Shpjegoni pse trupat e pa ngarkuar tërhiqen nga trupat e ngarkuar. Pse trupat e pa ngarkuar tërhiqen nga trupat e ngarkuar? Qëllimi i mësimit për mësuesin

Fushe elektrike

1 Ngarkesa elektrike

Ndërveprimet elektromagnetike janë ndër më të shumtët ndërveprimet themelore në natyrë. Forcat e elasticitetit dhe fërkimit, presioni i lëngut dhe gazit dhe shumë më tepër mund të reduktohen në forca elektromagnetike midis grimcave të materies. Vetë ndërveprimet elektromagnetike nuk reduktohen më në lloje të tjera, më të thella ndërveprimesh. Njëlloj lloji themelor ndërveprimi është gravitacioni - tërheqja gravitacionale e çdo dy trupash. Sidoqoftë, ekzistojnë disa dallime të rëndësishme midis ndërveprimeve elektromagnetike dhe gravitacionale.

1. Jo asnjë, por vetëm trupa të ngarkuar (që kanë ngarkesë elektrike).

2. Ndërveprimi gravitacional është gjithmonë tërheqja e një trupi te një tjetër. Ndërveprimet elektromagnetike mund të jenë ose tërheqëse ose të neveritshme.

3. Ndërveprimi elektromagnetik është shumë më intensiv se bashkëveprimi gravitacional. Për shembull, forca e zmbrapsjes elektrike midis dy elektroneve është 10 42 herë më e madhe se forca e tërheqjes së tyre gravitacionale ndaj njëri-tjetrit.

Çdo trup i ngarkuar ka një sasi të caktuar ngarkese elektrike q. Ngarkesa elektrike është sasi fizike, e cila përcakton forcën e elektrike ndërveprimi magnetik ndërmjet objekteve natyrore. Njësia e ngarkesës është kulomb (C).

1.1 Dy lloje tarifash

Meqenëse ndërveprimi gravitacional është gjithmonë tërheqje, masat e të gjithë trupave janë jonegative. Por kjo nuk është e vërtetë për akuzat. Dy lloje ndërveprimi elektromagnetik- tërheqje dhe zmbrapsje - është e përshtatshme për t'u përshkruar duke futur dy lloje të ngarkesave elektrike: pozitive dhe negative.

Akuzat e shenjave të ndryshme tërheqin njëra-tjetrën dhe ngarkesat e së njëjtës shenjë sprapsin njëra-tjetrën. Kjo është ilustruar në Fig. 1; Topave të varur në fije u jepen ngarkesa të një ose një shenje tjetër.

Oriz. 1. Ndërveprimi i dy llojeve të ngarkesave

Shfaqja e përhapur e forcave elektromagnetike shpjegohet me faktin se atomet e çdo substance përmbajnë grimca të ngarkuara: bërthama e një atomi përmban protone të ngarkuar pozitivisht dhe elektronet e ngarkuara negativisht lëvizin në orbita rreth bërthamës. Ngarkesat e një protoni dhe një elektroni janë të barabarta në madhësi, dhe numri i protoneve në bërthamë është i barabartë me numrin e elektroneve në orbita, dhe për këtë arsye rezulton se atomi në tërësi është elektrikisht neutral. Kjo është arsyeja pse në kushte normale nuk e vëmë re ndikim elektromagnetik nga të tjerët ( Njësia e ngarkimit përcaktohet përmes njësisë aktuale. 1 C është ngarkesa që kalon seksion kryq përcjellës në 1 s me një rrymë prej 1 A.) trupat: ngarkesa totale e secilit prej tyre e barabartë me zero, dhe grimcat e ngarkuara shpërndahen në mënyrë të barabartë në të gjithë vëllimin e trupit. Por nëse neutraliteti elektrik shkelet (për shembull, si rezultat i elektrifikimit), trupi menjëherë fillon të veprojë në grimcat e ngarkuara përreth.

Pse ekzistojnë saktësisht dy lloje ngarkesash elektrike, dhe jo ndonjë numër tjetër i tyre ky moment e paditur. Mund të pohojmë vetëm se pranimi i këtij fakti si primar ofron një përshkrim adekuat të ndërveprimeve elektromagnetike.

Ngarkesa e një protoni është 1,6 · 10 −19 C. Ngarkesa e elektronit është e kundërt me të në shenjë dhe është e barabartë me −1,6 · 10 −19 C. Vlera e = 1,6 10 −19 C quhet ngarkesë elementare. Ky është minimumi tarifë e mundshme: grimcat e lira me një ngarkesë më të vogël nuk u zbuluan në eksperimente. Fizika ende nuk mund të shpjegojë pse natyra ka ngarkesën më të vogël dhe pse madhësia e saj është pikërisht ajo.

Ngarkesa e çdo trupi q përbëhet gjithmonë nga e gjitha sasive tarifat elementare: q = ± Ne. Nëse q< 0, то тело имеет избыточное количество N электронов (по сравнению с количеством протонов). Если же q >0, atëherë, përkundrazi, trupit i mungojnë elektronet: ka edhe N protone.

1.2 Elektrifikimi i trupave

Në mënyrë që një trup makroskopik të ushtrojë ndikimi elektrik te organet e tjera, duhet të elektrizohet. Elektrifikimiështë shkelje e neutralitetit elektrik të trupit ose pjesëve të tij. Si rezultat i elektrifikimit, trupi bëhet i aftë për ndërveprime elektromagnetike.

Një nga mënyrat për të elektrizuar një trup është t'i jepet një ngarkesë elektrike, domethënë të arrihet një tepricë e ngarkesave të së njëjtës shenjë në një trup të caktuar. Kjo është e lehtë për t'u bërë duke përdorur fërkim.

Pra, kur një shufër qelqi fërkohet me mëndafsh, një pjesë e ngarkesave të saj negative shkon tek mëndafshi. Si rezultat, shkopi ngarkohet pozitivisht dhe mëndafshi ngarkohet negativisht. Por kur fërkoni një shkop ebonit me lesh, disa nga ngarkesat negative transferohen nga leshi në shkopin: shkopi ngarkohet negativisht dhe leshi ngarkohet pozitivisht.

Kjo metodë e elektrifikimit të trupave quhet elektrifikim me anë të fërkimit. Ju përjetoni fërkime elektrizuese sa herë që hiqni një pulovër mbi kokë.

Një lloj tjetër elektrifikimi quhet induksion elektrostatik, ose elektrifikimi nëpërmjet ndikimit. Në këtë rast, ngarkesa totale e trupit mbetet e barabartë me zero, por rishpërndahet në mënyrë që ngarkesat pozitive të grumbullohen në disa pjesë të trupit, dhe ngarkesa negative në të tjera.

Oriz. 2. Induksioni elektrostatik

Le të shohim fig. 2. Në njëfarë largësie nga trup metalik ka një ngarkesë pozitive q. Ai tërheq ngarkesa negative të metalit ( elektronet e lira), të cilat grumbullohen në zonat e sipërfaqes së trupit më afër ngarkesës. Aktiv zona të largëta mbeten ngarkesa pozitive të pakompensuara.

Përkundër faktit se ngarkesa totale e trupit metalik mbeti e barabartë me zero, në trup ndodhi një ndarje hapësinore e ngarkesave. Nëse tani e ndajmë trupin përgjatë vijës me pika, atëherë gjysma e djathtë do të ngarkohet negativisht, dhe e majta do të ngarkohet pozitivisht. Ju mund të vëzhgoni elektrifikimin e trupit duke përdorur një elektroskop. Një elektroskop i thjeshtë është paraqitur në Fig. 3.

Oriz. 3. Elektroskop

Çfarë po ndodh në në këtë rast? Një shkop i ngarkuar pozitivisht (për shembull, i fërkuar më parë) sillet në diskun e elektroskopit dhe mbledh një ngarkesë negative mbi të. Më poshtë, në gjethet lëvizëse të elektroskopit, mbeten ngarkesa pozitive të pakompensuara; duke u larguar nga njëra-tjetra, gjethet ndryshojnë në anët e ndryshme. Nëse e hiqni shkopin, ngarkesat do të kthehen në vendin e tyre dhe gjethet do të bien përsëri.

Fenomeni i induksionit elektrostatik në një shkallë të madhe vërehet gjatë një stuhie. Në Fig. 4 ne shohim një re bubullima që kalon mbi tokë.

Oriz. 4. Elektrifikimi i tokës nga një re bubullima

Ka copa akulli brenda resë madhësive të ndryshme, të cilat përzihen nga rrymat e ajrit në rritje, përplasen me njëra-tjetrën dhe elektrizohen. Rezulton se një ngarkesë negative grumbullohet në pjesën e poshtme të resë, dhe një ngarkesë pozitive grumbullohet në pjesën e sipërme.

Pjesa e poshtme e resë e ngarkuar negativisht shkakton ngarkesa nën të në sipërfaqen e tokës shenjë pozitive. Një kondensator gjigant shfaqet me një tension kolosal midis resë dhe tokës. Nëse ky tension është i mjaftueshëm për të prishur hendekun e ajrit, atëherë do të ndodhë një shkarkesë - rrufeja e njohur.

1.3 Ligji i ruajtjes së ngarkesës

Le të kthehemi, për shembull, te elektrifikimi me anë të fërkimit - fërkimi i një shkopi me një leckë. Në këtë rast, shkopi dhe copa e rrobave marrin ngarkesa të barabarta në madhësi dhe të kundërta në shenjë. Ngarkesa totale e tyre ishte e barabartë me zero para ndërveprimit dhe mbetet e barabartë me zero pas bashkëveprimit.

Këtu shohim ligjin e ruajtjes së ngarkesës, i cili thotë: sistem i mbyllur tel shuma algjebrike tarifat mbeten të pandryshuara gjatë çdo procesi që ndodh me këto organe:

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

Mbyllja e një sistemi trupash do të thotë që këto trupa mund të shkëmbejnë ngarkesa vetëm ndërmjet tyre, por jo me ndonjë objekt tjetër jashtë këtij sistemi.

Kur elektrizoni një shkop, nuk ka asgjë të habitshme në ruajtjen e ngarkesës: sa grimca të ngarkuara lanë shkopin, e njëjta sasi erdhi në copën e pëlhurës (ose anasjelltas). Ajo që është e habitshme është se në më shumë procese komplekse, i shoqëruar transformimet e ndërsjella grimcat elementare dhe duke ndryshuar numrin e grimcave të ngarkuara në sistem, ngarkesa totale është ende e ruajtur! Për shembull, në Fig. Figura 5 tregon procesin γ → e − + e +, në të cilin një pjesë rrezatimi elektromagnetikγ (i ashtuquajturi foton) shndërrohet në dy grimca të ngarkuara - një elektron e - dhe një pozitron e +. Një proces i tillë rezulton të jetë i mundur në kushte të caktuara - për shembull, në fushën elektrike të bërthamës atomike.

Oriz. 5. Lindja e një çifti elektron-pozitron

Ngarkesa e një pozitroni është e barabartë në madhësi me ngarkesën e një elektroni dhe në shenjë e kundërt. Ligji i ruajtjes së ngarkesës është përmbushur! Në të vërtetë, në fillim të procesit kishim një foton ngarkesa e të cilit ishte zero, dhe në fund morëm dy grimca me ngarkesë totale zero.

Ligji i ruajtjes së ngarkesës (së bashku me ekzistencën e ngarkesës më të vogël elementare) është primar sot fakt shkencor. Fizikanët nuk kanë qenë ende në gjendje të shpjegojnë pse natyra sillet në këtë mënyrë dhe jo ndryshe. Mund të themi vetëm se këto fakte konfirmohen nga eksperimente të shumta fizike.

2 Ligji i Kulombit

Ndërveprimi i atyre të palëvizshëm (në këtë sistemi inercial duke numëruar) akuza quhet elektrostatike. Është më e lehtë për të mësuar.

Dega e elektrodinamikës në të cilën studiohet ndërveprimi tarifat stacionare, quhet elektrostatikë. Ligji themelor i elektrostatikës është ligji i Kulombit.

Nga pamjen Ligji i Kulombit është çuditërisht i ngjashëm me ligjin graviteti universal që vendos karakterin ndërveprimi gravitacional masat e pikave. Ligji i Kulombit është ligji i bashkëveprimit elektrostatik të ngarkesave pika.

Ngarkesa me pikë- ky është një trup i ngarkuar, dimensionet e të cilit janë shumë më të vogla se dimensionet e tjera karakteristike të këtij problemi. Në veçanti, madhësitë e ngarkesave pika janë të papërfillshme në krahasim me distancat midis tyre.

Një ngarkesë pikë është i njëjti idealizim si pika materiale, masë pikësore, etj. Në rastin e ngarkesave pikësore, pa mëdyshje mund të flasim për distancën ndërmjet tyre, pa menduar saktësisht se në cilat pika të trupave të ngarkuar matet kjo distancë.

Ligji i Kulombit. Forca e ndërveprimit ndërmjet dy ngarkesave pika stacionare në një vakum është drejtpërdrejt proporcionale me produktin vlerat absolute ngarkesa dhe është në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës ndërmjet tyre.

Kjo forcë quhet Kulombi. Vektor Forca e Kulonit shtrihet gjithmonë në vijën e drejtë që lidh ngarkesat ndërvepruese. Për forcën e Kulombit, ligji i tretë i Njutonit është i vlefshëm: ngarkesat veprojnë mbi njëra-tjetrën me forca të barabarta në madhësi dhe të kundërta në drejtim.

Si shembull në Fig. Figura 6 tregon forcat F1 dhe F2 me të cilat ndërveprojnë dy ngarkesa negative.

Oriz. 6. Forca e Kulonit

Nëse ngarkesat e barabarta në madhësi me q1 dhe q2 ndodhen në një distancë r nga njëra-tjetra, atëherë ato ndërveprojnë me forcën

Koeficienti i proporcionalitetit k në sistemin SI është i barabartë me:

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

Nëse e krahasojmë atë me ligjin e gravitetit universal, atëherë roli i masave pikësore në ligjin e Kulombit luhet nga ngarkesat pika, dhe në vend të konstantës gravitacionale G ekziston një koeficient k. Matematikisht, formulat e këtyre ligjeve janë të strukturuara në mënyrë identike. Një ndryshim i rëndësishëm fizik është se bashkëveprimi gravitacional është gjithmonë tërheqës, ndërsa ndërveprimi i ngarkesave mund të jetë ose tërheqës ose i neveritshëm.

Ndodh që së bashku me konstanten k të jetë edhe një tjetër konstante themeloreε 0 lidhur me k nga relacioni

Konstanta ε 0 quhet konstante elektrike. Është e barabartë me:

ε 0 = 1/4πk = 8,85 10 −12 C 2 /N m 2.

Ligji i Kulombit me konstante elektrike duket kështu:

Përvoja tregon se i ashtuquajturi parimi i mbivendosjes është përmbushur. Ai përbëhet nga dy deklarata:

1. Forca e Kulombit të bashkëveprimit ndërmjet dy ngarkesave nuk varet nga prania e trupave të tjerë të ngarkuar.
2. Le të supozojmë se ngarkesa q ndërvepron me sistemin e ngarkesave q1, q2, . . . , qn. Nëse secila nga ngarkesat e sistemit vepron mbi ngarkesën q me një forcë F1, F2, . . . , Fn, përkatësisht, atëherë forca rezultuese F e aplikuar në ngarkesën q nga sistemi i dhënë është e barabartë me shumën vektoriale të forcave individuale:

F = F1 + F2 + . . . +Fn

Parimi i mbivendosjes është ilustruar në Fig. 7. Këtu ngarkesa pozitive q ndërvepron me dy ngarkesa: ngarkesë pozitive q1 dhe ngarkesë negative q2.

Oriz. 7. Parimi i mbivendosjes

Parimi i mbivendosjes na lejon të arrijmë në një deklaratë të rëndësishme.

Ju kujtohet se ligji i gravitetit universal është në të vërtetë i vlefshëm jo vetëm për masat pikësore, por edhe për topat me një shpërndarje të masës sferike simetrike (në veçanti, për një top dhe një masë pikë); atëherë r është distanca ndërmjet qendrave të topave (nga masa e pikës deri në qendrën e topit). Ky fakt rrjedh nga formë matematikore ligji i gravitetit universal dhe parimi i mbivendosjes.

Meqenëse formula e ligjit të Kulombit ka të njëjtën strukturë me ligjin e gravitetit universal, dhe parimi i mbivendosjes vlen edhe për forcën e Kulombit, mund të nxjerrim një përfundim të ngjashëm: sipas ligjit të Kulombit, dy topa të ngarkuar do të ndërveprojnë (një pikë ngarkimi me një top), me kusht që topat të kenë një shpërndarje sferike të ngarkesës simetrike; vlera r në këtë rast do të jetë distanca midis qendrave të topave (nga pika e ngarkimit në top).

Rëndësia ky fakt do ta shohim shumë shpejt; në veçanti, kjo është arsyeja pse forca e fushës së një topi të ngarkuar jashtë topit do të jetë e njëjtë me atë të një ngarkese me pikë. Por në elektrostatikë, ndryshe nga graviteti, duhet pasur kujdes me këtë fakt. Për shembull, kur topa metalikë të ngarkuar pozitivisht bashkohen simetri sferike do të shkelen: ngarkesat pozitive, reciprokisht zmbrapsëse, do të priren në zonat e topave që janë më të largëta nga njëra-tjetra (qendrat e ngarkesave pozitive do të jenë më larg nga njëra-tjetra sesa qendrat e topave). Prandaj, forca refuzuese e topave në këtë rast do të jetë më e vogël se vlera që përftohet nga ligji i Kulombit kur zëvendësohet distanca midis qendrave në vend të r.

2.2 Ligji i Kulonit në një dielektrik

Dallimi midis ndërveprimit elektrostatik dhe ndërveprimit gravitacional nuk është vetëm prania e forcave repulsive. Forca e bashkëveprimit të ngarkesave varet nga mjedisi në të cilin ndodhen ngarkesat (dhe forca e gravitetit universal nuk varet nga vetitë e mediumit). Dielektrikë, ose izolatorë janë substanca që nuk përçojnë rrymë elektrike.

Rezulton se dielektriku zvogëlon forcën e ndërveprimit midis ngarkesave (krahasuar me vakumin). Për më tepër, pa marrë parasysh se në cilën distancë ngarkesat janë të vendosura nga njëra-tjetra, forca e bashkëveprimit të tyre në një dielektrik të caktuar homogjen do të jetë gjithmonë i njëjti numër herë më pak se në të njëjtën distancë në vakum. Ky numër shënohet ε dhe quhet konstanta dielektrike e dielektrikut. Konstanta dielektrike varet vetëm nga substanca e dielektrikut, por jo nga forma ose madhësia e tij. Është një sasi pa dimension dhe mund të gjendet nga tabelat. Kështu, në një dielektrik, formulat (1) dhe (2) marrin formën:

Konstanta dielektrike e vakumit, siç e shohim, është e barabartë me unitetin. Në të gjitha rastet e tjera, konstanta dielektrike është më e madhe se uniteti. Konstanta dielektrike e ajrit është aq afër unitetit saqë kur llogariten forcat e bashkëveprimit midis ngarkesave në ajër, përdoren formulat (1) dhe (2) për vakum.

Njutoni besonte se graviteti përhapet në çast, graviteti është i ngjashëm me ndërveprimin elektrik, drita ka natyra korpuskulare, ekziston mjedis absolut përhapja e dritës - eter, nxitimi është absolut në natyrë, manifestohet në hapësirën absolute.

Në fillim të shekullit përfundoi rishikimi i pikëpamjeve të tilla. Eteri zëvendësohet nga hapësira boshe, në të cilën tre koordinata plotësohen me kohë. Ajnshtajni modeloi gravitetin duke përdorur matematikën e matricës si lakimin e hapësirë-kohës dhe e konsideroi inercinë si rast i veçantë ekuivalenca e gravitetit. Natyra absolute e nxitimit është zhdukur, duke vënë në dyshim mundësinë e përcaktimit të trajektores së lëvizjes përmes funksionit të nxitimit, në kundërshtim me praktikën e njohur.

Le të përpiqemi t'i japim gravitetit pak kuptimi fizik. Le të supozojmë se në natyrë baza e ndërveprimit janë forcat elektrike që i binden ligjit të Kulombit. Dihet se nëse një medium - një izolant (dielektrik) vendoset midis ngarkesave të energjisë elektrike, atëherë ngarkesat shoqëruese të dielektrikut do t'i nënshtrohen polarizimit hapësinor - ngarkesë pozitive pjesët negative do të kthehen drejt negatives dhe pjesët pozitive të ngarkesave të lidhura do të kthehen drejt negatives. Për më tepër, për ngarkesat relativisht të dobëta të vendosura në një medium, ngarkesat e lidhura do të mbeten të pashkatërruara me ngarkesa të forta, do të ndodhë shkatërrimi i tyre dhe do të ndodhë një "prishje" elektrike. Le të shqyrtojmë tre rastet e mundshme në ndërveprimet elektrike.

1. Janë dy akuza. Mes tyre ka një medium të polarizuar prej tyre. Polarizimi organizohet si më poshtë: me ngarkesa të së njëjtës shenjë, mediumi i ngarkesave të polarizuara do të përjetojë vetë-zmbrapsje sipas ligjit të Kulombit, i cili në mënyrë integrale do të shfaqet si zmbrapsja e dy ngarkesave; me ngarkesa të ndryshme, mediumi i ngarkesave të polarizuara do të përjetojë vetë-tërheqje sipas ligjit të Kulombit, duke formuar një forcë tërheqëse prej dy ngarkesash të ndryshme.
2. Ka një ngarkesë dhe një objekt të pa karikuar. Ngarkesa do të shkaktojë gjithashtu një polarizim të mediumit, i cili në mënyrë krejt të natyrshme do të shkaktojë një polarizim reciprok të objektit të pa ngarkuar në mënyrë që mediumi të formojë një tërheqje të trupit të pangarkuar ndaj ngarkesës. Me fjalë të tjera, ekzistojnë forca elektrike tërheqëse midis trupave të ngarkuar dhe të pa ngarkuar. Duket se ky rast bie ndesh me ligjin e Kulombit. Sidoqoftë, përvoja konfirmon ekzistencën e një force tërheqëse midis trupave të ngarkuar dhe të pa ngarkuar. Të gjithë mund të përsërisin eksperimentin e Thales, të bërë prej tij më shumë se 2500 vjet më parë: fërkoni një shkop izolues mbi materialin e leshit dhe sillni atë në objekte të lehta(psh. copëza letre të thata). Objektet e pa ngarkuara do të tërhiqen nga shkopi. Kur ndodh fërkimi, materiali "thyer" elektronet e jashtme atomet e shkopit - elektrizohet me elektricitet statik.
3. Ka dy objekte të pakarikuara të vendosura në një medium dielektrik. Ata përjetojnë të vetmen tërheqje gravitacionale të mundshme në këtë rast. Si mund të shpjegohet ky fenomen duke përdorur forcat elektrike? Kjo mund të arrihet vetëm nëse supozojmë se vetë mediumi ka një ngarkesë elektrike "gravitacionale" shumë të dobët. Le ta shtrijmë këtë supozim për të gjithë trupat në Natyrë. Atëherë polarizimi i ndërsjellë i trupave dhe i mediumit ndërmjet tyre do të shkaktojë vetë-tërheqje në medium, i cili formon gravitetin, edhe nëse ka një ngarkesë elektrike të dobët gravitacionale të së njëjtës shenjë në të gjithë trupat dhe mjedisin. Kjo ndodh për shkak të fenomenit të polarizimit (ligji i Kulombit), i cili "rishpërndahet" në mënyrë që të jenë të pranishme vetëm forcat tërheqëse. Çdo lexues mund të vizatojë në letër një diagram të polarizimit të ndërsjellë, bazuar në supozimin se ngarkesat shoqëruese të të dy trupave dhe mediave kanë një tepricë të caktuar të ngarkesës së një shenje mbi ngarkesën e shenjës tjetër dhe zbulojnë forcën e "gravitetit".

Kështu, ishte e mundur të vizatohej një pamje fizike e gravitetit. Kjo nuk ishte e disponueshme as për ligjin e Njutonit, as për teorinë e gravitetit të Ajnshtajnit (GTR), as për teorinë relativiste të gravitetit të Logunovit (RTG). Situata është edhe më e thjeshtë me inercinë, e cila gjithashtu nuk mund të shpjegohet në mënyrën tradicionale të miratuar në GR dhe RTG. Çdo ngarkesë elektrike që lëviz me nxitim përjeton një kundërforcë të ngjashme me rrymën shtesë të mbylljes dhe hapjes, në të cilën bartësit e ngarkesës elektrike përshpejtohen ose ngadalësohen.

Shfaqja e magnetizmit është e lidhur ngushtë me ndryshimet në energjinë elektrike dhe, anasjelltas, me ndryshimet në magnetizëm, energjia elektrike, ose më mirë rryma e saj, ngacmohet. Dihet se monopole magnetike, e shfaqur në një formulë tjetër të Kulombit për ndërveprimin magnetik, nuk janë gjetur ende. Neutronet dhe protonet, të cilat janë pjesë e bërthamave më komplekse se bërthama e hidrogjenit, kanë momentet magnetike. Me fjalë të tjera, pjesët përbërëse të bërthamës kanë vetinë e dipoleve magnetike - ato janë thjesht magnete të vegjël. Ligji i Kulombit nuk është i përshtatshëm për identifikimin e ndërveprimit midis dipoleve magnetike, por ligji i bashkëveprimit të tyre mund të përcaktohet eksperimentalisht: për ta bërë këtë, duhet të merrni dy magnet të zakonshëm dhe të matni forcën e ndërveprimit të tyre në funksion të distancës midis tyre. në një përdredhje (siç bëri Kulombi) ose peshore me levë. A priori, mund të argumentohet se në distanca të afërta forca e bashkëveprimit nuk do të përcaktohet nga ligji i katrorëve të anasjelltë të distancave, por do t'i bindet ligjit jo të veprimit me rreze të gjatë, por të veprimit me rreze të shkurtër. Në të vërtetë, me rritjen e distancës dipol magnetik do të fitojë vetitë e një trupi që nuk ka ndarje të dukshme polet magnetike. Në distanca të afërta, nevojiten forca jashtëzakonisht të mëdha për të ndarë ose lidhur dy magnet, në varësi të polaritetit të tyre magnetik reciprok. Dihet se ndërveprimet bërthamore rreth 1000 herë më i fortë se forca elektromagnetizmi. Është e natyrshme të supozohet se magnetike momente dipole mund të jetë burimi ndërveprim i fortë në strukturën e bërthamave të materies. Ky paragraf e ka nxjerrë disi jashtë temës diskutimin tonë, por ka një rëndësi thelbësore në deklaratën për rolin themelor të energjisë elektrike në natyrë.

Pra, futja e mjedisit dhe ngarkesa elektrike e dobët gravitacionale e mjedisit dhe të gjitha trupat materiale bëri të mundur vizatimin e një tabloje fizike të bashkëveprimit gravitacional dhe shpjegimin e fenomenit të inercisë. Çfarë mund të mësohet tjetër nga një mjedis i tillë?

Le t'i drejtohemi dritës si fenomen elektromagnetik. Në burim, qoftë nga ngrohja qoftë nga gjeneratori, ka lëvizje intensive të ngarkesave reale (elektrone, jone etj.) në materialin burimor. Ngarkesat e lidhura të mediumit, duke bashkëvepruar me bartësit e ngarkesës së burimit, do të tërhiqen në lëvizje sipas ligjit të Kulombit: për shembull, elektroni i burimit, duke u lëkundur, do të përfshijë në lëvizje paralele ngarkesën e polarizuar të mediumit, të orientuar me pjesa e saj pozitive më afër elektronit, dhe pjesa e saj negative më larg nga elektroni burimor. Ky proces do të përsëritet shumë herë nga ata që janë më afër ngarkesës së parë të lidhur në zinxhirin e ngarkesave të lidhura të mediumit. Formuar lëvizje anësore ngarkesa të polarizuara, të quajtura rrymë zhvendosëse nga Maxwell. Çdo rrymë e njëpasnjëshme zhvendosjeje do të ketë drejtim të kundërt me rrymën e mëparshme, pasi ngarkesat e bartësve të këtyre rrymave janë të kundërta në shenjë dhe identike në drejtim të lëvizjes. Fushat magnetike të rrymave të tilla të zhvendosjes paralele janë përmbledhur. Kur drejtimi i lëvizjes së elektronit "të parë" të burimit ndryshon, drejtimi i rrymave të zhvendosjes ndryshon, në të cilin ndryshon edhe drejtimi fushë magnetike. Ka një "ngadalësim" në shpejtësinë e përhapjes dridhjet tërthore mjedisi sipas ligjeve të ekstrarrymave. Shpejtësia e përhapjes së shqetësimeve elektromagnetike në mjedis rezulton të jetë e kufizuar dhe konstante, e pavarur nga burimi dhe varet vetëm nga vetitë elektrike dhe magnetike të mediumit.

Këto veti përcaktohen në fizikë në formën e përshkueshmërisë elektrike dhe magnetike. Ne morëm një pamje fizike të rrezatimit dhe përhapjes së një shqetësimi elektromagnetik, i cili në fizikën e zakonshme quhet valë elektromagnetike. Në fakt, në kuptimin e zakonshëm valë elektromagnetike jo, ashtu si nuk ka foton, por ka një "ritransmetim" të lëvizjes së ngarkesave burimore, si një formacion domino që bie. Çfarë është atëherë përhapja e frontit gravitacional ose, siç e quajnë në fizikë, " valë gravitacionale"? Një supozim natyror është se pjesa e përparme e përhapjes së gravitetit është një lëvizje gjatësore, e kufizuar në amplitudë, e ngarkesave të lidhura të mediumit. Burimi i frontit gravitacional mund të jetë shpërthimi i masave nga diçka në të cilën nuk kishte asnjë substancë më parë, lëvizje e shpejtë objektet hapësinore në mjedis etj.

Në "vrimat e zeza" në kufirin e "horizontit të ngjarjeve", deformimi i polarizimit arrin kufirin e forcës dhe një shtresë e caktuar e mediumit shkatërrohet. Ky fenomen quhet në fizikë si "avullim i vrimave të zeza". Lëvizja e koordinuar e ngarkesave të zhvendosura, në të cilën polarizimi drejtohet përgjatë një linje normale me sipërfaqen objekt hapësinor, shoqërohet nga rryma zhvendosëse të koordinuara të ngarkesave të ngjashme që ndodhin në të njëjtin drejtim. Në këtë rast, fusha magnetike që rezulton ndërmjet rrymave kompensohet në zero, dhe fusha magnetike rreth të gjitha rrymave të zhvendosjes përmblidhet. Sidoqoftë, polarizimi gravitacional i mediumit ka një strukturë "qendrore" në hapësirë, gjë që çon në mungesë e plotë fushë magnetike "frenuese". Kjo, nga ana tjetër, çon në një pothuajse të pafund shpejtësi e lartë transmetimi i gravitetit në ndryshim nga shpejtësia e përhapjes së shqetësimit elektromagnetik. Koha që i duhet gravitetit për t'u përhapur nga skaji në skajin e Universit tonë është 100 rend magnitudë më pak se koha e Planck! Pranë objekteve masive, vrimave të zeza, falë densitet i lartë polarizimi i mediumit, shpejtësia e përhapjes së gravitetit dhe dritës zvogëlohet, gjë që zakonisht interpretohet si zgjerim kohor në teorinë e relativitetit të përgjithshëm.

Ideja e ekzistencës së një mediumi të aftë për polarizim (deformim elektrik) çon në modelimin e "fotoefektit" të njohur në vakum fizik(PV), në të cilën një shqetësim elektromagnetik me një frekuencë që tejkalon "kufirin e frekuencës së kuqe", për shembull, një çift elektron-pozitron nga mediumi. Sipas ideve të Lamb (1947), mediumi paraqet një ndryshim të caktuar në distancat e tranzicionit të elektroneve të atomeve të hidrogjenit dhe deuteriumit, i cili është përgjegjës për strukturën e imët të rrezatimit. Konstante strukturë e imët(numri 137) merr interpretim i ri si numri i ngarkesave elementare të përfshira në ndërveprimet e shqetësimeve elektromagnetike me mjedisin. Kuptimi fizik i “pasigurisë dhe natyra probabiliste trajektoret e grimcave elementare" në mikrobotë.

Një interpretim i ri i jepet fotografisë së disa problemeve kozmologjike të Universit tonë për shkak të kombinimit të vetë-zmbrapsjes së Kulombit të një mediumi të ngarkuar (Big Bang) dhe Tërheqja e Kulombit mjedis i ngarkuar në prani të lëndës së zakonshme.

Le të përmbledhim. Futja e një mediumi ose PV në fizikë është çelësi që mund të hapet fizikë të re në shekullin e 21-të. Nuk do të bazohet në hapësirën boshe në të cilën veçoritë matematikore dhe i ashtuquajturi "material" fushat fizike, por në një mjedis të vërtetë PV, i cili, sipas shumë shkencëtarëve, ka "rezerva" të pakufizuara energjie. Ato janë disi të vështira për t'u përdorur teoritë ekzistuese hapësirë ​​boshe të Universit tonë.

Ligji i Kulombit tregon se forca e bashkëveprimit elektrik ndodh vetëm ndërmjet dy trupave të ngarkuar. Në të vërtetë, nëse vendosim në formulën (10.1), atëherë për çdo vlerë prej . Ne e dimë, megjithatë, se një trup i ngarkuar (për shembull, një shkop i fërkuar prej dylli vulosës) është i aftë të tërheqë trupa jo të elektrizuar, për shembull, copa letre (Fig. 21) ose fletë metalike.

Oriz. 21. Tërheqja e copave të letrës të pakarikuara në dyllin e ngarkuar

Ne vendosim një shigjetë letre ose metali në një pikë të montuar në një mbajtës izolues në mënyrë që shigjeta të mund të rrotullohet lehtësisht në pikë. Nëse një trup i ngarkuar vendoset pranë një shigjete të tillë, ai menjëherë do të rrotullohet në mënyrë që boshti i tij të drejtohet drejt trupit të ngarkuar (Fig. 22). Duke e kthyer shigjetën me dorë dhe duke e lëshuar sërish, do të zbulojmë se ajo kthehet në pozicionin e mëparshëm. Cili skaj i shigjetës rezulton të jetë përballë trupit të ngarkuar është çështje rastësie, por shigjeta nuk ndalet kurrë në mënyrë që boshti i saj të bëjë një kënd të dukshëm me drejtimin e trupit të ngarkuar.

Oriz. 22. Një trup i ngarkuar vepron mbi një shigjetë të pa ngarkuar prej metali ose letre, duke e kthyer atë

Për të shpjeguar këto ndërveprime ndërmjet trupave të ngarkuar dhe të pangarkuar, duhet të kujtojmë fenomenin e induksionit (§8) dhe ligjin e Kulombit (§10). Të gjithë trupat (copa letre, shigjeta) pranë një trupi të ngarkuar përjetojnë elektrizimin përmes ndikimit (induksionit), si rezultat i të cilit ngarkesat e pranishme në këto trupa rishpërndahen në mënyrë që ngarkesat e tepërta të një shenje të grumbullohen në një pjesë të trupit, dhe të një shenje tjetër në një tjetër (Fig. 23 dhe 24).

Oriz. 23. Shpjegimi i tërheqjes së copave të letrës të pangarkuara nga dylli vulosës i ngarkuar

Oriz. 24. Shpjegimi i veprimit të një trupi të ngarkuar në një shigjetë të pakarikuar

Në këtë rast, më afër trupit të ngarkuar ndikues janë ngarkesat, shenja e të cilave është e kundërt me shenjën e ngarkesës së tij; akuzat me të njëjtin emër grumbullohen më tepër në skajin e largët. Ndërveprimi i një ngarkese trupore me ngarkesat e induktuara (të induktuara) ndodh sipas ligjit të Kulombit. Prandaj, çdo trup me ngarkesa të induktuara tërhiqet dhe zmbrapset njëkohësisht nga një trup i ngarkuar. Por zmbrapsja që ndodh midis akuzave të vendosura në distancë më të madhe, më i dobët se graviteti. Si rezultat, trupat "të pakarikuar" kthehen dhe tërhiqen nga një trup i ngarkuar, siç vërehet eksperimentalisht.

Plani i mësimit:

1. Përmblidhni njohuritë e marra më parë për elektrifikimin e trupave bazuar në teoria e elektroneve.
2. Punë në grup dhe individuale:

• duke punuar me brumë;
• Krijoni mini projekte "Përdorimi dhe luftimi i elektricitetit statik."

3. Minikonferencë për mbrojtjen e projekteve.
4. Përmbledhje e mësimit.
5. Detyrë shtëpie.

Në tavolinë.

Objektivi i mësimit për mësuesin:

Sistematizoni dhe përgjithësoni njohuritë e nxënësve për elektrifikimin e trupave. Bazuar në teorinë elektronike, shpjegoni procesin e elektrifikimit të trupave.

Detyrat për mësuesin:

• krijimi i kushteve që zgjojnë veprimtarinë vetë-edukative të nxënësve;
• vazhdojnë të zhvillojnë aftësitë e vëzhgimit dukuritë fizike, testoni pozicionet teorike duke përdorur eksperimentin, përdorni instrumente;
• përqendrohuni në nevojën për të respektuar rregullat e sigurisë për të parandaluar zjarret dhe aksidentet në punë dhe në shtëpi.

Për studentët:

Qëllimi i mësimit: të kujtojë konceptet e ngarkesës elektrike dhe vetitë e saj; të shpjegojë dukurinë e elektrifikimit; marrin parasysh orientimin praktik të njohurive të marra.

Detyrat:

1. Edukative:

• Bazuar në teorinë elektronike, shpjegoni procesin e elektrifikimit të trupave;
• Studimi i orientimit praktik të njohurive të marra;
• Formimi i motivimit dhe përvojës edukative, njohëse dhe aktivitete praktike.

2. Zhvillimore:

• Për të nxitur zhvillimin e aftësisë për të analizuar, për të paraqitur hipoteza, supozime, për të bërë parashikime, për të vëzhguar dhe eksperimentuar;
• Promovoni zhvillimin të menduarit logjik;
• Zhvillimi i aftësisë për të shprehur në të folur rezultatet e aktivitetit mendor të dikujt.

3. Edukative:

• kontribuojnë në formimin e një botëkuptimi shkencor;
• zgjohem interesi njohës ndaj subjektit dhe dukurive përreth;
• zhvillimi i aftësive për bashkëpunim, komunikim, punë ekipore;
• të zhvillojë aftësinë për të vlerësuar në mënyrë kritike por objektive objektet, fenomenet, veprimet dhe veprimet (të vetat dhe të të tjerëve).

Metodike: tregojnë mundësinë e zbatimit praktik të njohurive të marra në mësimet e fizikës.

Metodat dhe teknikat:

1. Metodat e transmetimit verbal të informacionit dhe perceptimi dëgjimor i informacionit (teknika: bisedë, tregim, diskutim);
2. Metodat për përcjelljen vizuale të informacionit dhe perceptimi vizual informacion (teknika: vëzhgim, demonstrim i përvojës, prezantim);
3. Metodat e transmetimit të informacionit duke përdorur aktivitete praktike dhe perceptim kinestetik të prekshëm ( punë eksperimentale në grupe);
4. Metodat e stimulimit dhe motivimit të nxënësve (teknika: krijimi situatë problematike, paraqitje problematike, veprimtaria e pjesshme e kërkimit, veprimtaria kërkimore në grup, krijimi i një situate suksesi, krijimi i situatës së ndihmës së ndërsjellë);
5. Metodat e kontrollit (teknikat sondazh frontal, testim, vetëvlerësim).

Parimet: karakteri shkencor, konsistenca, konformiteti me natyrën, aksesueshmëria, zhvillimi personal, kolektivizmi.

Mjetet e edukimit:

• PC, projektor, ekran;
• elektrometra, shkopinj pleksiglas dhe ebonit, mbetje leshi, një përcjellës, hinka plastike dhe metalike, një trekëmbësh, një pjatë pleksiglas, një kuti plastike transparente me piper.
• fletë pune, karta për regjistrimin e veprimtarisë së punës në mësim, formularët e shënimeve mbështetëse.

Gjatë orëve të mësimit.

Përshëndetje.

Sot në klasë do të:

• Të përmbledhë njohuritë e marra më parë për elektrifikimin e trupave bazuar në teorinë elektronike;
• Punoni me brumin;
• Krijoni mini-projekte për përfitimet dhe dëmet e energjisë elektrike. Dhe mbani një mini-konferencë për të mbrojtur projektet.

Hapni fletoret tuaja dhe shkruani temën e mësimit. "Shpjegim dukuritë elektrike” (sl. Nr. 1) . Kështu që detyra kryesore e mësimit tonë bazuar në njohuritë për elektronin dhe strukturën e atomit, jepni një shpjegim për elektrifikimin e trupave gjatë kontaktit, ekzistencën e përcjellësve dhe dielektrikëve, si dhe shpjegoni tërheqjen e përçuesve (trupave) të pangarkuar ndaj trupave të ngarkuar.

I. Përditësimi i njohurive.

Por së pari, le të kujtojmë një sërë dispozitash që dalin nga teoria elektronike.

1. Nga përbëhen të gjithë trupat? ( atomet) sl. №2 (1)
2. Cila është struktura e një atomi? ( një bërthamë pozitive e përbërë nga protone dhe neutrone, elektronet lëvizin rreth bërthamës dhe mund të largohen nga predha e tyre) sl. №2 (2)
3. Sa është ngarkesa e një elektroni? (negativ) sl. №2 (3)
4. Cila është ngarkesa e një protoni? (pozitive) sl. №2 (4)
5. Pastaj rezulton se të gjithë trupat fillimisht janë të ngarkuar. (Në çfarë gjendjeje është trupi i pa ngarkuar)
6. Në çfarë gjendjeje trupi do të ngarkohet pozitivisht?
7. Në çfarë gjendjeje trupi do të ngarkohet negativisht?
8. Prandaj, një trup ngarkohet kur fiton ose humbet elektrone.
9. Rrëshqitja nr. 3 (1), më pas. Nr. 3 (2) Me çfarë shenje ngarkohet shkopi i ebonitit? Çfarë lloj leshi? (pyetje në rrëshqitje)
10. Elektronet transferohen nga leshi në shufrën e ebonitit.
11. Prandaj tarifat nuk krijohen, por vetëm ndahen.
12. Pse elektronet lëvizin nga leshi në ebonit, dhe jo anasjelltas?

II. Shpjegimi i fenomenit të tërheqjes së një trupi të pa ngarkuar ndaj një trupi të ngarkuar.

13. Shikoni foton dhe përgjigjuni, a është topi i ngarkuar? Nëse ngarkohet, çfarë shenje ka topi? Arsyetoni përgjigjen tuaj.
14. Fusha elektrike vepron vetëm në një trup të ngarkuar.
15. Përvojë me një kuti fishekësh të pa ngarkuar. Pse fishekja e shkarkuar fillimisht u tërhoq dhe më pas filloi të zmbrapset?

Dhe kështu ne kujtuam një sërë dispozitash të dala nga teoria elektronike dhe u dhamë atyre një shpjegim. Ne zbuluam gjithashtu pse një trup i pakarikuar së pari tërhiqet nga një trup i ngarkuar dhe më pas zmbrapset prej tij.

III. Punoni në grup dhe individualisht.

Puna jonë e mëtejshme do të vazhdojë si më poshtë. Tani do të formojmë 4 grupe studiuesish që do të fillojnë të punojnë me projekte, secili grup do të realizojë projektin e tij me temën e tij specifike. Por të gjitha janë në përputhje me temën e konferencës sonë "Përdorimi i elektricitetit statik dhe lufta kundër tij". 2 grupe po bëjnë projekte që vërtetojnë se elektriciteti statik mund t'u shërbejë njerëzve dhe 2 grupe po bëjnë projekte që vërtetojnë se elektriciteti statik mund të shkaktojë dëm dhe do t'ju tregojnë se si të merreni me të.

Pjesa tjetër e djemve ulen te kompjuterët për të përfunduar testin e shqyrtimit.

• Unë shpjegoj se si të punohet me testin;
• Unë jam duke shkuar në grupet e kërkimit. Puna zhvillohet brenda 12 minutave. Pastaj ulen të gjithë dhe mbrohen projektet.

IV. Mbrojtja e projekteve (10 minuta)

Dhe tani i ftoj të gjithë në konferencën "Përdorimi i elektricitetit statik dhe lufta kundër tij".

Ne jemi vazhdimisht në një oqean shkarkimesh elektrike të krijuara nga makina të shumta, vegla makinerish dhe vetë njeriu. Këto shkarkime, natyrisht, nuk janë aq të fuqishme sa rrufe natyrore, kështu që nuk i vëmë re, përveç shpimeve të lehta që ndonjëherë i përjetojmë kur prekim me dorë një objekt metalik ose një person tjetër. Por kategori të tilla ekzistojnë dhe munden, ashtu si zinxhirë të mëdhenj, shkaktojnë zjarre dhe shpërthime, çojnë në humbje të konsiderueshme, dëmtime dhe lëndime nëse nuk e dimë pse ndodhin dhe si të mbrohemi prej tyre.

Dhe djemtë që kryen projekte mbi rreziqet e elektricitetit statik do të na tregojnë se si të mbrohemi prej tyre. ( dëgjohet mbrojtja e projekteve) Aplikacion

Por energjia elektrike statistikore mund t'i shërbejë një personi. Le të dëgjojmë mbrojtjen e projekteve në kjo çështje. (dëgjohet mbrojtja e projekteve) Shtojca 10, 11.

Faleminderit shumë!

Dhe kështu sot, djema, ne kujtuam edhe një herë strukturën e atomit, çfarë ngarkesash ekzistojnë në natyrë, si ndërveprojnë ato, shpjeguam elektrifikimin e trupave bazuar në teorinë elektronike dhe përfunduam 4 projekte mbi përfitimet dhe dëmet e elektricitetit statistikor.

V. Detyrë shtëpie.

Mund të mos shihemi më, ndaj ju jap detyrën që të jeni më shpesh në zonën e joneve negative, gjë që do të tërheqë tek ju njerëz "pozitiv" në komunikim me të cilët do të merrni një humor pozitiv dhe emocione pozitive. të tilla si kam fituar kur komunikoj me ju. Ju falënderoj për mësimin. Ju uroj suksese në mësimet e ardhshme. Mirupafshim!