Электрический заряд

Магнитосопротивление (эффект магнитосопротивления) – это изменение электрического сопротивления материала в магнитном поле. Этот эффект был впервые обнаружен в 1856 году Уильямом Томсоном. В общем случае мы можем говорить о любом изменении тока через образец при одинаковом приложенном напряжении и изменении магнитного поля. Все вещества обладают большей или меньшей степенью магнитосопротивления. В случае сверхпроводников, способных проводить электричество без сопротивления, существует критическое магнитное поле, которое разрушает их.

Содержание

Электрический заряд (количество электричества) – это физическая скалярная величина, которая описывает способность тел быть источниками электромагнитных полей и участвовать в электромагнитных взаимодействиях.

Электрический заряд был впервые представлен законом Кулона в 1785 году.

Единица заряда в Международной системе единиц (СИ), кулон – это электрический заряд, который проходит через поперечное сечение проводника с током 1 А за 1 с.

Связанные термины

Ссылки на литературу

Связанные условия (продолжение)

Магнитосопротивление (эффект магнитосопротивления) – это изменение электрического сопротивления материала в магнитном поле. Этот эффект был впервые обнаружен в 1856 году Уильямом Томсоном. В общем случае мы можем говорить о любом изменении тока через образец при одинаковом приложенном напряжении и изменении магнитного поля. Все вещества обладают магнитосопротивлением в большей или меньшей степени. В случае сверхпроводников, способных проводить электричество без сопротивления, существует критическое магнитное поле, которое разрушает их.

Пинч – это эффект сжатия канала тока магнитным полем, индуцированным самим током. Сильный ток, протекающий в плазме, жидкости или твердом металле, создает магнитное поле. Он действует на заряженные частицы (электроны и/или ионы), которые могут сильно изменять распределение тока. При больших токах сила Ампера приводит к деформации канала проводника, вплоть до разрушения. В природе это наблюдается в виде молнии.

Мультиполями (от латинского multum – много и греческого πόλος – полюс) называют определенные конфигурации точечных источников (зарядов). Простейшими примерами мультиполей являются точечный заряд – мультиполь нулевого порядка; два противоположных заряда, равных по абсолютной величине – диполь, или мультиполь первого порядка; четыре заряда одинаковой абсолютной величины, расположенные в вершинах параллелограмма так, что каждая сторона соединяет заряды противоположных знаков (или два одинаковых, но противоположно направленных заряда).

Где – электрическая постоянная.

Урок 26 Электрический заряд. Закон Кулона.

Электродинамика – это наука о свойствах и поведении особого вида материи – электромагнитного поля, которое взаимодействует между электрически заряженными телами или частицами.

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая электрические свойства частиц.

Элементарный заряд – заряд электрона (или протона).

Электрон – частица с наименьшим отрицательным зарядом.

Электризация – явление, при котором тело приобретает заряд.

Кулоновская сила – сила взаимодействия между зарядами.

Основная и дополнительная литература, связанная с темой урока:

1. 1) Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 277 – 282.

2 Тульчинский М.Е. Сборник качественных задач по физике. – М.: Просвещение, 1965. С.81.

3. Алексеева М.Н. Физика для молодых людей. – М.: Просвещение, 1980. С. 68-78.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Элементарные частицы – это мельчайшие частицы, которые не делятся на более простые частицы, из которых состоят все тела.

Если частицы взаимодействуют друг с другом с силами, которые уменьшаются с увеличением расстояния так же, как сила тяготения, но во много раз превышают силу тяготения, то говорят, что частицы имеют электрический заряд, а частицы называют заряженными.

Взаимодействие заряженных частиц называется электромагнитным.

Заряды одного знака отталкиваются друг от друга, а заряды разных знаков притягиваются друг к другу.

При электризации за счет трения оба тела приобретают заряды, противоположные по знаку, но равные по модулю.

Когда тела наэлектризованы, выполняется закон сохранения электрического заряда:

В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел сохраняется.

Заряженные тела, размером и формой которых можно пренебречь при их взаимодействии, называются точечными зарядами.

Сила, с помощью которой заряды взаимодействуют, называется силой Кулона.

Сила, с которой взаимодействуют заряды, прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

где – электрическая постоянная.

– заряд электрона

– заряд протона

Единицей измерения электрического заряда является кулон.

Заряд в 1 кулон – это очень большой заряд. Сила взаимодействия двух точечных зарядов по 1 Кулону каждый, расположенных на расстоянии 1 км друг от друга, немного меньше силы, с которой Земля притягивает груз массой 1 тонна.

Примеры и конкретные примеры:

1. Два заряда q₁ и q₂ взаимодействуют в вакууме с силой F. Если заряд каждой частицы удвоить, а расстояние между ними уменьшить вдвое, как изменится сила их взаимодействия?

Используя закон Кулона мы можем вычислить, что сила взаимодействия между зарядами увеличится в 16 раз.

2. Два шарика, расположенные на расстоянии 10 см друг от друга, имеют одинаковый отрицательный заряд и взаимодействуют с силой 0,23 мН. Найдите число избыточных электронов на каждом шарике.

Количество избыточных электронов:

Сила взаимодействия между двумя заряженными шарами:

Отсюда мы выражаем заряд шарика:

Заряд электрона равен e =|-1.6-10 -31 | kl

Ответ: .

Заряд позитрона равен по модулю заряду электрона и противоположен ему по знаку. Закон сохранения заряда выполняется! Действительно, в начале процесса мы имеем фотон, заряд которого равен нулю, а в конце – две частицы с нулевым суммарным зарядом.

Электрификация тел

Чтобы макроскопическое тело могло электрически взаимодействовать с другими телами, оно должно быть наэлектризовано. Электрификация – это нарушение электрической нейтральности тела или его части. В результате электрификации тело становится способным к электромагнитным взаимодействиям.

Один из способов электризации тела – придать ему электрический заряд, то есть вызвать избыток зарядов одного знака в этом теле. Это несложно сделать с помощью трения.

Например, натирание стеклянной палочки шелком оставляет на шелке часть его отрицательного заряда. В результате палочка заряжается положительно, а шелк – отрицательно. Но когда шерсть трется об эбонитовую палочку, часть отрицательного заряда передается от шерсти к палочке: палочка заряжается отрицательно, а шерсть – положительно.

Этот способ электризации тел называется электрификация за счет трения. Вы сталкиваетесь с электризацией трением всякий раз, когда заносите скакалку над головой

Второй тип электрификации называется электростатическая индукцияили электрификация по степени влияния. В этом случае общий заряд тела остается нулевым, но перераспределяется таким образом, что положительные заряды накапливаются в одних частях тела, а отрицательные – в других.

Рис. 2 Электростатическая индукция

Рассмотрим рисунок 2. На некотором расстоянии от металлического тела находится положительный заряд. Это притягивает отрицательные заряды металла (свободные электроны), которые скапливаются на ближайшей к заряду поверхности тела. Дальше остаются некомпенсированные положительные заряды.

Хотя общий заряд металлического тела остается нулевым, в теле произошло пространственное разделение зарядов. Если теперь разделить тело вдоль пунктирной линии, то правая половина будет заряжена отрицательно, а левая – положительно.

Электризацию тела можно наблюдать с помощью электроскопа. Простой электроскоп показан на рисунке 3 (изображение с сайта en.wikipedia.org).

Рисунок 3: Электроскоп .

Что происходит в этом случае? Положительно заряженная палочка (например, предварительно вычищенная) подносится к диску электроскопа, и на ней накапливается отрицательный заряд. На движущихся листьях электроскопа внизу находятся нескомпенсированные положительные заряды; листья удаляются друг от друга в разных направлениях. Когда палка удаляется, заряды возвращаются, а листья опадают.

Явление электростатической индукции наблюдается в больших масштабах во время гроз. На рис. 4 мы видим грозовое облако, движущееся над землей.

Рисунок 4: Облако молний, электризующее Землю

Облако содержит частицы льда различных размеров, которые смешиваются с восходящими потоками воздуха, сталкиваются друг с другом и электризуются. Нижняя часть облака кажется отрицательно заряженной, а верхняя – положительно заряженной.

Отрицательно заряженная нижняя часть облака индуцирует положительные заряды на земле. Это создает гигантский конденсатор с огромным напряжением между облаком и землей. Если этого напряжения достаточно для разрыва воздушного промежутка, произойдет разряд – хорошо знакомая вам молния.

Электрификация нашла практическое применение в науке и технике. До недавнего времени генератор Ван-дер-Ваальса широко использовался в ядерных исследованиях в ускорителях частиц. Он мог генерировать напряжение до нескольких миллионов вольт. Генератор был разработан в 1929 году американским физиком Робертом Ван дер Ваальсом. В нем используется фрикционная электрификация. Заряд передается на движущуюся ленту и многократно снимается с нее на полый металлический проводник.

Приложения для электрификации

1) Электростатические осадители.

Электрофильтры используются для очистки воздуха от пыли, например, при производстве цемента, для очистки частиц дыма на тепловых электростанциях. Наэлектризованные частицы пыли притягиваются к заряженному элементу внутри фильтра.

2. Равномерное распыление краски с помощью краскопульта.

Электростатическая покраска используется для покрытия металлических поверхностей, например, в кузовных цехах. Для равномерного распыления краски на пистолет-распылитель подается отрицательный заряд, а на кузов автомобиля – положительный. Отрицательно заряженные капли краски равномерно распределяются по поверхности кузова автомобиля, создавая прочное, ровное покрытие. 3.

3. производство наждачной бумаги.

4. высоковольтный генератор Ван де Граафа.

Электрификация нашла практическое применение в науке и технике. До недавнего времени генератор Ван-дер-Ваальса широко использовался в ядерных исследованиях в ускорителях частиц. Он мог генерировать напряжение до нескольких миллионов вольт. Генератор был разработан в 1929 году американским физиком Робертом Ван дер Ваальсом. В нем используется электризация трения. Груз передается на движущуюся ленту и многократно снимается с нее на полый металлический проводник.

5. очистка зерна.

6. дактилоскопия.

7. лазерный принтер и ксерокс.

Электризация тел путем облучения нашла применение в фотокопировании и лазерном принтере.

8. медицина.

Большое количество отрицательных ионов кислорода генерируется люстрой Чижевского. При вдыхании воздуха ионы кислорода переносят электрические заряды на эритроциты в крови, а затем на клетки. Это улучшает обмен веществ в организме.

Электрический заряд замкнутой системы [1] сохраняется во времени и квантуется – он изменяется на величину, кратную электрическому заряду. Закон сохранения заряда является одним из фундаментальных законов физики. Величина электрического заряда (также называемый электрическим зарядом) – это числовая характеристика носителей заряда и заряженных тел, которая может иметь положительные и отрицательные значения. Эта величина определяется таким образом, что силы, передаваемые полем между зарядами, прямо пропорциональны величине зарядов взаимодействующих частиц или тел, а направления сил, действующих на них со стороны электромагнитного поля, зависят от знака зарядов. Электрический заряд каждой элементарной частицы присущ ей на протяжении всей ее жизни, поэтому заряженные элементарные частицы часто отождествляют с их электрическими зарядами. Наиболее известными элементарными носителями заряда являются электроны, имеющие отрицательный заряд, и протоны, имеющие положительный заряд той же величины. Электрон имеет заряд -1,602176487(40)×10 -19 Кл. Электрический заряд любого заряженного тела кратен модулю заряда электрона, так называемому элементарному заряду -1,602176487(40)×10 -19 Кл. В целом, в природе существует столько же отрицательных зарядов, сколько и положительных. Электрические заряды атомов и молекул равны нулю, а заряды положительных и отрицательных ионов в каждой ячейке кристаллической решетки твердых тел скомпенсированы.

Электрический заряд

Электрический заряд замкнутой системы [1] сохраняется во времени и квантуется – он изменяется на кратные величины элементарного электрического заряда. Закон сохранения заряда является одним из фундаментальных законов физики. Величина электрического заряда (также называемый электрическим зарядом) – это числовая характеристика носителей заряда и заряженных тел, которая может иметь положительные и отрицательные значения. Эта величина определяется таким образом, что взаимодействие сил, передаваемых полем между зарядами, прямо пропорционально величине зарядов взаимодействующих частиц или тел, а направления сил, действующих на них со стороны электромагнитного поля, зависят от знака зарядов. Электрический заряд каждой элементарной частицы присущ этой частице на протяжении всей ее жизни, поэтому заряженные элементарные частицы часто отождествляют с их электрическими зарядами. Наиболее известными элементарными носителями заряда являются электроны, имеющие отрицательный заряд, и протоны, имеющие положительный заряд той же величины. Электрон имеет заряд -1,602176487(40)×10 -19 Кл. Электрический заряд любого заряженного тела кратен модулю заряда электрона, так называемому элементарному заряду -1,602176487(40)×10 -19 Кл. В целом, в природе существует столько же отрицательных зарядов, сколько и положительных. Электрические заряды атомов и молекул равны нулю, а заряды положительных и отрицательных ионов в каждой ячейке кристаллической решетки твердых тел смещены.

Заряд может передаваться от одного тела к другому только порциями, содержащими общее число элементарных зарядов. Таким образом, электрический заряд тела является дискретной величиной:

Как происходит взаимодействие?

Электрические заряды притягиваются и отталкиваются друг от друга. Это похоже на взаимодействие магнитов. Всем известно, что если потереть волосы линейкой или биросом, они становятся электрически заряженными. Если вы поднесете его к бумаге в таком состоянии, он прилипнет к наэлектризованному пластику. Электризация вызывает перераспределение заряда, так что в одной части тела его становится больше, а в другой – меньше.

Это также является причиной того, что иногда вас бьет током шерстяной джемпер или другие люди, когда вы прикасаетесь к ним.

Выводы: Электрические заряды одного знака стремятся друг к другу, а заряды разных знаков отталкиваются друг от друга. Они перетекают из одного тела в другое, когда те соприкасаются друг с другом.

Читайте далее: