taip pat gali būti naudojami.

Rutulys suvyniotas į foliją ir pakabinamas ant 1,5–2 metrų ilgio sriegio. Butelis įkraunamas (neigiamai), trindamas jį į popierių. Neįkrautas rutulys pritraukiamas į įkrautą plastikinį butelį (ir stiklinį, ir ebonito strypą). Jei kamuolys įkraunamas palietus jį įkrautu daiktu, tada jį atstums objektas, turintis tą patį įkrovos ženklą, jei jis bus pakankamai toli nuo jo. (Jei rutulys yra arti įkrauto objekto, jį galima pritraukti!)

Egzistuoja didžiulė suma poros medžiagų ir daiktų, kurios, besitrindamos viena į kitą, išskiria krūvius. Pora „sausas laikraštis – guminis balionas“ gali būti parodyta veikiant. Intensyviai „trynus“ rutulį laikraščiu, jis ima traukti prie rankų, o atnešus prie lubų lieka kaboti ant lubų.

Daugiau pavyzdžių:

Vilna įtrintas polietileno lakštas prilimpa prie sienos, lentos, delno.

Šilkiniai apatiniai ar sintetinės suknelės merginoms kartais elgiasi nepageidautinai, prilipdamos prie kojų ir sukeldamos kitų nepatogumų.

Statinės elektros pavyzdžiai kasdieniame gyvenime ir darbe:

Dulkės kaupiasi kompiuterio monitoriuje ir televizoriaus kineskope, o šių įrenginių viduje susikaupia į kelias atskiras dalis. Statinė elektra naudojama šiuolaikiniuose spausdinimo ir kopijavimo įrenginiuose (kopijuoklis, lazerinis spausdintuvas). Kad išvengtumėte nemalonių pasekmių elektros iškrovos Transporto priemonėse, vežančiose skystą kurą (benziną, dyzelinį kurą), turi būti įrengti elektrostatiniai iškrovikliai, kurie yra metalinės grandinės, pritvirtintos prie transporto priemonės kėbulo ir liečiančios kelią. Siekiant sumažinti arba pašalinti audinių (šilko, sintetikos) elektrostatinį krūvį, jie yra apdorojami „antistatiniu“ skysčiu. Džiovinant ant audinio susidaro toks skystis plonu sluoksniu medžiaga, per kurią gali keliauti elektros krūviai.

Laidieji ir nelaidūs kūno krūviai

Yra medžiagų ir medžiagų, kurios gerai „perduoda“ elektros krūvius, taigi, yra medžiagų ir medžiagų, kurios tai daro blogai. Pavyzdžiui, jei du vienodus elektroskopus, kurių vienas (1) buvo įkrautas, o kitas (2) nebuvo, sujungsite su plienine viela, abu po labai trumpo laiko „parodys“, kad yra įkrauti. Tiesa, kiekvienas bus įkrautas mažesniu mastu, nei buvo įkrautas pirmasis elektroskopas. Jei tuos pačius elektroskopus sujungsite mediniu pagaliuku, krūvis iš vieno į kitą bus perkeltas taip lėtai, kad šis procesas gali trukti sekundes ar net minutes. Turtas fizinis kūnas ar gerai, ar blogai vesti elektrą, priklauso nuo organizmo prigimties, jo būklės ir išorinės sąlygos, kuriame yra kūnas.

Drėgni popieriaus gabaliukai yra laidūs kūnai, o sausi – nelaidūs. Karštas (raudonai įkaitęs) ebonitas praleidžia krūvius, bet normalioje temperatūroje ne! Sausas oras normalioje temperatūroje neatlieka krūvių (ant šilko siūlų kabantys kūnai ilgai neišsikrauna), bet aukšta temperatūra(liepsnoje, žaibo statinėje) gerai praleidžia krūvius. Yra įdomių medžiagų, kuri at normalios temperatūros Jie prastai praleidžia elektrą, o temperatūrai nukritus iki 100K tampa superlaidininkais. Medžiagos, kurios prastai praleidžia elektrą, vadinamos izoliatoriais.

Paaiškinti medžiagų savybes laidi (ar ne) elektrai buvo pristatyta modelio pristatymas apie „nemokamų mokesčių“ buvimą tokiose medžiagose. Jei laisvų krūvių daug, vadinasi, medžiaga yra laidži – ji vadinama laidininku. Jei yra nedaug nemokamų mokesčių, ši medžiaga yra izoliatorius. Laisvųjų krūvininkų koncentracijų diapazonas pagal šį atvaizdą (modelį) geruose laiduose (sidabras) ir geruose izoliatoriuose (kietoji guma) yra didesnis nei 1020.

Mes turime ištirti vidinę laidininkų, izoliatorių ir kitų medžiagų struktūrą fizikos kurse, kai sužinome apie bet kurią medžiagą sudarančių atomų struktūrą.

Stacionarių taškinių krūvių sąveikos dėsnis

At eksperimentinis tyrimas Vos dviejų vienodų mažo dydžio kūnų elektrinė sąveika ore, nesunku nustatyti, kad vieno kūno veikianti jėga yra nukreipta išilgai šiuos du kūnus jungiančios linijos.

Įkrautų kūnų sąveikos kiekybinis tyrimas lėmė prancūzų fizikas Charlesas Augustinas Kulonas padarė išvadą, kad sąveikos jėgos tarp dviejų taškų () dydis įkraunamas tuščia vieta yra proporcinga kiekvieno krūvio dydžiui ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui. Tokia išvada buvo padaryta remiantis daugybe eksperimentų su sukimo balansais, kurių metu kūnų traukos į Žemę jėga buvo kompensuojama gijos įtempimu. Norint gauti vienodo dydžio ir vienodo ženklo elektros krūvius, galima liesti vienodus įkrautus laidžius rutulius.

(Sukimo svarstyklių konstrukcijos ir veikimo aprašymas yra vadovėliuose.)

Pakabukui panaudoti šeivamedžio rutuliukai (vaisiai). Pastatęs kamuoliukus tam tikru atstumu vienas nuo kito, Kulonas perdavė jiems to paties ženklo užtaisus, o rutuliai atstumdavo ir atitoldavo vienas nuo kito. Norėdami atkurti ankstesnį atstumą tarp jų, eksperimentatorius susuko siūlą, ant kurio vienas iš rutuliukų kabėjo ant svirties svirties. Sukimosi kampas buvo proporcingas susidariusiam „sukimo“ jėgos momentui.

Jei spindulio vektorius, atitinkantis du erdvės taškus, kuriuose yra maži (taškiniai) kūnai, žymimas simboliu (), tada Kulono nustatytas sąveikos dėsnis gali būti pavaizduotas matematinio žymėjimo forma:

Čia F12 yra jėga, kuria kūnas 1 veikia kūną 2, q1 ir q2 yra kūnų krūviai, o K yra tam tikri pastovus. Jei kūnų krūviai turi vienodą ženklą, tai, kaip rodo formulė, kūnai atstumia, bet jei kūnų krūvių ženklai skiriasi, tai jie traukia.

Elektrinės sąveikos jėgos tarp kelių taškiniai kūnai, kaip paaiškėjo, sumuojasi kaip vektoriai, tai yra, jie paklūsta superpozicijos principui. Bendra jėga, veikiantis vieną kūną nuo kitų kūnų, yra jėgų, veikiančių šį kūną nuo visų kitų kūnų atskirai, vektorių suma.

Elektrinis laukas.

Du maži įkrauti kūnai sąveikauja erdvėje laisvai (nuo kitų kūnų) taip, kad kur bepadėtume antrąjį kūną, pirmasis „jaučia“ savo buvimą. Be to, iš sąveikos dėsnio formos (elektrostatikai, Kulono dėsnis) išplaukia, kad jėga visada yra proporcinga kūno krūviui.

Labai seniai (Maiklo Faradėjaus) buvo išsakyta mintis, kad kiekvienas krūvis sukuria „kažką“ aplink save erdvėje, o tai savo ruožtu veikia kitus krūvius. Šis „kažkas“ buvo vadinamas „lauku“. Tokio „lauko“ analogas yra žibintuvėlio lemputės spinduliavimas ore visomis kryptimis. Šviesos ryškumas priklauso nuo atstumo iki žibintuvėlio. Žibintuvėlis „matomas“ visur, bet tolstant nuo jo šviesa silpnėja. Erdvėje sukurtas „laukas“ turi santykinę nepriklausomybę. Pavyzdžiui, jis gali egzistuoti net tada, kai jo šaltinis jau išnyko. Daugelis žvaigždžių, kurias matome danguje, šviečia ta pačia šviesa, kuri buvo skleidžiama prieš daugybę milijonų metų. Paaiškėjo, kad lauko idėja buvo labai vaisinga, o vėliau paaiškėjo, kad pati šviesa yra elektromagnetinis laukas.

Mokesčių sąveiką apibūdinsime taip:

Krūvis (arba mokesčiai) erdvėje sukūrė elektrinį lauką, o tai savo ruožtu veikia į joje esantį krūvį. Dabar „pamirškime“, kad lauką sukūrė mokesčiai. Sakysime taip: „Elektriniame lauke esantį krūvį veikia jėga, kurios dydis proporcingas krūviui, o kryptį lemia laukas“. Laukui kiekviename erdvės taške būdinga „įtampa“ – tai vektorinis kiekis, lygus santykiui jėgos, veikiančios nedidelį (bandomąjį) krūvį iki šio krūvio dydžio. ()

Elektrinio lauko idėja labai gerai „paaiškina“, kaip vyksta krūvių perdavimas per laidininkus: esant laidininkui elektriniam laukui, laisvieji krūviai pradeda judėti ir tai yra krūvių persiskirstymo priežastis.

Elektros lauko linijos

Plokščiuose brėžiniuose parodyti paskirstyto elektrinio lauko struktūrą trimatė erdvė, yra keletas būdų. Vienas iš jų – plokštumoje nubrėžiamos linijos, kurių liestinės kiekviename taške sutampa su tam tikrame taške esančio elektrinio lauko stiprumo vektoriaus projekcijos į braižymo plokštumą kryptimi. Ant linijos dedamos rodyklės, kurios rodo lauko stiprumo vektoriaus projekcijos kryptį. Šios eilutės vadinamos " elektros linijos elektrinis laukas“, nors tokia linija nerodo lauko stiprumo vektoriaus dydžio. Jei teigiamas taškinis krūvis patenka į brėžinio plokštumą, tai greta jo jėgos linijos „išeina“. Su neigiamu taškiniu krūviu situacija yra visiškai priešinga: į jį „įeina“ jėgos linijos.

Lauko linijų raštas tik kokybiškai apibūdina elektrinio lauko struktūrą. Pavyzdžiui, taškinio krūvio laukas, esantis paveikslo plokštumoje, pavaizduotas tiesiomis linijomis, kurios eina per tašką, kuriame yra krūvis. Lygiai toks pat raštas bus ir begalinei tiesei, vienodai įkrautai išilgai jos ilgio, kuri kerta jai statmeną rašto plokštumą. Tačiau pirmuoju atveju lauko stiprumas priklauso nuo atstumo pagal įstatymą 1/R2, o antruoju – pagal įstatymą 1/R. Lygiai tokia pati schema bus taikoma bet kuriam plonai įkrautam segmentui, statmenai plokštumai brėžinys, esantis ant tiesės, kertančios plokštumą tam tikrame taške. Šiuo atveju lauko dydžio kitimo dėsnis nesutampa nei su 1/R2, nei su 1/R1.

Kodėl elektrometras jautresnis už elektroskopą? Du kūnai vienas kitą traukia dėl elektrinių jėgų. Ar iš to išplaukia, kad šie kūnai turi skirtingų ženklų krūvius? Būtina sąlyga, kad jėga veiktų neįkrautą kūną elektriniame lauke elektrinė kilmė, yra išorinio elektrinio lauko nehomogeniškumas. Jei elektrinio lauko stipris nukreiptas išilgai linijos A - B ir didėja pasislinkus nuo A iki B, tai netoli kurio taško (A arba B) didelė jėga veiks neįkrautą mažo skersmens laidų rutulį? elektrinė jėga? Jei į „einant“ smėlio laikrodis jei atnešite magnetą, jie dirbs ir toliau, bet jei atnešite įkrautą ebonito lazdelę, laikrodis sustos. Kodėl? Kodėl televizoriui veikiant ilgą laiką ekrane lieka dulkių sluoksnis? Vienoje medžiagoje laisvųjų krūvių koncentracija lygi N. Esant elektriniam laukui E, laisvieji krūviai šioje medžiagoje juda su vidutinis greitis V. Antroje medžiagoje, jei joje yra elektrinis laukas E/2, laisvieji krūviai juda vidutiniu greičiu V/3. Kokia yra laisvųjų nešėjų koncentracija antroje medžiagoje, jei abi medžiagos vienodai gerai praleidžia elektros krūvius (t.y. laidumas arba tas pats varža) ? Tam tikroje medžiagoje (dujose) laisvieji nešikliai atsiranda poromis dėl molekulių šiluminio judėjimo ir vidutiniškai po laiko T „rekombinuojasi“, kai susitinka skirtingų ženklų laisvieji nešėjai. Tūrio vienetui kas sekundę gimsta N porų. Nubraižykite kokybinę srovės priklausomybę nuo elektrinio lauko dydžio iš šios medžiagos pagamintame laidininke. Paaiškinkite, kodėl šie santykiai atrodo būtent taip, kaip nupiešėte. Nepaisykite medžiagos šildymo. Kodėl, atliekant eksperimentus su įkrautais karoliukais sukimo svarstyklės, Kulonas naudojo to paties ženklo krūvius, o ne priešingus? Sprendžiant uždavinį teoriškai, daroma prielaida, kad du maži kūnai yra dideli ir fiksuotu atstumu vienas nuo kito. Kūnai yra įkrauti ir veikia vienas kitą Kulono jėgomis. Keičiasi kūnų krūviai ir apskaičiuojamas santykis Kulono jėgos sąveikos. Ar šis santykis gali būti tiksliai lygus π (20,5)? Erdvėje yra 4 identiški taškiniai krūviai Q Trys iš jų poromis sujungti trimis nelaidžiais vienodo ilgio L gijomis. Ketvirtasis krūvis yra vienodu atstumu nuo kiekvieno iš likusių trijų krūvių. Kokios yra sriegių įtempimo jėgos, jei sistema yra pusiausvyroje?

Galima sukurti vieną sąveikos tipą fizinė teorija(modelis), kuris turėjo įvesti trijų tipų „įkrovimo“ poras. Jie net nevadino jų kaltinimais, bet sugalvojo naują pavadinimą „spalva“ ir „antispalva“. Ši teorija vadinama „chromodinamika“ (kvantine). Apibūdina teoriją branduolinė sąveika. O dalelės, turinčios šias „spalvas“-krūvius, vadinamos..., tačiau apie jas skaitykite patys!

Šis vektorius prasideda taške 1 ir baigiasi taške 2.

Krūvis turi būti mažas (bandymas), kad jam pasirodžius nepasikeistų krūvių pasiskirstymas ant kūnų. Tai suteikia „netrukdantį“ elektrostatinio lauko stiprumo matavimą.

Pamokos planas:

1. Apibendrinti anksčiau įgytas žinias apie kūnų elektrifikavimą remiantis elektronų teorija.
2. Grupinis ir individualus darbas:

• darbas su tešla;
• Kurkite mini projektus „Statinės elektros naudojimas ir kova su ja“.

3. Mini konferencija projekto apsaugos tema.
4. Pamokos santrauka.
5. Namų darbai.

Ant lentos.

Pamokos tikslas mokytojui:

Sisteminti ir apibendrinti mokinių žinias apie kūnų elektrifikaciją. Remdamiesi elektronine teorija, paaiškinkite kūnų elektrifikacijos procesą.

Užduotys mokytojui:

• sudaryti sąlygas, kurios pažadintų mokinių saviugdos veiklą;
• toliau lavinti stebėjimo įgūdžius fizikiniai reiškiniai, išbandyti teorines pozicijas naudojant eksperimentą, naudotis instrumentais;
• sutelkti dėmesį į būtinybę laikytis saugos taisyklių, kad būtų išvengta gaisrų ir nelaimingų atsitikimų darbe ir namuose.

Studentams:

Pamokos tikslas: prisiminti elektros krūvio sąvokas ir jo savybes; paaiškinti elektrifikacijos reiškinį; atsižvelgti į įgytų žinių praktinę orientaciją.

Užduotys:

1. Švietimas:

• Remdamiesi elektronine teorija, paaiškinkite kūnų elektrifikacijos procesą;
• Įgytų žinių praktinės orientacijos studijavimas;
• Motyvacijos ir patirties formavimas edukacinių, pažintinių ir praktinė veikla.

2. Vystymasis:

• Skatinti gebėjimo analizuoti, kelti hipotezes, prielaidas, prognozuoti, stebėti ir eksperimentuoti ugdymą;
• Skatinti vystymąsi loginis mąstymas;
• Gebėjimo išreikšti savo psichinės veiklos rezultatus kalboje ugdymas.

3. Švietimas:

• prisidėti prie mokslinės pasaulėžiūros formavimo;
• pabusti pažintinis susidomėjimasį subjektą ir aplinkinius reiškinius;
• bendradarbiavimo, bendravimo, komandinio darbo gebėjimų ugdymas;
• ugdyti gebėjimą kritiškai, bet objektyviai vertinti objektus, reiškinius, veiksmus ir veiksmus (savo ir kitų).

Metodinis: parodyti fizikos pamokose įgytų žinių praktinio pritaikymo galimybę.

Metodai ir metodai:

1. Informacijos žodinio perdavimo būdai ir girdimas informacijos suvokimas (technika: pokalbis, pasakojimas, diskusija);
2. Informacijos vaizdinio perteikimo metodai ir vizualinis suvokimas informacija (technika: stebėjimas, patirties demonstravimas, pristatymas);
3. Informacijos perdavimo metodai naudojant praktinę veiklą ir lytėjimo kinestetinį suvokimą ( eksperimentinis darbas grupėse);
4. Mokinių stimuliavimo ir motyvavimo metodai (technika: kūrimas probleminė situacija, probleminis pristatymas, dalinė paieškos veikla, grupinė tiriamoji veikla, sėkmės situacijos kūrimas, savitarpio pagalbos situacijos kūrimas);
5. Kontrolės metodai (frontalinio tyrimo metodai, testavimas, įsivertinimas).

Principai: mokslinis pobūdis, nuoseklumas, atitikimas gamtai, prieinamumas, asmeninis tobulėjimas, kolektyvizmas.

Mokymosi įrankiai:

• Kompiuteris, projektorius, ekranas;
• elektrometrai, organinio stiklo ir ebonito lazdelės, vilnos atraižos, laidininkas, plastikiniai ir metaliniai piltuvėliai, trikojis, organinio stiklo plokštė, permatoma plastikinė dėžutė su pipirais.
• darbalapiai, kortelės darbo aktyvumui pamokoje fiksuoti, patvirtinamųjų užrašų formos.

Pamokos eiga.

Sveiki.

Šiandien klasėje mes:

• Apibendrinti anksčiau įgytas žinias apie kūnų elektrifikavimą remiantis elektronikos teorija;
• Dirbti su tešla;
• Kurkite mini projektus apie elektros naudą ir žalą. Ir surengkite mini konferenciją, kad apsaugotumėte projektus.

Atsidarykite sąsiuvinius ir užsirašykite pamokos temą. „Elektros reiškinių paaiškinimas“ (puslapis Nr. 1). Taigi pagrindinė mūsų pamokos užduotis remdamasis žiniomis apie elektroną ir atomo sandarą, paaiškina kūnų elektrifikaciją kontaktuojant, laidininkų ir dielektrikų egzistavimą, taip pat paaiškina neįkrautų laidininkų (kūnų) trauką į įkrautus kūnus.

I. Žinių atnaujinimas.

Tačiau pirmiausia prisiminkime keletą nuostatų, kylančių iš elektroninės teorijos.

1. Iš ko pagaminti visi kūnai? ( atomai) sl. №2 (1)
2. Kokia atomo sandara? ( teigiamas branduolys, susidedantis iš protonų ir neutronų, elektronai juda aplink branduolį ir gali palikti savo apvalkalus) sl. №2 (2)
3. Koks yra elektrono krūvis? (neigiamas) sl. №2 (3)
4. Koks yra protono krūvis? (teigiamas) sl. №2 (4)
5. Tada paaiškėja, kad visi kūnai iš pradžių yra įkrauti. (Kokiomis sąlygomis kūnas neįkrautas)
6. Kokiomis sąlygomis kūnas bus teigiamai įkrautas?
7. Kokiomis sąlygomis kūnas bus neigiamai įkrautas?
8. Todėl kūnas pasikrauna, kai įgyja arba netenka elektronų.
9. Skaidrė Nr. 3 (1), kita. Nr. 3 (2) Kokiu ženklu įkrauta ebonito lazda? Kokia vilna? (klausimai skaidrėje)
10. Elektronai perkeliami iš vilnos į ebonito strypą.
11. Todėl mokesčiai nekuriami, o tik atskiriami.
12. Kodėl elektronai iš vilnos pereina į ebonitą, o ne atvirkščiai?

II. Neįkrauto kūno pritraukimo į įkrautą reiškinio paaiškinimas.

13. Pažiūrėkite į paveikslėlį ir atsakykite, ar kamuolys įkrautas? Jei kamuolys įkrautas, kokį ženklą turi kamuolys? Pagrįskite savo atsakymą.
14. Elektrinis laukas veikia tik įkrautą kūną.
15. Patirtis su neiškrautu kasetės dėklu. Kodėl iškrauta kasetė pirmiausia patraukė, o paskui pradėjo atstumti?

Taigi mes prisiminėme keletą nuostatų, kylančių iš elektroninės teorijos, ir paaiškinome jas. Taip pat išsiaiškinome, kodėl neįkrautas kūnas pirmiausia patraukiamas prie įkrauto kūno, o paskui nuo jo atstumiamas.

III. Darbas grupėse ir individualiai.

Tolesnis mūsų darbas vyks taip. Dabar sudarysime 4 tyrėjų grupes, kurios pradės dirbti su projektais, kiekviena grupė vykdys savo projektą su savo konkrečia tema. Bet jie visi atitinka mūsų konferencijos temą „Statinės elektros naudojimas ir kova su ja“. 2 grupės vykdo projektus, kurie įrodo, kad statinė elektra gali pasitarnauti žmonėms, o 2 grupės vykdo projektus, kurie įrodo, kad statinė elektra gali pakenkti ir pasakys, kaip su ja elgtis.

Likę vaikinai sėda prie kompiuterių ir atlieka atrankos testą.

• Paaiškinu, kaip dirbti su testu;
• Aš einu į tyrimų grupes. Darbas vyksta per 12 minučių. Tada visi susėda ir projektai ginami.

IV. Projektų apsauga (10 minučių)

O dabar visus kviečiu į konferenciją „Statinės elektros panaudojimas ir kova su ja“.

Mes nuolat esame daugybės mašinų, staklių ir paties žmogaus sukurtų elektros išlydžių vandenyne. Šios iškrovos, žinoma, nėra tokios galingos kaip natūralus žaibas, todėl jų nepastebime, išskyrus nežymius dūrius, kuriuos kartais patiriame, kai ranka paliečiame metalinį daiktą ar kitą žmogų. Tačiau tokios kategorijos egzistuoja ir gali, kaip ir dideli užtrauktukai, sukelti gaisrus ir sprogimus, sukelti didelių nuostolių, žalos ir sužalojimų, jei nežinome, kodėl jie įvyksta ir kaip nuo jų apsisaugoti.

O vaikinai, kurie vykdė projektus apie statinės elektros pavojų, pasakys, kaip nuo jų apsisaugoti. ( girdimas projektų gynimas) Taikymas

Tačiau statistinė elektra gali pasitarnauti žmogui. Išgirskime projektų gynimą šį klausimą. (girdimas projektų gynimas) 10, 11 priedas.

Labai ačiū!

Ir štai šiandien, vaikinai, dar kartą prisiminėme atomo sandarą, kokie krūviai egzistuoja gamtoje, kaip jie sąveikauja, elektroninės teorijos pagrindu aiškinomės kūnų elektrifikaciją, baigėme 4 projektus apie statistinės elektros naudą ir žalą.

V. Namų darbai.

Galime daugiau nesimatyti, todėl duodu jums užduotį dažniau būti neigiamų jonų zonoje, kuri pritrauks prie jūsų bendraujant „pozityvius“ žmones, su kuriais gausite teigiamos nuotaikos ir teigiamų emocijų, tokius, kokius įgijau bendraudamas su jumis . Dėkoju už pamoką. Linkiu sėkmės kitose pamokose. Viso gero!