Yüksüz cisimlerin yüklü cisimlere çekimi nasıl açıklanır? Sabit nokta yüklerin etkileşimi kanunu

Elektrik alanı

1 Elektrik yükü

Elektromanyetik etkileşimler en çok arasındalar temel etkileşimler doğada. Esneklik ve sürtünme kuvvetleri, sıvı ve gaz basıncı ve çok daha fazlası, maddenin parçacıkları arasındaki elektromanyetik kuvvetlere indirgenebilir. Elektromanyetik etkileşimler artık başka, daha derin etkileşim türlerine indirgenmiyor. eşit olarak temel tip etkileşim yerçekimidir - herhangi iki cismin yerçekimi çekimi. Ancak elektromanyetik ve yerçekimsel etkileşimler arasında birkaç önemli fark vardır.

1. Herhangi biri değil, yalnızca yüklü cisimler (sahip olan) elektrik şarjı).

2. Yerçekimi etkileşimi her zaman bir cismin diğerine çekilmesidir. Elektromanyetik etkileşimler çekici veya itici olabilir.

3. Elektromanyetik etkileşim, yerçekimsel etkileşimden çok daha yoğundur. Örneğin iki elektron arasındaki elektriksel itme kuvveti, onların kuvvetinden 10 42 kat daha büyüktür. yerçekimi çekimi birbirlerine.

Yüklü her cismin belli miktarda elektrik yükü q vardır. Elektrik yükü fiziksel miktar kuvveti belirleyen şey elektromanyetik etkileşim doğal nesneler arasında. Yükün birimi coulomb'tur (C).

1.1 İki tür ücret

Çünkü yerçekimi etkileşimi her zaman bir çekimdir, tüm cisimlerin kütleleri negatif değildir. Ancak bu suçlamalar için geçerli değildir. İki tür elektrik yükünü tanıtarak iki tür elektromanyetik etkileşimi (çekme ve itme) tanımlamak uygundur: olumlu ve olumsuz.

Farklı işaretli yükler birbirini çeker, aynı işaretli yükler ise birbirini iter. Bu, Şekil 2'de gösterilmektedir. 1; İpliklere asılan toplara şu veya bu işaretin yükü verilir.

Pirinç. 1. İki tür yükün etkileşimi

Elektromanyetik kuvvetlerin yaygın tezahürü, herhangi bir maddenin atomlarının yüklü parçacıklar içermesiyle açıklanmaktadır: bir atomun çekirdeği pozitif yüklü protonlar içerir ve negatif yüklü elektronlar çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde hareket eder. Bir proton ve bir elektronun yükleri büyüklük bakımından eşittir ve çekirdekteki protonların sayısı yörüngelerdeki elektronların sayısına eşittir ve bu nedenle atomun bir bütün olarak elektriksel olarak nötr olduğu ortaya çıkar. Bu yüzden normal şartlarda fark etmeyiz elektromanyetik etki diğerlerinden ( Şarj birimi mevcut birim aracılığıyla belirlenir. 1 C geçen yüktür enine kesit 1 A akımda 1 saniyede iletken.) cisimler: her birinin toplam yükü sıfırdır ve yüklü parçacıklar vücudun hacmi boyunca eşit olarak dağılmıştır. Ancak elektriksel nötrlük ihlal edilirse (örneğin, elektrifikasyonun bir sonucu olarak), vücut hemen çevredeki yüklü parçacıklar üzerinde harekete geçmeye başlar.

Neden tam olarak iki tür elektrik yükü var da başka sayıda değil? şu an bilinmeyen. Ancak bu gerçeğin birincil olarak kabul edilmesinin elektromanyetik etkileşimlerin yeterli bir tanımını sağladığını söyleyebiliriz.

Bir protonun yükü 1,6 · 10 −19 C'dir. Elektronun yükü işaret olarak zıttır ve −1,6 · 10 −19 C'ye eşittir. e = 1,6 10 −19 C değerine denir temel yük . Bu minimum olası ücret: serbest parçacıklar deneylerde daha küçük bir şarjla tespit edilmedi. Fizik henüz doğanın neden en küçük yüke sahip olduğunu ve büyüklüğünün neden tam olarak bu kadar olduğunu açıklayamıyor.

Herhangi bir q cismin yükü her zaman aşağıdakilerden oluşur: bütün temel yüklerin sayısı: q = ± Ne. eğer q< 0, то тело имеет избыточное количество N электронов (по сравнению с количеством протонов). Если же q >0 ise tam tersine vücutta elektron yoktur: N tane daha proton vardır.

1.2 Gövdelerin elektrifikasyonu

Makroskobik bir cismin hareket edebilmesi için elektriksel etki diğer organlara elektrik verilmesi gerekir. Elektrifikasyon vücudun veya parçalarının elektriksel nötrlüğünün ihlalidir. Elektrifikasyonun bir sonucu olarak vücut elektromanyetik etkileşimler yapabilecek hale gelir.

Bir cismi elektriklendirmenin yollarından biri, ona bir elektrik yükü vermek, yani belirli bir cisimde aynı işaretin fazla yükünü elde etmektir. Sürtünmeyi kullanarak bunu yapmak kolaydır.

Böylece, bir cam çubuk ipeğe sürtüldüğünde negatif yüklerinin bir kısmı ipeğe gider. Sonuç olarak çubuk pozitif, ipek ise negatif yüklü hale gelir. Ancak bir ebonit çubuğu yünle ovaladığınızda, negatif yüklerin bir kısmı yünden çubuğa aktarılır: çubuk negatif olarak yüklenir ve yün pozitif olarak yüklenir.

Cisimleri elektriklendirmenin bu yöntemine sürtünme yoluyla elektriklenme denir. Kazakınızı üzerinizden her çıkardığınızda heyecan verici bir sürtünme yaşarsınız.

Başka bir elektrifikasyon türü denir elektrostatik indüksiyon, veya etki yoluyla elektriklenme. Bu durumda, vücudun toplam yükü sıfıra eşit kalır, ancak vücudun bazı kısımlarında pozitif yükler, diğerlerinde negatif yükler birikecek şekilde yeniden dağıtılır.

Pirinç. 2. Elektrostatik indüksiyon

Şek. 2. Biraz uzakta metal gövde bulunan pozitif yük Q. Vücut yüzeyinin yüke en yakın bölgelerinde biriken negatif metal yüklerini (serbest elektronları) çeker. Açık uzak alanlar telafi edilmemiş pozitif masraflar kalır.

Metal gövdenin toplam yükünün sıfıra eşit kalmasına rağmen vücutta uzaysal bir yük ayrımı meydana geldi. Şimdi gövdeyi noktalı çizgiye göre bölersek, o zaman sağ yarı negatif yüklenecek ve soldaki pozitif yüklenecektir. Bir elektroskop kullanarak vücudun elektriklenmesini gözlemleyebilirsiniz. Şekil 2'de basit bir elektroskop gösterilmektedir. 3.

Pirinç. 3. Elektroskop

Neler oluyor? bu durumda? Pozitif yüklü bir çubuk (örneğin önceden ovalanmış) elektroskop diskine getirilir ve üzerinde negatif yük toplanır. Aşağıda, elektroskopun hareketli yaprakları üzerinde telafi edilmemiş pozitif yükler kalır; yapraklar birbirinden uzaklaşarak birbirinden uzaklaşır farklı taraflar. Çubuğu çıkarırsanız yükler yerlerine dönecek ve yapraklar geriye düşecektir.

Fırtına sırasında büyük ölçekte elektrostatik indüksiyon olgusu gözlenir. İncirde. 4 Dünyanın üzerinden geçen bir fırtına bulutu görüyoruz.

Pirinç. 4. Dünyanın bir fırtına bulutu tarafından elektrifikasyonu

Bulutun içinde buz parçaları var farklı boyutlar Yükselen hava akımlarıyla karışan gazlar birbirleriyle çarpışarak elektrikleniyor. Bulutun alt kısmında negatif bir yükün biriktiği, üst kısmında ise pozitif bir yükün biriktiği ortaya çıktı.

Bulutun negatif yüklü alt kısmı, onun altındaki dünya yüzeyinde yüklere neden olur. olumlu işaret. Bulut ile yer arasında devasa bir gerilime sahip dev bir kapasitör ortaya çıkıyor. Bu voltaj hava boşluğunu kırmak için yeterliyse, o zaman bir deşarj meydana gelecektir - iyi bilinen yıldırım.

1.3 Yükün korunumu kanunu

Örneğin sürtünme yoluyla elektrifikasyona dönelim - bir çubuğu bir bezle ovalayarak. Bu durumda çubuk ve kumaş parçası büyüklükleri eşit ve zıt işaretli yükler alırlar. Toplam yükleri etkileşimden önce sıfıra eşitti ve etkileşimden sonra da sıfıra eşit kaldı.

Burada yükün korunumu yasasını görüyoruz; bu yasa şunu belirtir: kapalı sistem cisimlerde meydana gelen herhangi bir işlem sırasında yüklerin cebirsel toplamı değişmeden kalır:

q1 + q2 + . . . + qn = sabit.

Bir cisimler sisteminin kapalılığı, bu cisimlerin yalnızca kendi aralarında yük alışverişinde bulunabileceği, ancak bu sistemin dışındaki herhangi bir nesneyle yük alışverişinde bulunamayacağı anlamına gelir.

Bir çubuğu elektriklendirirken, yükün korunmasında şaşırtıcı bir şey yoktur: ne kadar yüklü parçacık çubuktan ayrıldıysa, aynı miktar kumaş parçasına da geldi (veya tam tersi). Şaşırtıcı olan şey, daha fazlasında karmaşık süreçler, eşlik etti karşılıklı dönüşümler temel parçacıklar ve sistemdeki yüklü parçacıkların sayısı değiştirildiğinde toplam yük korunur! Örneğin, Şekil 2'de. Şekil 5'te γ → e − + e + süreci gösterilmektedir; burada bir kısım Elektromanyetik radyasyonγ (foton adı verilen) iki yüklü parçacığa dönüşür - bir elektron e - ve bir pozitron e +. Böyle bir sürecin belirli koşullar altında - örneğin atom çekirdeğinin elektrik alanında - mümkün olduğu ortaya çıktı.

Pirinç. 5. Bir elektron-pozitron çiftinin doğuşu

Pozitronun yükü elektronun yüküne büyüklük olarak eşit ve işaret olarak zıttır. Yükün korunumu yasası yerine getirildi! Aslında sürecin başında yükü sıfır olan bir fotonumuz vardı ve sonunda toplam yükü sıfır olan iki parçacık elde ettik.

Yükün korunumu yasası (en küçük temel yükün varlığıyla birlikte) bugün önceliklidir bilimsel gerçek. Fizikçiler doğanın neden bu şekilde davrandığını ve başka türlü davranmadığını henüz açıklayamadılar. Ancak bu gerçeklerin çok sayıda fiziksel deneyle doğrulandığını söyleyebiliriz.

2 Coulomb Yasası

Hareketsiz olanların etkileşimi (bunda eylemsizlik sistemi sayma) ücretlerine denir elektrostatik. Öğrenmesi en kolay olanıdır.

Etkileşimin incelendiği elektrodinamik dalı sabit masraflar, elektrostatik denir. Elektrostatiğin temel yasası Coulomb yasasıdır.

İle dış görünüş Coulomb yasası şaşırtıcı derecede yasaya benzer evrensel yerçekimi nokta kütlelerin yerçekimsel etkileşiminin doğasını belirleyen. Coulomb yasası elektrostatik etkileşim yasasıdır puan ücretleri.

Puan ücreti- bu, boyutları bu problemin diğer boyutlarından çok daha küçük olan yüklü bir cisimdir. Özellikle nokta yüklerin boyutları, aralarındaki mesafelere kıyasla ihmal edilebilir düzeydedir.

Noktasal yük, maddi bir nokta, noktasal kütle vb. ile aynı idealleştirmedir. Noktasal yükler söz konusu olduğunda, bu mesafenin yüklü cisimlerin hangi noktaları arasında ölçüldüğünü tam olarak düşünmeden, aralarındaki mesafe hakkında açıkça konuşabiliriz.

Coulomb yasası. Bir boşluktaki iki sabit nokta yükü arasındaki etkileşim kuvveti, ürünle doğru orantılıdır. mutlak değerler Yükler ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır.

Bu kuvvete denir Coulomb. Coulomb kuvvet vektörü her zaman etkileşen yükleri birleştiren düz çizgi üzerinde yer alır. Coulomb kuvveti için Newton'un üçüncü yasası geçerlidir: yükler birbirlerine eşit büyüklükte ve zıt yönde kuvvetlerle etki ederler.

Örnek olarak Şekil 2'de yer almaktadır. Şekil 6, iki negatif yükün etkileşime girdiği F1 ve F2 kuvvetlerini göstermektedir.

Pirinç. 6. Coulomb kuvveti

Eğer büyüklükleri q1 ve q2'ye eşit olan yükler birbirlerinden r kadar uzaklıkta bulunuyorsa, o zaman kuvvetle etkileşime girerler.

SI sistemindeki orantı katsayısı k şuna eşittir:

k = 9 10 9 Nm2/Cl2.

Bunu evrensel yerçekimi yasasıyla karşılaştırırsak, Coulomb yasasındaki nokta kütlelerin rolü nokta yükleri tarafından oynanır ve yerçekimi sabiti G yerine k katsayısı vardır. Matematiksel olarak bu yasaların formülleri aynı yapıdadır. Önemli bir fiziksel fark, yerçekimi etkileşiminin her zaman çekici olması, yüklerin etkileşiminin ise çekici veya itici olabilmesidir.

Öyle oldu ki, k sabitinin yanı sıra başka bir sabit daha var temel sabitε 0 bağıntıyla k ile ilişkilidir

ε 0 sabitine elektrik sabiti denir. Şuna eşittir:

ε 0 = 1/4πk = 8,85 10 −12 C 2 /N m 2.

Coulomb'un elektrik sabiti yasası şuna benzer:

Deneyimler, süperpozisyon ilkesi olarak adlandırılan prensibin yerine getirildiğini göstermektedir. İki ifadeden oluşur:

1. İki yük arasındaki etkileşimin Coulomb kuvveti, diğer yüklü cisimlerin varlığına bağlı değildir.
2. q yükünün q1, q2, q yük sistemiyle etkileştiğini varsayalım. . . , qn. Sistemin yüklerinden her biri q yüküne F1, F2 kuvvetiyle etki ediyorsa. . . Sırasıyla , Fn ise, verilen sistem tarafından q yüküne uygulanan F kuvveti, bireysel kuvvetlerin vektör toplamına eşittir:

F = F1 + F2 + . . . +Fn

Süperpozisyon ilkesi Şekil 2'de gösterilmektedir. 7. Burada pozitif yük q iki yük ile etkileşir: pozitif yük q1 ve negatif yük q2.

Pirinç. 7. Süperpozisyon ilkesi

Süperpozisyon ilkesi önemli bir ifadeye ulaşmamızı sağlar.

Evrensel çekim yasasının aslında yalnızca noktasal kütleler için değil, aynı zamanda küresel olarak simetrik kütle dağılımına sahip toplar (özellikle bir top ve bir noktasal kütle için) için de geçerli olduğunu hatırlıyorsunuz; o zaman r, topların merkezleri arasındaki mesafedir (nokta kütlesinden topun merkezine kadar). Bu gerçek şundan kaynaklanmaktadır: matematiksel form evrensel çekim yasası ve süperpozisyon ilkesi.

Coulomb yasasının formülü evrensel çekim yasasıyla aynı yapıya sahip olduğundan ve süperpozisyon ilkesi Coulomb kuvveti için de geçerli olduğundan benzer bir sonuca varabiliriz: Coulomb yasasına göre, topların küresel olarak simetrik bir yük dağılımına sahip olması koşuluyla, iki yüklü top etkileşime girecektir (bir topla bir nokta yükü); bu durumda r değeri, topların merkezleri arasındaki mesafe olacaktır (nokta yükünden topa kadar).

Önem bu gerçekçok yakında göreceğiz; özellikle topun dışındaki yüklü bir topun alan kuvvetinin noktasal yük ile aynı olmasının nedeni budur. Ancak elektrostatikte yerçekiminden farklı olarak bu gerçeğe dikkat edilmelidir. Örneğin pozitif yüklü metal toplar bir araya geldiğinde küresel simetri ihlal edilecek: birbirini iten pozitif yükler, topların birbirinden en uzak bölgelerine yönelecektir (pozitif yüklerin merkezleri birbirinden topların merkezlerinden daha uzakta olacaktır). Dolayısıyla bu durumda topların itme kuvveti, merkezler arasındaki mesafe r yerine konulduğunda Coulomb kanunundan elde edilen değerden daha az olacaktır.

2.2 Dielektriklerde Coulomb yasası

Elektrostatik etkileşim ile yerçekimi etkileşimi arasındaki fark yalnızca itici kuvvetlerin varlığı değildir. Yüklerin etkileşim kuvveti, yüklerin bulunduğu ortama bağlıdır (ve evrensel yerçekimi kuvveti ortamın özelliklerine bağlı değildir). Dielektrikler, veya izolatörler elektrik akımını iletmeyen maddelerdir.

Dielektrikin yükler arasındaki etkileşim kuvvetini (vakumla karşılaştırıldığında) azalttığı ortaya çıktı. Ayrıca, yükler birbirinden ne kadar uzakta olursa olsun, belirli bir homojen dielektrik içindeki etkileşimlerinin kuvveti, vakumda aynı mesafeden her zaman aynı sayıda daha az olacaktır. Bu sayı ε ile gösterilir ve dielektrik maddenin dielektrik sabiti olarak adlandırılır. Dielektrik sabiti sadece dielektrik maddesine bağlıdır, şekline veya boyutuna bağlı değildir. Boyutsuz bir miktardır ve tablolardan bulunabilir. Böylece, bir dielektrikte formül (1) ve (2) şu şekli alır:

Gördüğümüz gibi vakumun dielektrik sabiti birliğe eşittir. Diğer tüm durumlarda dielektrik sabiti birden büyüktür. Havanın dielektrik sabiti birliğe o kadar yakındır ki, havadaki yükler arasındaki etkileşim kuvvetlerini hesaplarken vakum için formüller (1) ve (2) kullanılır.

Ders çalışıyor elektriksel olaylar başladı Antik Yunan Daha sonra elektrik kelimesinin ortaya çıkmasına neden olan bir gözlemden. Kehribarın yünle ovulması durumunda çekmeye başladığı fark edildi. küçük eşyalar- örneğin tüyler ve tüyler. Amber Yunanca'da elektron anlamına gelir, dolayısıyla bu tür etkileşime elektrik denir.

Bugün herkes bu ünlü antik Yunan deneyini kehribar olmadan da tekrarlayabilir.

Tecrübe koyalım

Kuru saçları plastik bir tarakla tarayın ve küçük kağıt parçalarına dokunmadan yakın tutun. Tarağa kağıt parçaları çekilecektir (Şek. 49.1).

Elektriksel etkileşimler cisimlerdeki elektrik yüklerinin varlığından kaynaklanır.

Elektrik yüküne sahip bir cisme elektrik yüklü (veya basitçe yüklü) denir ve elektrik yüklerinin cisimlere aktarılmasına elektrifikasyon denir.

Ovalanan kehribar, ovulduğunda elektriklenmesi nedeniyle elektriksel olarak etkileşime girme yeteneği kazanır. Daha sonra kehribarın bir istisna olmadığı ortaya çıktı: birçok cisim sürtünme nedeniyle elektrikleniyor. Yünlü kıyafetleri çıkardıktan veya giydikten sonra başka bir kişiye dokunduğunuzda muhtemelen siz de birden fazla kez "elektrik çarpması" hissetmişsinizdir. Bu aynı zamanda sürtünme sırasındaki elektriklenmenin de sonucudur.

Elektrikli cisimlerle (örneğin kehribar veya tarakla ovulmuş) yapılan deneyler, elektrikli cisimlerin yüksüz nesneleri çektiğini gösteriyor. Aşağıda bu çekimin aynı zamanda elektrik yüklerinin etkileşiminden kaynaklandığını göreceğiz.

1. Mobilyalardaki tozu olabildiğince iyice silmeye çalışan birçok ev hanımı, mobilya yüzeyini uzun süre kuru bir bezle ovuşturur. Ancak ne yazık ki, ne kadar çok denerlerse, toz "iyi silinmiş" yüzeylere o kadar çabuk yerleşir. Aynı şey, bir bilgisayar veya dizüstü bilgisayar monitörünü kuru bir bezle dikkatlice sildiğinizde de olur. Bu nasıl açıklanır?

Yüklü bedenleri elde etmek için okul deneyimleri Elektriksel olarak genellikle ebonit bir çubuğu yünle veya cam bir çubuğu ipekle ovuştururlar. (Ebonit - sağlam siyah, kükürt ve kauçuktan oluşur.) Sonuç olarak çubuklar elektrik yükü kazanır.

Tecrübe koyalım

Bir adet hafif metal kovanı (metal silindir) şarjlı iken dokunarak elektriklendirelim. Cam çubuğa ve diğer manşona yüklü bir ebonit çubukla dokundurularak. Kolların çekilmeye başlayacağını göreceğiz (Şekil 49.2, a).
Ancak aynı çubuk yardımıyla elektriklendirilen iki kartuş, kartuşları elektriklendirmek için hangi çubuğu kullanırsak kullanalım her zaman itecektir (Şekil 49.2, b, c).

Bu deney, elektrik yüklerinin iki tür olduğunu gösterir: aynı türden yükler iter ve yükler çeşitli türler ilgi görüyorlar. Çoğu zaman türler hakkında değil, suçlamaların belirtileri hakkında konuşurlar ve bunları olumlu ve olumsuz olarak adlandırırlar. Gerçek şu ki, zıt işaretli yükler birbirini iptal edebilir (tıpkı pozitif ve yüklerin toplamı gibi) negatif sayılar Belki sıfıra eşit). Bu yüzden,

Elektrik yüklerinin pozitif ve negatif olmak üzere iki işareti vardır.

İpekle sürtülmüş bir cam çubuğun yükü pozitif kabul edilirken, kürk veya yünle sürtülmüş bir ebonit eğesinin yükü negatif kabul edilir.
Yükü aynı işaretli olan cisimlere aynı işaretli yük, farklı işaretli yükleri olan cisimlere ise zıt yüklü denir.

Yukarıda anlatılan deneyim şunu gösterdi:

Olası yüklü cisimler birbirini iter, zıt yüklü cisimler ise çeker..

2. a) Üç topun yükleri herhangi bir çift topun birbirini itmesine neden olabilir mi? karşılıklı olarak çekici mi?
b) Başka cisim veya alet kullanmadan şunu belirlemek mümkün müdür: her topun yükünün işareti nedir? Bütün topların yükü aynı mı?
c) Her topun yükünün işaretini belirlemek için kullanılabilecek bir deneyi açıklayın.

Elektrik yükü olmayan cisimlere yüksüz veya elektriksel olarak nötr denir. Çevremizdeki hemen hemen tüm bedenler nötrdür. Ancak bu onların elektrik yüklerinin olmadığı anlamına gelmez!

Aksine, herhangi bir cisim çok sayıda pozitif ve negatif yüklü parçacık içerir. Bu parçacıkların hem toplam pozitif yükü hem de toplam negatif yükü çok büyüktür (bunu yakında göreceğiz). Ancak bu pozitif ve negatif yükler birbirlerini çok büyük bir doğrulukla telafi ederler.

2. Elektrik yükü taşıyıcıları

Elektrik yükü yalnızca yüklü parçacıklar tarafından taşınır. Parçacıklar olmadan elektrik yükü mevcut değildir.

Yüklü parçacıklara elektrik yükü taşıyıcıları denir. Bir madde içinde hareket edebiliyorlarsa, bunlara serbest elektrik yükü taşıyıcıları veya basitçe serbest yükler denir.

Çoğu zaman elektronlar serbest yük olarak hareket eder. Lisedeki fizik dersinizden de bildiğiniz gibi, bu çok hafif negatif yüklü parçacıklar, büyük (elektronlara kıyasla) pozitif yüklü bir atom çekirdeğinin etrafında hareket eder. Metallerde serbest yük taşıyıcıları elektronlardır.

Bir veya daha fazla elektron kaybetmiş veya kazanmış atomlar olan iyonlar da elektrik yükü taşıyabilir. (Yunanca "iyon" - gezgin kelimesinden.) Bir elektronunu/elektronlarını kaybeden bir atom, pozitif yüklü bir iyon haline gelir ve fazla elektronu/elektronları olan bir atom, negatif yüklü bir iyon haline gelir.

Örneğin, çözümde sofra tuzu(NaCl) serbest yükleri pozitif yüklü sodyum iyonları ve negatif yüklü klor iyonlarıdır.

3. Elektron kaybeden atom hangi iyona (pozitif veya negatif yüklü) dönüşür?

4. Bir atomun kütlesi şu duruma geldiğinde nasıl değişir: pozitif iyon? negatif iyon?

Çekirdeğe en uzak olan elektronlar çekirdeğe daha zayıf bağlanır. Bu nedenle, iki cisim yakın temas halinde olduğunda elektronlar bir cisimden diğerine hareket edebilir (Şekil 49.3). Bu, vücutların sürtünme sırasında neden sıklıkla elektriklendiğini açıklıyor.

Elektrifikasyonun bir sonucu olarak, bir vücutta fazla miktarda elektron belirir ve bu nedenle negatif bir elektrik yükü kazanır ve başka bir vücutta elektron eksikliği meydana gelir ve bunun sonucunda pozitif bir yük kazanır.

3. İletkenler ve dielektrikler

Serbest elektrik yükü taşıyıcıları içeren maddelere iletken denir.

Bütün metaller iyi iletkenlerdir. Tuzların ve asitlerin çözeltileri de iletkendir; bu tür sıvılara elektrolit denir. (Yunanca "litos" kelimesinden gelir - ayrışabilir, çözünür.) Elektrolitler örneğin deniz suyu ve kan.

Metallerde serbest yükler elektronlardır ve elektrolitlerde serbest yükler iyonlardır.

İçermeyen maddeler özgür medya elektrik yüküne dielektrik denir.

Dielektrikler birçok plastik ve kumaş, kuru ahşap, kauçuk, camın yanı sıra birçok sıvıdır - örneğin gazyağı ve kimyasal olarak saf (damıtılmış) su. Hava dahil gazlar da dielektriktir.

Dielektriklerde serbest yükler bulunmamasına rağmen bu onların elektriksel olaylara katılmadıkları anlamına gelmez. Gerçek şu ki, dielektriklerde bağlı yükler vardır - bunlar, bir maddenin tüm numunesi boyunca hareket edemeyen, ancak bir atom veya molekül içinde hareket edebilen elektronlardır.

Aşağıda göreceğimiz gibi bu, dielektriklerin yüklü cisimlerin etkileşimini önemli ölçüde etkilemesine yol açmaktadır: örneğin, onu onlarca kez zayıflatabilirler.

Yüksüz dielektrik cisimlerin (örneğin kağıt parçaları) yüklü cisimlere çekilmesi, bağlı yüklerin yer değiştirmesinden kaynaklanmaktadır. Aşağıda buna daha ayrıntılı olarak bakacağız.

4. Etki yoluyla elektriklenme

İletkenlerde serbest yükler bulunduğundan iletkenler yüklü cisimlere dokunmadan bile yüklenebilmektedir. Bu durumda, cesetler zıt işaretli suçlamalarla suçlanıyor.

Tecrübe koyalım

Ahşap bir masanın üzerinde duran iki metal manşonu (1 ve 2) bir iletkenle bağlayalım. Daha sonra iletkeni çıkarmadan, pozitif yüklü 1 çubuğu manşona dokunmadan manşona getiriyoruz (Şekil 49.4, a). Yüklü çubuğa çekilen serbest elektronların bir kısmı manşon 2'den manşon 1'e hareket edecektir. Sonuç olarak manşon 2 pozitif, manşon 1 ise negatif olarak yüklenecektir.

Yüklü çubuğu çıkarmadan manşonları bağlayan iletkeni çıkarırız (Şekil 49.4, b). Yüklü kalacaklar ve yükleri büyüklük olarak eşit fakat işaret olarak zıt olacaktır.

Artık yüklenen çubuğu çıkarabilirsiniz: kartuşlarda farklı yükler kalacaktır.

Bedenleri elektriklendirmenin bu yöntemine etki yoluyla elektriklendirme denir.

Lütfen unutmayın: Etki yoluyla elektriklenme, ücretlerin yeniden dağıtılmasından kaynaklanmaktadır. Cebirsel toplam cisimlerin yükü sıfıra eşit kalır: cisimler eşit büyüklükte ve zıt işaretli yükler alırlar.

5. Yüklü çubuğun ve ardından manşonları bağlayan iletkenin çıkarılması durumunda açıklanan deneyin sonucunun nasıl ve neden değişeceğini ayrıntılı olarak anlatın. Hikayenizi şematik çizimlerle gösterin.

6. Yukarıda anlatılan deneyde kişinin neden manşonu bağlayan metal çubuğu tahta sapından tuttuğunu açıklayın. Bu deney sırasında bir kişinin metal bir çubuğu doğrudan eliyle tutması durumunda ne olacağını açıklayın. Lütfen bunu dikkate alın insan vücudu bir orkestra şefidir.

5. Yüksüz cisimler neden yüklü cisimlere çekilir?

Şimdi nedenini öğrenelim yüksüz cisimler yüklü olanlara çekilir.

Tecrübe koyalım

Pozitif yüklü bir çubuğu yüksüz metal manşona yaklaştıralım (Şekil 49.5). Serbest elektronlar manşonlar pozitif yüklü çubuğa çekilecek, böylece manşonun çubuğa en yakın kısmında negatif bir elektrik yükü görünecek ve elektron eksikliğinden dolayı uzak kısımda pozitif bir yük görünecektir.

Sonuç olarak, manşondaki negatif yükler çubuğa daha yakın olduğundan manşon çubuğa çekilecektir.

7. Yüksüz bir metal manşonun neden negatif yüklü bir çubuğa çekildiğini açıklayın.

Böylece, yüksüz iletkendeki serbest yüklerin yeniden dağıtılması nedeniyle, yüksüz bir iletken, herhangi bir işaret yüküne sahip yüklü bir gövdeye çekilir.

8. Şekil 49.6, A ve B manşonlarının yanı sıra B ve C manşonlarının etkileşimini göstermektedir. A manşonunun pozitif yüklü olduğu bilinmektedir.
a) B kartuşunun dolu olduğunu söyleyebilir miyiz? Eğer öyleyse, yükünün işareti nedir?

c) A ve C kollarının nasıl etkileşime gireceğini tahmin etmek mümkün müdür?

Yüksüz bir dielektrik, herhangi bir işarete sahip bir cisim tarafından da çekilir. Bu, dielektrikteki bağlı yüklerin yer değiştirmesiyle açıklanır: dielektrik yüzeyinde farklı işaretli yükler görünür ve zıt işaretli yükler yüklü gövdeye daha yakındır. Bu çekiciliğe yol açar.

Aşağıda bir dielektrikteki bağlı yüklerin yer değiştirmesini daha ayrıntılı olarak ele alacağız.

6. Elektriksel etkileşimlerin rolü

Atomların varlığı, pozitif yüklü çekirdeklerin ve negatif yüklü elektronların elektriksel etkileşiminden kaynaklanmaktadır.

Atomların ve moleküllerin etkileşimi de elektriksel niteliktedir: bu sayede atomlar moleküller halinde birleşir ve atomlardan ve moleküllerden sıvı ve moleküller oluşur. katılar. Nötr atom ve moleküllerin elektriksel etkileşimi açıklanıyor Eşit olmayan dağılım içlerindeki elektrik yükü.

Elektriksel etkileşimler aynı zamanda canlı bir organizmadaki birçok süreçten de sorumludur. Özellikle dürtülerin doğası sinir hücreleri beyin hücreleri de dahil.

Elektriksel etkileşimler yerçekimsel etkileşimlerden kat kat daha yoğundur. Örneğin, iki elektron arasındaki elektriksel itme kuvveti, yerçekimsel çekim kuvvetini yaklaşık 4 x 10 42 kat aşmaktadır. Bununla karşılaştırıldığında çok büyük sayı Avogadro sabiti bile çok küçük görünüyor! § 50'de elektriksel ve yerçekimsel etkileşim kuvvetlerinin bu karşılaştırmalı değerlendirmesini kontrol edeceğiz.

Peki elektriksel etkileşim bu kadar güçlüyse neden çevremizde bunu bu kadar nadiren fark ediyoruz?

Gerçek şu ki etrafımızdaki hemen hemen tüm cisimler elektriksel olarak nötrdür: toplam devasa bir pozitif elektrik yükü atom çekirdeğiçok yüksek bir doğrulukla, kendisine eşit büyüklükteki elektronların toplam negatif yükü ile telafi edilir.

Ancak bu dengeleme sayesinde, maddenin içinde elektriksel etkileşim kuvvetlerinin ne kadar büyük "gizli" olduğunu fark etmiyoruz.

Bizi çevreleyen cisimlerdeki yüklerin karşılıklı olarak dengelenmesi, elektrik kuvvetlerinin hiçbir şekilde kendilerini göstermediği anlamına gelmez; mekanik olaylar. Aslında mekaniği incelerken bu kuvvetleri dolaylı olarak hesaba kattık.

Hatırladığınız gibi, mekanikte üç tür kuvvet dikkate alınır: yerçekimi kuvvetleri, elastik kuvvetler ve sürtünme kuvvetleri. Bu kuvvetlerden ikisi - elastik kuvvet ve sürtünme kuvveti - cisimleri oluşturan atom ve moleküllerin etkileşiminden kaynaklanır ve zaten bildiğimiz gibi atom ve moleküllerin etkileşimi elektriksel niteliktedir.

Ek sorular ve görevler

9. İki özdeş manşon, aynı uzunluktaki iplikler üzerinde yan yana asılır. Dolu bir fişek kovanı kırmızı ipliğe asılır ve şarj edilmemiş bir fişek kovanı mavi ipliğe asılır. Hangi iplik dikeyden daha fazla sapıyor?

10. İpliklerin üzerinde yan yana asılı duran iki metal manşon birbirini itmektedir. Bu kartuşlardan birine elinizle dokunduğunuzda bu kartuşlar nasıl etkileşime girecek?
11. Şekil 49.7, A ve B kolları ile B ve C kolları arasındaki etkileşimi göstermektedir.
a) B olayındaki suçlama hakkında ne söylenebilir?
b) C şıkkındaki suçlama hakkında ne söylenebilir?

12. Yükleri zıt işaretlere sahip iki dikey metal plaka arasında hafif metal bir top asılıdır (Şekil 49.8). Top plakalardan birine dokunduğunda ne olacağını açıklayın.

10. Temel elektrik yükü. Elektrik yükünün korunumu kanunu . Coulomb yasası. Tansiyon Elektrik alanı. Elektrik alanlarının süperpozisyonu ilkesi.

Elektrik olayları.

Gözlemci herhangi bir kişi (bir Taş Devri insanı bile) bazı şeylerin farklı malzemeler, elde ediyorlar ilginç özellik küçük nesneleri çeker: lekeler, saç, tüyler. Bu özellik en belirgin şekilde yünle ovulduğunda sertleşmiş reçinede (amber) ortaya çıkar. Yunanca'da kehribar elektron anlamına gelir, bu nedenle bu tür olaylara elektrik denmeye başlandı. Birbirleriyle doğrudan temas halindeki (çıplak gözle görülebilen) cisimlerin mekanik etkileşiminin aksine, elektrik olgusunda cisimler birbirine dokunmadan mekanik olarak etkileşime girer. Bu alışılmadık özellik dikkat çekti. Her biriniz, bir kazak veya gömleği çıkarırken bazen klik ve çıtırtıların duyulduğunu duymuşsunuzdur ve karanlıkta ışık parlamalarını veya parıltıları bile fark edebilirsiniz. Sentetik halılar üzerinde yürüdükten sonra metal nesnelere (kapı kolları, kilitler) dokunmak pek hoş değildir - çok hassas elektrik deşarjları meydana gelir. Eldeki etki ortaya çıkıyor bundan önce kapı koluna veya kilide dokunduğunda.

Elektriğin görkemli tezahürleri - yıldırım - her zaman insanların ilgisini çekmiştir, ancak "bağımsızlıkları" nedeniyle, yani benzer bir şeyi insan eliyle üretmenin imkansızlığı nedeniyle, yıldırım çeşitli dinlerde yüksek güçlerin gazabının bir tezahürü olarak açıklanmıştır.

Boş zaman ortaya çıktığında bazı insanlar gelişti Araştırma Alanları ve elektrik yüklü cisimleri elde etmenin çok fazla yolunun olmadığı ve yüklü cisimlerin etkileşimlerini yöneten yalnızca birkaç kuralın olduğu bulundu.

Kaç çeşit ücret vardır?

Elektriksel özelliklere sahip küçük cisimler birbirini çeker veya iter. Eğer özdeş cisimler aynı şekilde yüklenmişse, birbirlerini iterler. Farklı bedenler Birbirlerine sürtünmeleri sonucu elektriksel özellik kazanan maddeler birbirlerini çekerler. Karşılaştırma için elektriksel özellikler cisimlerin “standart” yüklü cisimlerle etkileşimleri kontrol edildi. Bazıları yüne sürülen ebonit (kehribar) bir çubukla, bazıları ise ipeğe sürülen bir cam çubukla püskürtüldü. Dolayısıyla cisimlerin yalnızca iki tür elektriksel özelliği vardır. Benzetme yoluyla matematik kuralları Elektriksel özelliklerin doğasını karakterize etmek için iki işaret tanıtıldı - "artı" ve "eksi". İpeğe sürülen camın yüküne pozitif, yüne sürülen ebonitin yüküne ise negatif adı verildi.()

Çekim ve itme

Farklı işaretlere sahip cisimlerin her zaman birbirlerine çekildiği bulunmuştur. Ancak aynı işaretli yüklerle yüklenen cisimlerin bazen birbirlerini ittikleri, bazen çektikleri, bazı durumlarda ise hiç yüklenmemiş gibi davranabildikleri ortaya çıktı. Gerekli bir koşul itme Yüklü cisimler, yüklerinin aynı işaretidir. Cazibe Yüklü cisimler, cisimlerin yüklerinin hem aynı hem de farklı işaretleriyle ortaya çıkabilir. Biri hiç elektrik yükü olmayan iki cismin birbirini çekebildiği ortaya çıktı. Yani cisimleri çekmek için yalnızca bir cisim üzerinde yükün bulunması yeterlidir. Yukarıdakilerin hepsinden, yalnızca bir durumda cesetlere uygulanan suçlamaların niteliği hakkında açıkça bir sonuca varılabileceği açıktır. (Bu durumda?)

Cevap: Temas etmeyen iki yüklü cisim birbirini itiyorsa, o zaman kesinlikle aynı işarete sahip yükleri vardır!

Yüklü ve yüksüz cisimler yalnızca birbirlerini çekmek veya itmekle kalmaz, aynı zamanda birbirlerini “yönlendirebilirler”. Örneğin, yüklü bir topun yakınındaki bir ip üzerinde yatay olarak asılı duran yüksüz bir çubuk, her zaman "topa" yönelik olduğu için aynı yüksekliktedir. Bu, mekanik bir kuvvet momentinin vücuda (söz konusu durumda çubuk) etki ettiği anlamına gelir. Böyle bir "yönelimin" açıklaması, vücudun farklı yüklü kısımlarının "çekilmesi" ve "itilmesine" ilişkin akıl yürütmeye indirgenir.

Yüksüz cisimlerin de yüklü cisimler gibi birbirini çekebileceğine bir kez daha ikna olalım. Bir parça kağıt (bir tüpe sarılmış) bir ipin üzerine asılır. Yüksüz bir yaprak yüklü bir ebonit çubuğa çekilir (veya plastik şişe). Yan yana asılı duran böyle iki yüksüz yaprak, üzerlerine yüklü bir çubuk getirildiğinde birbirlerine doğru çekilir. Onların mekanizması karşılıklı çekim manyetik alandaki metal topların zincirler halinde sıralanmasına neden olan mekanizmaya benzer.

Yük ayırma yöntemleri

Farklı yüklü cisimlerin ortaya çıkmasının nedenleri arasında en ünlüsü cisimlerin birbirine sürtünmesidir. Modern çıkartmalar bir kağıt veya plastik tabakasından ayrıldığında, ayrılan nesneler farklı masraflar. Yeterince kısa dalga boylarındaki ışıkla aydınlatma sonucunda vücutlar yük kazanabilir. Önemli ısınmanın bir sonucu olarak nesneler genellikle pozitif yük kazanır. Yükler, vücudun kendisinin veya komşu gövdelerin radyoaktivitesi sonucu ayrılabilir.

Başlangıçta yüksüz cisimlerdeki yüklerin ayrılması, yüklü bir cismin yakınında (elektrostatik bir alanda) meydana gelir. Akım taşıyan iki cisim önce temas ettirilirse ve sonra tekrar belirli bir mesafeyle "ayrılırsa", cisimlerin her biri bir yük kazanır. Gelecekte, ne zaman Nicel araştırma toplam elektrik yükünün olduğu bulundu yalıtılmış sistem bedenler kurtarıldı! Deneylerden elde edilen bu sonuca yükün korunumu yasası denir.

En ilginç şey, yüklerin her zaman çiftler halinde görünmesidir. Eğer cisimlerden biri pozitif yük kazanırsa, ikinci cisim negatif yük alır ve kelimenin tam anlamıyla "birlikte" farklı yükler ortaya çıkar. Bu, suçlamaların farklı yerlerde aynı anda meydana gelmesi gibi bir olayın olduğu anlamına gelir. zıt işaret yükün korunumu yasasına aykırı olmasa da hiçbir zaman gözlemlenmez!

Elektrik yüklerinin ayrıklığı

Biri temastan önce yüklenmiş, diğeri yüklenmemiş iki özdeş iletken top temas ettirilirse, bu toplar ayrıldıktan sonra her birinin aynı yüke, yani ilk yükün yarısına sahip olacağı bilinmektedir. yüklü topun. Yükü tekrar tekrar bu şekilde bölüştürürseniz ne olur? Bu süreç süresiz olarak devam ettirilebilir mi? Soru anlamsız değil ama bölünme sürecinin sonsuza kadar devam edemeyeceğini ortaya koyan deney farklı bir şekilde ortaya atılmıştı. Deney Millikan tarafından tasarlandı ve gerçekleştirildi. İçinde elektrik yükü olduğu için küçük yağ damlacıkları havada hareketsiz halde tutuldu ve ayrıca yerçekimi alanı Ayrıca elektrik alanından da etkilendiler. Damlacıklarla birlikte hava aydınlatıldı morötesi ışık ve damlacıkların yükleri ışığın etkisi altında ara sıra değişiyordu. Millikan, damlacıkların yüklerinin her zaman bir tamsayı ile temel yük olarak adlandırılan çok küçük bir yük ile çarpımına eşit olduğunu tespit etti. SI sistemindeki değeri: 1,6 × 10-19 C.

Elektroskop

Yüklü cisimlerin elektriksel etkileşimini doğrudan gözlemlemek için birçok yöntem ve cihaz icat edilmiştir. Elektroskop adı verilen bir cihaz, iki adet çok hafif metal yapraklı metal bir çubuk içeren bir cam kaptan oluşur. Elektroskop yüklüyse, birbirini iten bu yapraklar birbirinden ayrılır. Bu çıplak gözle fark edilir. Elektroskop ne kadar yüklüyse o kadar daha büyük açı Yapraklar yayılıyor.

Deneyler

Vücutların elektriksel etkileşiminin muhteşem gösterileri en basit ekipmanla bile gerçekleştirilebilir. Deneyi gerçekleştirmek için ihtiyacınız olan şeyler: iplik, masa tenisi topu, alüminyum folyo, boş plastik şişe ve kuru kağıt. Gösteri odasında ebonit ve cam çubuklar varsa onlar da kullanılabilir.

Top folyoya sarılır ve 1,5 - 2 metre uzunluğunda bir ip üzerine asılır. Şişe kağıda sürtülerek (negatif olarak) yüklenir. Yüksüz bir top, yüklü bir plastik şişeye (hem cam çubuk hem de ebonit çubuk) çekiliyor. Eğer top, yüklü bir nesneye dokunarak yükleniyorsa, o zaman aynı yük işaretine sahip bir nesne yalnızca ondan yeterince uzaktaysa itilecektir. (Top yüklü bir nesneye yakınsa çekilebilir!)

Var büyük miktar Birbirine sürtüldüğünde yükleri ayıran malzeme ve nesne çiftleri. “Kuru gazete – lastik balon” çifti çalışırken gösterilebilir. Topu gazete ile yoğun bir şekilde "sürttükten" sonra ellerinize çekilmeye başlar ve tavana getirirseniz tavandan asılı kalır.

Daha fazla örnek:

Yün çubuklarla duvara, tahtaya, avuç içine sürülen bir polietilen levha.

İpek iç çamaşırları veya sentetik elbiseler bazen kızlar için istenmeyen bir davranış sergileyerek bacaklarına yapışarak başka rahatsızlıklara neden olur.

Günlük yaşamda ve işyerinde statik elektriğe örnekler:

Toz, bilgisayar monitöründe ve TV resim tüpünde birikir ve bu cihazların içinde birkaç ayrı parça üzerinde yoğunlaşır. Modern baskı ve fotokopi cihazlarında (fotokopi, lazer yazıcı) statik elektrik kullanılmaktadır. Hoş olmayan sonuçlardan kaçınmak için elektrik deşarjları Sıvı yakıt (benzin, dizel yakıt) taşıyan araçların, araç gövdesine takılan ve yola temas eden metal zincirler olan elektrostatik boşaltıcılarla donatılması gerekir. Kumaşların (ipek, sentetik) elektrostatik yüklenmesini azaltmak veya ortadan kaldırmak için kumaşlara "antistatik" bir sıvı uygulanır. Kurutma sırasında kumaş üzerinde böyle bir sıvı oluşur ince tabaka elektrik yüklerinin içinden geçebileceği bir madde.

İletken ve iletken olmayan vücut yükleri

Elektrik yüklerini kendi içinden iyi bir şekilde "ileten" maddeler ve malzemeler vardır ve buna göre bunu kötü yapan maddeler ve malzemeler vardır. Örneğin, biri (1) yüklü, diğeri (2) yüklü olmayan iki özdeş elektroskobu çelik bir tel ile bağlarsanız, çok kısa bir süre sonra her ikisi de yüklü olduklarını "gösterecektir". Doğru, her biri, ilk elektroskopun yüklendiğinden daha az miktarda yüklenecek. Aynı elektroskopları tahta bir çubukla birbirine bağlarsanız, yük birinden diğerine o kadar yavaş aktarılır ki, bu işlem saniyeler, hatta dakikalar sürebilir. Mülk fiziksel beden Elektriği iletmenin iyi ya da kötü olması bedenin doğasına, durumuna ve dış koşullar, vücudun bulunduğu yer.

Islak kağıt parçaları iletken gövdelerdir, kuru olanlar ise iletken değildir. Sıcak (kızıl-sıcak) ebonit yükleri iletir, ancak normal sıcaklıklarda yapmaz! Normal sıcaklıklarda kuru hava yükleri iletmez (ipek ipliğe asılı cisimler uzun süre boşalmaz), ancak Yüksek sıcaklık(alevde, yıldırım varilinde) yükleri iyi iletir. Var olmak ilginç malzemeler, hangi saatte normal sıcaklıklar Elektriği iyi iletmiyorlar ve sıcaklık 100K'ye düştüğünde süper iletken oluyorlar. Elektriği kötü ileten malzemelere yalıtkan denir.

Elektriği ileten (ya da geçirmeyen) malzemelerin özelliklerini açıklamak tanıtıldı model sunumu bu tür materyallerin içinde “ücretsiz ücretlerin” varlığı hakkında. Çok fazla serbest yük varsa, malzeme iletkendir - buna iletken denir. Çok az ücretsiz yük varsa, bu malzeme bir yalıtkandır. İyi iletkenler (gümüş) ve iyi yalıtkanlar (sert kauçuk) içindeki bu gösterime (model) uygun olarak serbest yük taşıyıcılarının konsantrasyon oranlarının aralığı 1020'den fazladır.

Herhangi bir maddeyi oluşturan atomların yapısını öğrendikten sonra fizik dersinde iletkenlerin, yalıtkanların ve diğer malzemelerin iç yapısını çalışmalıyız.

Sabit nokta yüklerin etkileşimi kanunu

Şu tarihte: deneysel çalışma Küçük boyutlu iki özdeş cismin havadaki elektriksel etkileşimi göz önüne alındığında, bir cisimden diğerine etki eden kuvvetin bu iki cismi birleştiren çizgi boyunca yönlendirildiğini tespit etmek kolaydır.

Yüklü cisimlerin etkileşiminin nicel çalışması, Fransız fizikçi Charles Augustin Coulomb, iki nokta () yükü arasındaki etkileşim kuvvetinin büyüklüğünün Boş alan yüklerin büyüklüğü ile doğru orantılı, aralarındaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır. Bu sonuç, cisimlerin Dünya'ya olan çekim kuvvetinin ipliğin gerilimi ile telafi edildiği burulma dengeleriyle ilgili çok sayıda deneye dayanarak yapıldı. Eşit büyüklükte ve işarette elektrik yükleri elde etmek için aynı yüklü iletken toplar birbirine temas ettirilebilir.

(Burulma dengelerinin tasarımı ve işleyişine ilişkin açıklamalar ders kitaplarında bulunmaktadır.)

Kolyede mürver topları (meyveler) kullanıldı. Coulomb, topları birbirlerinden belirli bir mesafeye yerleştirerek onlara aynı işaretli yükleri verdi ve toplar itilip birbirlerinden uzaklaştı. Aralarındaki önceki mesafeyi eski haline getirmek için, toplardan birinin külbütör koluna asıldığı iplik deneyci tarafından büküldü. Dönme açısı, ortaya çıkan "burulma" kuvvet momentiyle orantılıydı.

Küçük (nokta benzeri) cisimlerin bulunduğu uzaydaki iki noktaya karşılık gelen yarıçap vektörü () sembolü ile gösterilirse, Coulomb tarafından oluşturulan etkileşim yasası matematiksel bir gösterim biçiminde temsil edilebilir:

Burada F12, 1. cismin 2. cisme uyguladığı kuvvettir, q1 ve q2 cisimlerin yükleridir ve K da bir miktardır. devamlı. Eğer cisimlerin yükleri aynı işarete sahipse, formülün gösterdiği gibi cisimler birbirini iter, eğer cisimlerin yüklerinin işaretleri farklıysa o zaman çekerler.

Birkaç kişi arasındaki elektriksel etkileşimin kuvvetleri nokta cisimleri ortaya çıktığı gibi, vektörler gibi toplanırlar, yani süperpozisyon ilkesine uyarlar. Genel Güç Bir cisme diğer cisimlerden etki eden, bu cisme diğer tüm cisimlerden ayrı ayrı etki eden kuvvetlerin vektörlerinin toplamıdır.

Elektrik alanı.

İki küçük yüklü cisim uzayda (diğer cisimlerden bağımsız olarak) öyle bir şekilde etkileşime girer ki, ikinci cismi nereye yerleştirirsek yerleştirelim, birincisi onun varlığını "hisseder". Dahası, etkileşim yasasının formundan (elektrostatik için Coulomb yasası), kuvvetin her zaman vücudun yüküyle orantılı olduğu sonucu çıkar.

Uzun zaman önce (Michael Faraday), her yükün uzayda kendi çevresinde “bir şey” yarattığı ve bunun da diğer yükleri etkilediği fikri ortaya atılmıştı. Bu "bir şeye" "alan" adı verildi. Böyle bir "alan"ın bir benzeri, bir el feneri ampulünün havada her yöne yayılmasıdır. Işığın parlaklığı el fenerine olan mesafeye bağlıdır. El feneri her yerde "görünür", ancak ondan uzaklaştıkça ışık zayıflar. Uzayda yaratılan “alan” göreceli bağımsızlığa sahiptir. Örneğin kaynağı yok olduktan sonra bile var olabilir. Gökyüzünde gördüğümüz yıldızların çoğu, milyonlarca yıl önce yayılan ışığın aynısıyla parlıyor. Alan fikrinin çok verimli olduğu ortaya çıktı ve daha sonra ışığın kendisinin bir elektromanyetik alan olduğu ortaya çıktı.

Yüklerin etkileşimini şu şekilde tanımlayacağız:

Yük (veya yükler) uzayda bir elektrik alanı yarattı ve bu da, içine yerleştirilen yüke etki ediyor. Şimdi alanın yükler tarafından yaratıldığını “unutalım”. Şöyle diyeceğiz: “Elektrik alanına yerleştirilen bir yüke, büyüklüğü yükle orantılı olan bir kuvvet etki eder ve yönü alan tarafından belirlenir.” Uzayın her noktasındaki alan “gerilim” ile karakterize edilir. vektör miktarı, orana eşit Bu yükün büyüklüğü kadar küçük (test) bir yüke etki eden kuvvet. ()

Elektrik alanı fikri, yüklerin iletkenler aracılığıyla transferinin nasıl gerçekleştiğini çok iyi "açıklamaktadır": iletkende bir elektrik alanı varlığında serbest yükler hareket etmeye başlar ve bu, yüklerin yeniden dağıtılmasının nedenidir.

Elektrik alan çizgileri

Dağıtılan elektrik alanının yapısını düz çizimlerde görüntülemek için üç boyutlu uzay, birkaç teknik var. Bunlardan biri, düzlem üzerinde çizgiler çizilmesidir; her noktada teğetleri, belirli bir noktada mevcut olan elektrik alan kuvveti vektörünün çizim düzlemine izdüşümü yönü ile çakışmaktadır. Alan şiddeti vektörünün izdüşümü yönünü gösteren çizgi üzerine oklar yerleştirilmiştir. Bu satırlara "" denir. Güç hatları elektrik alanı", ancak böyle bir çizgi alan kuvveti vektörünün büyüklüğünü göstermez. Pozitif bir nokta yükü çizim düzlemine çarparsa, hemen yakınında kuvvet çizgileri “dışarı çıkar”. Negatif nokta yükü için durum tam tersidir: kuvvet çizgileri ona “girer”.

Alan çizgilerinin deseni, elektrik alanının yapısını yalnızca niteliksel olarak tanımlar. Örneğin, şeklin düzleminde yer alan bir noktasal yükün alanı, yükün bulunduğu noktadan geçen düz çizgilerle gösterilmektedir. Tam olarak aynı model, kendisine dik olan modelin düzlemini kesen, uzunluğu boyunca eşit olarak yüklenen sonsuz bir düz çizgi için de geçerli olacaktır. Ancak ilk durumda alan kuvveti 1/R2 yasasına göre mesafeye, ikinci durumda ise 1/R yasasına göre mesafeye bağlıdır. Herhangi bir ince yüklü bölüm için tam olarak aynı model olacaktır. düzleme dik düzlemi belirli bir noktada kesen bir çizgi üzerinde yer alan bir çizim. Bu durumda alan büyüklüğündeki değişim kanunu ne 1/R2 ne de 1/R1 ile örtüşmektedir.

Elektrometre neden elektroskoptan daha hassastır? Elektrik kuvvetlerinin bir sonucu olarak iki cisim birbirine çekilir. Bundan, bu cisimlerin farklı işaretlere sahip yükleri olduğu sonucu mu çıkıyor? Bir elektrik alanında yüksüz bir cismin üzerine bir kuvvetin etki etmesi için gerekli bir koşul elektriksel kökenli, dış elektrik alanının homojen olmamasıdır. Elektrik alan kuvveti A – B çizgisi boyunca yönlendiriliyorsa ve A'dan B'ye yer değiştirmeyle artıyorsa, hangi noktanın yakınında (A veya B) küçük çaplı, yüksüz bir iletken topa büyük bir kuvvet etki edecektir? Elektrik gücü? Eğer “gitmek” için kum saati Eğer mıknatıs getirirseniz çalışmaya devam ederler ama yüklü bir ebonit çubuk getirirseniz saat durur. Neden? TV'yi uzun süre kullandıktan sonra neden ekranda toz tabakası kalıyor? Bir malzemede serbest yüklerin konsantrasyonu N'dir. Bir elektrik alanı E'nin varlığında, bu malzemedeki serbest yükler aşağıdakilerle hareket eder: ortalama sürat V. İkinci malzemede eğer E/2 elektrik alanı varsa serbest yükler ortalama V/3 hızla hareket ederler. Her iki malzeme de elektrik yüklerini eşit derecede iyi iletiyorsa (yani aynı yüke sahiplerse) ikinci malzemedeki serbest taşıyıcıların konsantrasyonu nedir? iletkenlik veya aynısı direnç)? Belirli bir malzemede (gaz), moleküllerin termal hareketinin bir sonucu olarak serbest taşıyıcılar çiftler halinde görünür ve ortalama olarak bir T süresinden sonra, farklı işaretlere sahip serbest taşıyıcılar buluştuğunda "yeniden birleşirler". Her saniyede birim hacim başına N çift doğar. Bu malzemeden yapılmış bir iletkendeki akımın elektrik alanının büyüklüğüne niteliksel bir bağımlılığını çizin. Bu ilişkinin neden tam olarak çizdiğiniz gibi göründüğünü açıklayın. Malzemenin ısıtılmasını ihmal edin. Neden, yüklü boncuklarla deneyler yaparken burulma terazileri Coulomb zıt işaretli yükler yerine aynı işaretli yükleri mi kullandı? Bir problemi teorik olarak çözerken, iki küçük cismin birbirinden büyük ve sabit uzaklıkta olduğu varsayılır. Cisimler yüklüdür ve birbirlerine Coulomb kuvvetleriyle etki ederler. Cisimlerin yükleri değişir ve oran hesaplanır Coulomb kuvvetleri etkileşimler. Bu oran tam olarak π (20,5)'e eşit olabilir mi? Uzayda 4 adet özdeş Q nokta yükü vardır. Bunlardan üçü, aynı L uzunluğundaki iletken olmayan üç iplikle çiftler halinde bağlanmıştır. Dördüncü yük, kalan üç yükün her birinden aynı uzaklıkta bulunmaktadır. Sistem dengede ise ipliklerdeki çekme kuvvetleri nelerdir?

Oluşturulacak bir tür etkileşim vardır fiziksel teori(model) üç tür “yük” çiftini tanıtmak zorundaydı. Onlara suçlama bile demediler, ancak yeni bir "renk" ve "renk karşıtı" tanımı buldular. Bu teoriye “kromodinamik” (kuantum) denir. Teoriyi anlatıyor nükleer etkileşim. Ve bu "renk" yüklerine sahip parçacıklara... denir, ancak onlar hakkında kendiniz bilgi edinin!

Bu vektör 1 noktasında başlar ve 2 noktasında biter.

Yük küçük olmalıdır (test), böylece ortaya çıktığında cisimlerdeki yük dağılımı değişmez. Bu, elektrostatik alan kuvvetinin "rahatsız edici olmayan" bir ölçümünü sağlar.

Ders planı:

1. Gövdelerin elektrifikasyonu hakkında önceden edinilen bilgileri özetleyin elektron teorisi.
2. Grup ve bireysel çalışma:

• hamurla çalışmak;
• Mini projeler oluşturun “Statik elektriğin kullanılması ve mücadele edilmesi.”

3. Proje savunmasına ilişkin mini konferans.
4. Ders özeti.
5. Ödev.

Masada.

Öğretmen için dersin amacı:

Öğrencilerin cisimlerin elektrifikasyonu hakkındaki bilgilerini sistematik hale getirin ve genelleştirin. Elektronik teorisine dayanarak cisimlerin elektriklenme sürecini açıklayın.

Öğretmenin görevleri:

• öğrencilerin kendi kendine eğitim faaliyetlerini uyandıran koşullar yaratmak;
• Gözlem becerilerini geliştirmeye devam edin fiziksel olaylar, deney kullanarak teorik pozisyonları test edin, araçları kullanın;
• İşyerinde ve evde yangınları ve kazaları önlemek için güvenlik düzenlemelerine uyma ihtiyacına odaklanın.

Öğrenciler için:

Dersin amacı: elektrik yükü kavramlarını ve özelliklerini hatırlayın; elektrifikasyon olgusunu açıklamak; Edinilen bilginin pratik yönelimini göz önünde bulundurun.

Görevler:

1. Eğitimsel:

• Elektronik teorisine dayanarak cisimlerin elektriklenme sürecini açıklar;
• Edinilen bilginin pratik yöneliminin incelenmesi;
• Motivasyon oluşumu ve eğitimsel, bilişsel ve pratik aktiviteler.

2. Gelişimsel:

• Analiz etme, hipotezler, varsayımlar ileri sürme, tahminlerde bulunma, gözlemleme ve deney yapma yeteneğinin gelişimini teşvik etmek;
• Gelişimi teşvik edin mantıksal düşünme;
• Kişinin kendi zihinsel faaliyetinin sonuçlarını konuşmayla ifade etme yeteneğinin geliştirilmesi.

3. Eğitimsel:

• bilimsel bir dünya görüşünün oluşumuna katkıda bulunmak;
• uyanmak bilişsel ilgi konuya ve çevresindeki olaylara;
• işbirliği, iletişim, takım çalışması becerilerinin geliştirilmesi;
• nesneleri, olayları, eylemleri ve eylemleri (kendisinin ve başkalarının) eleştirel ama nesnel olarak değerlendirme yeteneğini geliştirmek.

Metodik: Fizik derslerinde edinilen bilgilerin pratik uygulama olasılığını gösterir.

Yöntem ve teknikler:

1. Bilginin sözlü aktarım yöntemleri ve bilginin işitsel algılanması (teknikler: konuşma, hikaye, tartışma);
2. Bilgiyi görsel olarak aktarma yöntemleri ve görsel algı bilgi (teknikler: gözlem, deneyimin gösterilmesi, sunum);
3. Pratik aktiviteler ve dokunsal kinestetik algıyı kullanarak bilgi aktarma yöntemleri ( deneysel çalışma Gruplarda);
4. Öğrencileri teşvik etme ve motive etme yöntemleri (teknikler: yaratma sorunlu durum, problemli sunum, kısmi arama faaliyeti, grup araştırma faaliyeti, bir başarı durumu yaratma, karşılıklı yardımlaşma durumu yaratma);
5. Kontrol yöntemleri (ön araştırma teknikleri, test etme, öz değerlendirme).

Prensipler: bilimsel karakter, tutarlılık, doğaya uygunluk, ulaşılabilirlik, kişisel gelişim, kolektivizm.

Eğitim araçları:

• PC, projektör, ekran;
• elektrometreler, pleksiglas ve ebonit çubuklar, yün artıkları, bir iletken, plastik ve metal huniler, bir tripod, bir pleksiglas plaka, biberli şeffaf bir plastik kutu.
• çalışma sayfaları, dersteki çalışma etkinliğini kaydetmek için kartlar, destekleyici not formları.

Dersler sırasında.

Merhaba.

Bugün sınıfta şunları yapacağız:

• Elektronik teorisine dayalı olarak cisimlerin elektrifikasyonu hakkında önceden edinilen bilgileri özetleyin;
• Hamurla çalışın;
• Elektriğin yararları ve zararları hakkında mini projeler oluşturun. Projeleri korumak için mini bir konferans düzenleyin.

Defterlerinizi açın ve dersin konusunu yazın. “Elektrik olaylarının açıklaması” (sayfa No. 1). Bu yüzden dersimizin ana görevi Elektron ve atomun yapısı hakkındaki bilgilere dayanarak, cisimlerin temas halinde elektriklenmesi, iletkenlerin ve dielektriklerin varlığı hakkında bir açıklama vermenin yanı sıra yüksüz iletkenlerin (cisimlerin) yüklü cisimlere çekiciliğini açıklar.

I. Bilginin güncellenmesi.

Ama önce elektronik teorisinden kaynaklanan bir takım hükümleri hatırlayalım.

1. Tüm bedenler neden yapılmıştır? ( atomlar) sl. №2 (1)
2. Atomun yapısı nedir? ( proton ve nötronlardan oluşan pozitif bir çekirdek, elektronlar çekirdeğin etrafında hareket eder ve kabuklarını terk edebilir) sl. №2 (2)
3. Bir elektronun yükü nedir? (olumsuz) sl. №2 (3)
4. Protonun yükü nedir? (pozitif) sl. №2 (4)
5. Daha sonra başlangıçta tüm bedenlerin yüklü olduğu ortaya çıktı. (Vücut hangi durumda şarjsızdır)
6. Vücut hangi koşullar altında pozitif yüklenecektir?
7. Vücut hangi koşullar altında negatif yüklenecektir?
8. Bu nedenle bir cisim elektron aldığında veya kaybettiğinde yüklü hale gelir.
9. Sonraki 3 (1) numaralı slayt. No.3 (2) Ebonit çubuk hangi işaretle yüklüdür? Ne tür bir yün? (slayttaki sorular)
10. Elektronlar yünden ebonit çubuğa aktarılır.
11. Bu nedenle yükler yaratılmaz, yalnızca ayrılır.
12. Elektronlar neden yünden ebonite doğru hareket ediyor da tersi olmuyor?

II. Yüksüz bir cismin yüklü bir cisme çekilmesi olgusunun açıklanması.

13. Resme bakın ve cevap verin, top şarjlı mı? Topun şarjı varsa hangi işarete sahiptir? Cevabınızı gerekçelendirin.
14. Elektrik alanı yalnızca yüklü bir cisme etki eder.
15. Boş bir fişek kovanı ile ilgili deneyim. Boşaltılan fişek neden önce çekildi, sonra itilmeye başlandı?

Böylece elektronik teorisinden kaynaklanan bir takım hükümleri hatırladık ve onlara bir açıklama yaptık. Ayrıca yüksüz bir cismin neden önce yüklü bir cisim tarafından çekildiğini ve sonra da ondan itildiğini de öğrendik.

III. Gruplar halinde ve bireysel olarak çalışın.

Bundan sonraki çalışmalarımız aşağıdaki şekilde ilerleyecektir. Şimdi 4 grup araştırmacı oluşturup projeler üzerinde çalışmaya başlayacağız, her grup kendi spesifik konusuyla kendi projesini yürütecek. Ama hepsi konferansımızın konusu olan “Statik elektriğin kullanımı ve onunla mücadele” temasıyla uyumlu. 2 grup statik elektriğin insanlara hizmet edebileceğini kanıtlayan projeler yapıyor ve 2 grup ise statik elektriğin zarar verebileceğini kanıtlayan ve bununla nasıl başa çıkacağınızı anlatacak projeler yapıyor.

Adamların geri kalanı tarama testini tamamlamak için bilgisayarların başına oturuyor.

• Testle nasıl çalışılacağını açıklıyorum;
• Araştırma gruplarına gidiyorum. Çalışma 12 dakika içinde gerçekleşir. Daha sonra herkes oturur ve projeler savunulur.

IV. Projeleri koruma (10 dakika)

Şimdi herkesi “Statik elektriğin kullanımı ve onunla mücadele” konferansına davet ediyorum.

Sürekli olarak çok sayıda makinenin, takım tezgâhının ve bizzat insanın yarattığı bir elektrik deşarjı okyanusundayız. Bu deşarjlar elbette ki kadar güçlü değil. doğal yıldırım yani bazen metal bir nesneye veya başka bir kişiye elimizle dokunduğumuzda hissettiğimiz hafif batmalar dışında bunları fark etmeyiz. Ancak bu tür kategoriler var ve olabilir, tıpkı büyük fermuarlar Neden oluştuğunu ve kendimizi bunlardan nasıl koruyacağımızı bilmediğimiz takdirde yangın ve patlamalara neden olabilir, önemli kayıplara, hasarlara ve yaralanmalara neden olabilir.

Ve statik elektriğin tehlikeleri üzerine projeler yapanlar bize kendimizi onlardan nasıl koruyacağımızı anlatacaklar. ( Projelerin savunması dinlendi) Başvuru

Ancak istatistiksel elektrik bir kişiye hizmet edebilir. Projelerin savunmasını dinleyelim bu konu. (projelerin savunması dinlendi) Ek 10, 11.

Çok teşekkür ederim!

Ve böylece bugün arkadaşlar, bir kez daha atomun yapısını, doğada hangi yüklerin bulunduğunu, bunların nasıl etkileşime girdiğini hatırladık, cisimlerin elektriklenmesini elektronik teorisine dayanarak açıkladık ve istatistiksel elektriğin yararları ve zararları üzerine 4 proje tamamladık.

V. Ödev.

Birbirimizi bir daha göremeyebiliriz, bu yüzden size negatif iyonlar bölgesinde daha sık bulunma görevini veriyorum, bu da iletişimde olumlu bir ruh hali ve olumlu duygular alacağınız "pozitif" insanları size çekecek, sizinle iletişim kurarken edindiklerim gibi. Ders için teşekkür ederim. Sonraki derslerde başarılar dilerim. Güle güle!