Закон Кулону. Електризація тіл під час зіткнення. Взаємодія заряджених тел. Два роди зарядів Взаємодія заряджених тіл електричний заряд

План відповіді

1. Електричний заряд. 2. Взаємодія заряджених тіл. 3. Закон збереження електричного заряду. 4. Закон Кулону. 5. Діелектрична проникність. 6. Електрична стала. 7. Напрямок кулонівських сил.

Закони взаємодії атомів і молекул вдається зрозуміти та пояснити на основі знань про будову атома, використовуючи планетарну модель його будови. У центрі атома знаходиться позитивно заряджене ядро, навколо якого обертаються певними орбітами негативно заряджені частинки. Взаємодія між зарядженими частинками називається електромагнітним.Інтенсивність електромагнітної взаємодії визначається фізичною величиною - електричним зарядом,який позначається q.Одиниця виміру електричного заряду – кулон (Кл). 1 кулон - це такий електричний заряд, який, проходячи через поперечний переріз провідника за 1 с, створює струм струмом силою 1 А. Здатність електричних зарядів як до взаємного тяжіння, так і до взаємного відштовхування пояснюється існуванням двох видів зарядів. Один вид заряду назвали позитивним,носієм елементарного позитивного заряду є протон. Інший вид заряду назвали негативним,його носієм є електрон. Елементарний заряд дорівнює е = 1,6 10-19 Кл.

Заряд тіла завжди є числом, кратним величині елементарного заряду: q=e(N p -N e)де N p -кількість електронів, N e -кількість протонів.

Повний заряд замкнутої системи (до якої не входять заряди ззовні), тобто алгебраїчна сума зарядів всіх тіл залишається постійною: q 1 + q 2 + ... + q n= Const. Електричний заряд не створюється і не зникає, лише переходить від одного тіла до іншого. Цей експериментально встановлений факт називається законом збереження електричного заряду.Ніколи й ніде у природі немає і не зникає електричний заряд одного знака. Поява та зникнення електричних зарядів на тілах здебільшого пояснюється переходами елементарних заряджених частинок – електронів – від одних тіл до інших.

Електризація- Це повідомлення тілу електричного заряду. Електризація може відбуватися, наприклад, при зіткненні (тертя) різнорідних речовин та при опроміненні. При електризації в тілі виникає надлишок чи нестача електронів.

У разі надлишку електронів тіло набуває негативного заряду, у разі нестачі - позитивного.

Закони взаємодії нерухомих електричних набоїв вивчає електростатика.

Основний закон електростатики експериментально встановлено французьким фізиком Шарлем Кулоном і читається так. Модуль сили взаємодії двох точкових нерухомих електричних зарядів у вакуумі прямо пропорційний добутку величин цих зарядів і обернено пропорційний квадрату відстані між ними.

F = k q 1 q 2 /r 2 ,де q 1 та q 2- модулі зарядів, r - відстань між ними, k -коефіцієнт пропорційності, що залежить від вибору системи одиниць, у СІ k= 9 109 Н м 2 /Кл 2 . Величина, що показує у скільки разів сила взаємодії зарядів у вакуумі більша, ніж у середовищі, називається діелектричною проникністю середовища ε . Для середовища з діелектричною проникністю ε закон Кулону записується так: F= k q 1 q 2 /(ε r 2)

Замість коефіцієнта kчасто використовується коефіцієнт, званий електричної постійної ε 0 . Електрична постійна пов'язана з коефіцієнтом kнаступним чином k = 1/4π ε 0 і чисельно дорівнює ε 0 = 8,85 10 -12 Кл/Н м 2 .

З використанням електричної постійної закон Кулона має вигляд:F=(1/4π ε 0) (q 1 q 2 /r 2)

Взаємодія нерухомих електричних зарядів називають електростатичним,або кулонівським, взаємодією.Кулонівські сили можна зобразити графічно (рис. 14, 15).

Кулонівська сила спрямована вздовж прямої, що з'єднує заряджені тіла. Вона є силою тяжіння за різних знаків зарядів і силою відштовхування при однакових знаках.

Квиток 14

Практичний інтерес представляють системи двох провідників, розділених діелектриком. Існують такі зміни провідників, у яких електричне полі виявляється зосередженим (локалізованим) лише у певній області простору. Такі системи називаються конденсаторами , а провідники, що становлять конденсатор, називаються обкладками. Електроємність конденсатора дорівнює:

Електроємність плоского конденсатора дорівнює:

Енергія електричного поля всередині конденсатора дорівнює:

Білет № 15Робота та потужність у ланцюгу постійного струму. Електрорушійна сила. Закон Ома для повного кола План відповіді 1. Робота струму. 2. Закон Джоуля-Ленца 3. Електрорушійна сила. 4. Закон Ома для повного кола. В електричному полі формули визначення напруги (U= A/q) легко отримати вираз для розрахунку роботи перенесення електричного зарядуА = Uq, так як для струму заряд q = It, то робота струму:А = Ult, абоА = I 2 R t = U 2 / R t. Потужність, за визначенням, = N A/t, отже, = N = UI I 2 R = U 2 / R. Російський вчений X. Ленц та англійський вчений Джоуль досвідченим шляхом у середині минулого століття встановили незалежно один від одного закон, який називається законом Джоуля-Ленца і читається так.При проходженні струму по провіднику кількість теплоти, що виділилася у провіднику, прямо пропорційна квадрату сили, струму, опору провідника та часу проходження струму. Q = I 2 Rt. Повний замкнутий ланцюг є електричним ланцюгом, до складу якого входять зовнішні опори і джерело струму (рис. 18). Як одна з ділянок ланцюга, джерело струму має опір, який називають внутрішнім, г. Для того, щоб струм проходив по замкнутому ланцюгу, необхідно, щоб у джерелі струму зарядам повідомлялася додаткова енергія, вона береться за рахунок роботи з переміщення зарядів, яку виробляють сили неелектричного походження (сторонні сили) проти сил електричного поля. Джерело струму характеризується енергетичною характеристикою, яка називається ЕРС – електрорушійна сила джерела.ЕРС - характеристика джерела енергії неелектричної природи в електричному ланцюзі, необхідного для підтримки електричного струму. ЕРС вимірюється ставленням роботи сторонніх сил по переміщенню вздовж замкнутого ланцюга позитивного заряду до цього заряду = A ст /q Нехай за час t q.через поперечний переріз провідника пройде електричний заряд . Тоді роботу сторонніх сил при переміщенні заряду можна записати так: A ст = q так як для струму зарядВідповідно до визначення сили струму тому A ст = ξ I t. При виконанні цієї роботи на внутрішньому та зовнішньому ділянках ланцюга, опори яких R і г, виділяється кілька теплоти. За законом Джоуля-Ленца воно одно: Q= I 2 Rt + I 2 rt. Відповідно до закону збереження енергіїА = . Q Отже,ξ = IR . Добуток сили струму на опір ділянки ланцюга часто називають падінням напруги на цій ділянці. Таким чином, ЕРС дорівнює сумі падінь напруги на внутрішньому і зовнішньому ділянках замкнутого ланцюга. Зазвичай цей вираз записують так: I = ξ / (R + r).Цю залежність досвідченим шляхом отримав Г.Ом, називається вона законом Ома для повного кола і читається так. Сила струму в повному ланцюзі прямо пропорційна ЕРС джерела струму і обернено пропорційна повному опору ланцюга.При розімкнутому ланцюгу ЕРС дорівнює напрузі на затискачах джерела і, отже, може бути виміряна вольтметром.

Білет № 16Магнітне поле, умови існування. Дія магнітного поля на електричний заряд та досліди, що підтверджують цю дію. Магнітна індукція

План відповіді:

1. Досліди Ерстеда та Ампера. 2. Магнітне поле. 3. Магнітна індукція. 4. Закон Ампера.

У 1820 датський фізик Ерстед виявив, що магнітна стрілка повертається при пропусканні електричного струму через провідник, що знаходиться біля неї (рис. 19). Утого ж року французький фізик Ампер встановив, що два провідники, розташовані паралельно один до одного, відчувають взаємне тяжіння, якщо струм тече по них в один бік, і відштовхування, якщо струм тече в різні боки (рис. 20). Явлення взаємодії струмів Ампер назвав електродинамічною взаємодією.Магнітна взаємодія рухомих електричних зарядів, згідно з уявленнями теорії близькодії, пояснюється таким чином:

всякий електричний заряд, що рухається, створює в навколишньому просторі магнітне поле. Магнітне поле- особливий вид матерії, що виникає у просторі навколо будь-якого змінного електричного поля.

З сучасної точки зору в природі існує сукупність двох полів - електричного та магнітного - це електромагнітне поле, воноє особливий вид матерії, тобто існує об'єктивно, незалежно від нашої свідомості. Магнітне поле завжди породжується змінним електричним, і навпаки, змінне електричне поле завжди породжує змінне магнітне поле. Електричне поле, власне кажучи, можна

розглядати окремо від магнітного, оскільки носіями його є частки - електрони та протони. Магнітне поле без електричного немає, оскільки носіїв магнітного поля немає. Навколо провідника зі струмом існує магнітне поле, і воно породжується змінним електричним полем заряджених частинок, що рухаються в провіднику.

Магнітне поле є силовим полем. Силовою характеристикою магнітного поля називають магнітну індукцію (В).Магнітна індукція- це векторна фізична величина, що дорівнює максимальній силі, що діє з боку магнітного поля на одиничний елемент струму. У = F/II.Одиничний елемент струму - це провідник довжиною 1 м і силою струму в ньому 1 А. Одиницею вимірювання магнітної індукції є тесла. 1 Тл = 1 Н/А м.

Магнітна індукція завжди породжується у площині під кутом 90° до електричного поля. Навколо провідника зі струмом магнітне поле також існує в перпендикулярній провіднику площині.

Магнітне поле є вихровим полем. Для графічного зображення магнітних полів вводяться силові лінії,або лінії індукції, -це такі лінії, у кожній точці яких вектор магнітної індукції спрямований по дотичній. Напрямок силових ліній знаходиться за правилом буравчика. Якщо свердлик вкручувати за напрямом струму, то напрям обертання рукоятки збігається з напрямком силових ліній.Лінії магнітної індукції прямого дроту зі струмом є концентричними колами, розташованими в площині, перпендикулярній провіднику (рис. 21).

Як установив Ампер, на провідник із струмом, поміщений у магнітне поле, діє сила. Сила, що діє з боку, магнітного поля на провідник зі струмом, прямо пропорційна силі струму. довжині провідника в магнітному полі та перпендикулярної складової вектора магнітної індукції.Це і є формулювання закону Ампера, який записується так: F a = ПВ sin α.

Напрямок сили Ампера визначають за правилом лівої руки. Якщо ліву руку розташувати так, щоб чотири пальці показували напрямок струму, перпендикулярна складова вектора магнітної індукції входила в долоню, то відігнутий на 90° великий палець покаже напрямок сили Ампера(Рис. 22). У = У sin α.

Закони взаємодії атомів і молекул вдається зрозуміти та пояснити на основі знань про будову атома, використовуючи планетарну модель його будови. У центрі атома знаходиться позитивно заряджене ядро, навколо якого обертаються певними орбітами негативно заряджені частинки. Взаємодія між зарядженими частинками називається електромагнітним.

Інтенсивність електромагнітної взаємодії визначається фізичною величиною - електричним зарядом, що позначається. Одиниця електричного заряду – кулон (Кл). 1 кулон - це такий електричний заряд, який, проходячи через поперечний переріз провідника за 1 с, створює струм струмом силою 1 А. Здатність електричних зарядів як до взаємного тяжіння, так і до взаємного відштовхування пояснюється існуванням двох видів зарядів. Один вид заряду назвали позитивним, носієм елементарного заряду позитивного є протон. Інший вид заряду назвали негативним, його носієм є електрон. Елементарний заряд дорівнює.

Заряд частки завжди є числом, кратним величині елементарного заряду.

Повний заряд замкнутої системи (до якої входять заряди ззовні), т. е. сума алгебри зарядів всіх тіл, залишається постійним: . Електричний заряд не створюється і не зникає, лише переходить від одного тіла до іншого. Цей експериментально встановлений факт називається законом збереження електричного заряду. Ніколи й ніде у природі немає і не зникає електричний заряд одного знака. Поява та зникнення електричних зарядів на тілах здебільшого пояснюється переходами елементарних заряджених частинок – електронів – від одних тіл до інших.

Електризація- Це повідомлення тілу електричного заряду. Електризація може відбуватися, наприклад, при зіткненні (тертя) різнорідних речовин та при опроміненні. При електризації в тілі виникає надлишок або нестача електронів.

У разі надлишку електронів тіло набуває негативного заряду, у разі нестачі - позитивного.

Закони взаємодії нерухомих електричних набоїв вивчає електростатика.

Основний закон електростатики був експериментально встановлений французьким фізиком Шарлем Кулоном і читається так: модуль сили взаємодії двох точкових нерухомих електричних зарядів у вакуумі прямо пропорційний добутку величин цих зарядів і обернено пропорційний квадрату відстані між ними:

де і – модулі зарядів, – відстань між ними, – коефіцієнт пропорційності, який залежить від вибору системи одиниць, у СІ.

Величина, що показує, скільки разів сила взаємодії зарядів у вакуумі більше, ніж у середовищі, називається діелектричною проникністю середовища . Для середовища з діелектричною проникністю закон Кулона записується в такий спосіб.

Електричний заряд - фізична величина, що визначає інтенсивність електромагнітних взаємодій.

Носіями негативних зарядів в атомі є електрони, носіями позитивних зарядів протони.

Всі тіла у звичайному стані не заряджені. Щоб тіло отримало заряд, його потрібно наелектризувати: відокремити негативний заряд від пов'язаного з ним позитивного. Найпростіший спосіб електризації – тертя.

При електризації тіл тертям відбувається перерозподіліснуючих електронів між нейтральними, в перший момент тілами, тобто в тілі виникає надлишок або нестача електронів. При цьому нові частки не виникають, а раніше не зникають.

Під час електризації тіл виконується закон збереження електричного заряду. Він справедливий для ізольованої системи. В ізольованій системі алгебраїчна сума зарядів усіх частинок зберігається:

У природі існує лише два види електричних зарядів: позитивні та негативні. Одноіменні заряди відштовхуються, різноіменні – притягуються:

Взаємодія між зарядженими частинками називається електромагнітним .

Нерухомі точкові електричні заряди q 1 і q 2 взаємодіють у вакуумі згідно закону Кулону із силою де коефіцієнт , q - заряд виявляється у кулонах (Кл), r - Відстань між зарядженими тілами (м).

Сила взаємодії двох точкових нерухомих заряджених тіл у вакуумі прямо пропорційна добутку модулів цих зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.Це основний закон електростатики Шарлем Кулономбув експериментально встановлений у 1785 р. і носить його ім'я.

Існує мінімальний заряд, званий елементарним , Які мають всі заряджені елементарні частинки:

Взаємодія зарядів здійснюється за допомогою електричного поля. Електричним полемназивають вид матерії, з якої відбувається взаємодія електричних зарядів. Поле нерухомих зарядів називається електростатичним.

Властивості електричного поля:

• породжується електричним зарядом;
• виявляється за дією струм;
• діє на заряди з деякою силою.

Напруженість поля визначає силу, що діє на заряд:

Напруженість силова характеристика електричного поля .

Напруженість- Векторна фізична величина, чисельно рівна відношеннюсили, що діє на заряд, поміщений у цю точку поля, до величини цього заряду. ,Напруженість не залежить від величини заряду, розміщеного в полі. , якщо q>0. , якщо q<0 . Тобто. вектор напруженості спрямований від позитивного заряду і негативного.

Електростатика

Електричний заряд

Закон Кулону

Закон Кулону

Крутильні ваги: Крутильні ваги

Електродинаміка

7. Електричним струмомназивають упорядкований рух заряджених частинок чи заряджених макроскопічних тіл. Розрізняють два види електричних струмів – струми провідності та конвекційні струми.

ЕЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

14. (Магнітне поле. Постійні магніти та магнітне поле струму)

Магнітне поле- силове поле, що діє на рухомі електричні заряди та на тіла, що володіють магнітниммоментом, незалежно стану їх руху; магнітнаскладова електромагнітного поля.

Постійні магнітимають два полюси, названі північним та південним магнітними полями. Між цими полюсами магнітне поле розташовується як замкнутих ліній, спрямованих від північного полюса до південного. Магнітне поле постійного магніту діє металеві предмети та інші магніти.

Якщо піднести два магніти один до одного однойменними полюсами, то вони відштовхуватимуться один від одного. А якщо різноіменними, то притягуватись. Магнітні лінії різноіменних зарядів при цьому ніби замкнуться одна на одній.

Якщо в поле магніту потрапляє металевий предмет, то магніт намагнічує його, і металевий предмет сам стає магнітом. Він притягується своїм протилежним полюсом до магніту, тому металеві тіла як би прилипають до магнітів.

Магнітне полестворюється навколо електричних зарядів за її русі. Так як рух електричних зарядів є електричним струмом, то навколо будь-якого провідника зі струмом завжди існує магнітне поле струму.

15. (Взаємодія провідників зі струмом. Сила Ампера)

Напрямок сили Ампера визначається за правилом лівої руки: якщо ліву руку розташувати так, щоб перпендикулярна складова вектора магнітної індукції входила в долоню, а чотири витягнуті пальці були направлені у напрямку струму, то відігнутий на 90 градусів великий палець покаже напрямок сили, що діє на провідника зі струмом, тобто сили Ампера.

Досліди Ньютона

Досвід розкладання білого світла в спектр:

Ньютон спрямував промінь сонячного світла через маленький отвір на скляну призму.
Потрапляючи на призму, промінь заломлювався і давав на протилежній стіні подовжене зображення з райдужним чергуванням кольорів – спектр.

КВАНТОВА ОПТИКА.

Хвильові та корпускулярні властивості світла. Гіпотеза Планка про кванти. Фотон.

І. Ньютон дотримувався так званої корпускулярної теорії світла, згідно з якою світло – це потік частинок, що йдуть від джерела на всі боки (перенесення речовини).
На основі корпускулярної теорії було важко пояснити, чому світлові пучки, перетинаючи у просторі, ніяк не діють один на одного. Адже світлові частки повинні зіштовхуватися та розсіюватися.

Хвильова теорія це легко пояснювала. Хвилі, наприклад, на поверхні води, вільно проходять один крізь одного, не надаючи взаємного впливу.

Однак прямолінійне поширення світла, що призводить до утворення за предметами різких тіней, важко пояснити, виходячи з хвильової теорії. При корпускулярній теорії прямолінійне поширення світла є просто наслідком закону інерції.

іпотеза Планка- є припущенням, що атоми випускають електромагнітну енергію (світло) окремими порціями - квантами, а чи не безупинно.

Енергія кожної порції є пропорційною частотою випромінювання:

де h = 6,63 10 -34Дж с - є Постійна Планка,

v– є частотою світла.

Фотон (γ ) – є елементарною часткою, квантом електромагнітного випромінювання.

Випускаючи і поглинаючи світло, веде себе на кшталт потоку частинок з енергією, яка залежить від частоти v:

E= hv,

де h- є постійноїПланка.

Енергію фотонанайчастіше виражають через циклічну частоту ω = 2kv, використовуючи замість hвеличину ћ (читається як «аш з межею»), яка дорівнює ћ = h/2π. Отже, енергію фотона можна так:

Е = hv = ћω.

Виходячи з теорії відносності, енергія пов'язана з масою співвідношенням Е = mс 2. Оскільки енергія фотона дорівнює hvотже, його релятивістська маса m pдорівнює:

Атомна та ядерна фізика

33) Будова атома: планетарна модель і модель Бора. Квантові постулати Бора.

Поглинання та випромінювання світла атомом. Квантування енергії.

Атомна та ядерна фізика -розділ фізики, що вивчає будову атома та атомного ядра та процеси, пов'язані з ними.

Постулати Бора: 1.Атом може бути в особливих квантових стаціонарних станах, кожному з яких відповідає своя певна енергія. У цих станах атом не випромінює (і поглинає) енергію.

два постулати.

• 1. Атом може бути лише у особливих, стаціонарних станах. Кожному стану відповідає певне значення енергії – енергетичний рівень. Перебуваючи у стаціонарному стані, атом не випромінює та не поглинає

Стаціонарним станам відповідають стаціонарні орбіти, якими рухаються електрони. Номери стаціонарних орбіт та енергетичних рівнів (починаючи з першого) у загальному випадку позначаються латинськими літерами: п, k і т. д. Радіуси орбіт, як і енергії стаціонарних станів, можуть приймати не будь-які, а певні дискретні значення. Перша орбіта розташована найближче до ядра.

• 2. Випромінювання світла відбувається при переході атома зі стаціонарного стану з більшою енергією Е до стаціонарний стан з меншою енергією Е n

Відповідно до закону збереження енергії, енергія випромінюваного фотона дорівнює різниці енергій стаціонарних станів:

hv = E k - E n.

З цього рівняння випливає, що атом може випромінювати світло лише з частотами

Атом може поглинати фотони. При поглинанні фотона атом переходить зі стаціонарного стану з меншою енергією в стаціонарний стан з більшою енергією. Всі інші стани атома називаються збудженими. У атомів кожного хімічного елемента є свій характерний набір енергетичних рівнів. Тому переходу з більш високого енергетичного рівня на нижчий будуть відповідати характерні лінії в спектрі випромінювання, відмінні від ліній в спектрі іншого елемента. визначаються одними й тими самими енергетичними рівнями. Тому атоми можуть поглинати світло лише тих частот, які здатні випромінювати.

Деякі фізичні величини, що відносяться до мікрооб'єктів, змінюються не безперервно, а стрибкоподібно. Про величини, які можуть набувати лише цілком певні, тобто дискретні значення (латинське "дискретус" означає розділений, переривчастий), кажуть, що вони квантуються. Електромагнітне випромінювання випускається у вигляді окремих порцій - квантів- Енергії. Значення одного кванта енергії дорівнює

Δ E = hν,

де Δ E- Енергія кванта, Дж; ν - частота, с-1; h- Постійна Планка (одна з фундаментальних постійних природи), що дорівнює 6,626 · 10-34 Дж · с.
Кванти енергії згодом назвали фотонами.Ідея квантування енергії дозволила пояснити походження лінійчастих атомних спектрів, які з набору ліній, об'єднаних у серії.
водню.

Бета-випромінювання

Бета-випромінювання - це електрони, які значно менші за альфа-частки і можуть проникати вглиб тіла на кілька сантиметрів. Від нього можна захиститися тонким листом металу, шибкою і навіть звичайним одягом. Потрапляючи на незахищені ділянки тіла, бета-випромінювання впливає, зазвичай, на верхні шари шкіри. Під час аварії на Чорнобильській АЕС 1986 року пожежники отримали опіки шкіри внаслідок дуже сильного опромінення бета-частинками. Якщо речовина, що випускає бета-частинки, потрапить в організм, вона опромінюватиме внутрішні тканини.

Гамма-випромінювання

Гамма-випромінювання - це фотони, тобто. електромагнітна хвиля, що несе енергію. У повітрі воно може проходити великі відстані, поступово втрачаючи енергію внаслідок зіткнень із атомами середовища. Інтенсивне гамма-випромінювання, якщо від нього не захиститись, може пошкодити не тільки шкіру, а й внутрішні тканини. Щільні та важкі матеріали, такі як залізо та свинець, є відмінними бар'єрами на шляху гамма-випромінювання.

Радіоактивний розпад відбувається відповідно до так званих правилами усунення,що дозволяють встановити, яке ядро ​​виникає внаслідок розпаду даного материнського ядра. Правила усунення;

для a-розпаду

, (256.4)

для b-розпаду

, (256.5)

де – материнське ядро, Y – символ дочірнього ядра, – ядро ​​гелію (a-частка), – символічне позначення електрона (заряд його дорівнює –1, а масове число – нулю). Правила усунення є нічим іншим, як наслідком двох законів, що виконуються при радіоактивних розпадах, – збереження електричного заряду та збереження масового числа: сума зарядів (масових чисел) виникаючих ядер та частинок дорівнює заряду (масовому числу) вихідного ядра.

Електростатика

Взаємодія заряджених тіл. Електричний заряд. Закон збереження електричного заряду.

Те, що ми мали змогу поспостерігати на досвіді з тяжінням папірців до наелектризованої палички, доводить наявність сил електричної взаємодії, а величину цих сил характеризує таке поняття, як заряд. Те, що сили електричної взаємодії можуть бути різними, легко перевіряється експериментальним шляхом, наприклад, при натиранні однієї і тієї ж палички з різною інтенсивністю. Електричний заряд– фізична величина, що характеризує величину взаємодії заряджених тіл. закон збереження електричного заряду: в електрично замкнутій системі алгебраїчна сума зарядів незмінна.Електрично замкнута система – це модель. Це така система, яку не залишають та не поповнюють електричні заряди.
Історія: Заснування електростатики поклали роботи Кулона (хоча за десять років до нього такі ж результати, навіть із ще більшою точністю, отримав Кавендіш. Результати робіт Кавендіша зберігалися в сімейному архіві та були опубліковані лише через сто років); знайдений останнім закон електричних взаємодій дав можливість Грін, Гаусс і Пуассон створити витончену в математичному відношенні теорію. Найістотнішу частину електростатики становить теорія потенціалу, створена Гріном та Гауссом. Дуже багато досвідчених досліджень з електростатики було зроблено Рисом книги якого становили колишній головний посібник щодо цих явищ.

Досліди Фарадея, зроблені ще першу половину тридцятих років ХІХ століття, мали спричинити у себе корінне зміна у основних положеннях вчення про електричних явищах. Ці досліди вказали, що те, що вважалося абсолютно пасивним до електрики, а саме, ізолюючі речовини або, як їх назвав Фарадей, діелектрики, має визначальне значення у всіх електричних процесах і, зокрема, у самій електризації провідників. Ці досліди виявили, що речовина ізолюючого шару між двома поверхнями конденсатора відіграє важливу роль у величині електроємності цього конденсатора.

Досліди з електролітами: 1. Якщо взяти розчин мідного купоросу, зібрати електричний ланцюг та опустити електроди (графітові стрижні від олівця) у розчин, то лампочка загориться. Є струм!
Повторіть досвід, замінивши електрод, з'єднаний з мінусом батареї на алюмінієвий гудзик. Через якийсь час вона стане золотою, тобто. покриється шаром міді. Це явище гальваностегії.

2. Нам знадобляться: склянка з міцним розчином кухонної солі, батарейка від кишенькового ліхтарика,
два шматочки мідного дроту довжиною приблизно 10 см. Зачистіть кінці дроту дрібною наждачною шкіркою. Під'єднайте до кожного полюса батарейки по одному кінці тяганини. Вільні кінці зволікань опустіть у склянку з розчином. Поблизу опущених кінців дроту піднімаються бульбашки!

Закон Кулону

Закон Кулону: сила взаємодії двох заряджених тіл (сила Кулона або Кулонова сила) прямо пропорційна добутку модулів їх зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між зарядами.

Надалі закон набув наступного свого остаточного вигляду:

Історія: Вперше дослідити експериментально закон взаємодії електрично заряджених тіл запропонував Г. В. Ріхман у 1752-1753 рр. Він мав намір використовувати для цього сконструйований електрометр-«покажчик». Здійсненню цього плану завадила трагічна загибель Ріхмана.

У 1759 р. професор фізики Санкт-Петербурзької академії наук Ф. Епінус, який посів кафедру Ріхмана після його загибелі, вперше припустив, що заряди повинні взаємодіяти пропорційно квадрату відстані. У 1760 р. з'явилося коротке повідомлення у тому, що Д. Бернуллі в Базелі встановив квадратичний закон з допомогою сконструйованого ним электрометра. У 1767 р. Прістлі у своїй «Історії електрики» зазначив, що досвід Франкліна, який виявив відсутність електричного поля всередині зарядженої металевої кулі, може означати, що «сила електричного тяжіння підпорядковується тим самим законам, як і сила тяжкості, отже, залежить від квадрата відстані між зарядами». Шотландський фізик Джон Робісон стверджував (1822), що в 1769 р. виявив, що кулі з однаковим електричним зарядом відштовхуються з силою, обернено пропорційною квадрату відстані між ними, і таким чином передбачив відкриття закону Кулона (1785).

Приблизно за 11 років до Кулону, в 1771 р., закон взаємодії зарядів був експериментально відкритий Г. Кавендішем, проте результат не був опублікований і довгий час (понад 100 років) залишався невідомим. Рукописи Кавендіша були вручені Д. К. Максвеллу лише у 1874 р. одним із нащадків Кавендіша на урочистому відкритті Кавендіської лабораторії та опубліковані в 1879 р.

Сам Кулон займався дослідженням кручення ниток та винайшов крутильні ваги. Він відкрив свій закон, вимірюючи за допомогою них сили взаємодії заряджених кульок.

Крутильні ваги: Крутильні ваги- фізичний пристрій, призначений для вимірювання малих сил або моментів сил. Були винайдені Шарлем Кулоном в 1777 (за іншими даними, в 1784) для вивчення взаємодії точкових електричних зарядів і магнітних полюсів. У найпростішому варіанті прилад складається з вертикальної нитки, де підвішений легкий врівноважений важіль.

У рамках сьогоднішнього заняття ми познайомимося з такою фізичною величиною, як заряд, побачимо приклади передачі зарядів від одного тіла до іншого, дізнаємося про поділ зарядів на два типи та взаємодію заряджених тіл.

Тема: Електромагнітні явища

Урок: Електризація тіл під час зіткнення. Взаємодія заряджених тел. Два роди зарядів

Цей урок є вступним у новий розділ «Електромагнітні явища», і на ньому ми обговоримо основні поняття, які з ним пов'язані: заряд, його види, електризація та взаємодія заряджених тіл.

Історія виникнення поняття «електрика»

Насамперед, слід розпочати з обговорення такого поняття, як електрика. У сучасному світі ми постійно з ним стикаємося на побутовому рівні і вже не можемо уявити своє життя без комп'ютера, телевізора, холодильника, електроосвітлення тощо. Всі ці прилади, наскільки відомо, працюють завдяки електричному струму та оточують нас повсюдно. Навіть спочатку не повністю залежать від електрики технології, такі як робота двигуна внутрішнього згоряння в автомобілі, починають повільно відходити в історію, і їхнє місце активно займають електродвигуни. То звідки пішло таке слово, як «електричний»?

Слово «електричний» походить від грецького слова «електрон», що в перекладі означає «бурштин» (викопна смола, рис. 1). Хоча слід, звичайно ж, одразу зазначити, що безпосереднього зв'язку між усіма електричними явищами та бурштином немає, і ми трохи пізніше зрозуміємо, звідки взялася така асоціація у давніх вчених.

Перші спостереження електричних явищ відносять до 5-6 ст до н. е. Вважається, що Фалес Мілетський (давньогрецький філософ та математик з Мілета, мал. 2) вперше поспостерігав за електричною взаємодією тел. Він провів наступний досвід: натер бурштин хутром, потім наблизив його до невеликих тіл (пилин, стружки або пір'я) і поспостерігав, що ці тіла стали притягуватися до бурштину без причини, що на той час пояснюється. Фалес був не єдиним вченим, який згодом активно проводив електричні досліди з бурштином, що призвело до виникнення слова «електрон» та поняття «електричний».

Мал. 2. Фалес Мілетський ()

Змоделюємо аналогічні досліди з електричною взаємодією тіл, для цього візьмемо дрібно нарізаний папір, скляну паличку та аркуш паперу. Якщо натерти скляну паличку об аркуш паперу, а потім підвести її до дрібно нарізаних папірців, то буде видно ефект тяжіння дрібних шматочків до скляної палички (рис. 3).

Цікавим є той факт, що вперше такий процес був досить повно пояснений лише у 16 ​​столітті. Тоді стало відомо, що існує два види електрики і вони взаємодіють один з одним. Поняття електричної взаємодії виникло в середині 18 століття і пов'язане з ім'ям американського вченого Бенджаміна Франкліна (рис. 4). Саме він уперше запровадив таке поняття, як електричний заряд.

Мал. 4. Бенджамін Франклін ()

Визначення.Електричний заряд- фізична величина, що характеризує величину взаємодії заряджених тіл.

Те, що ми мали змогу поспостерігати на досвіді з тяжінням папірців до наелектризованої палички, доводить наявність сил електричної взаємодії, а величину цих сил характеризує таке поняття, як заряд. Те, що сили електричної взаємодії можуть бути різними, легко перевіряється експериментальним шляхом, наприклад, при натиранні однієї і тієї ж палички з різною інтенсивністю.

Для проведення наступного досвіду нам знадобиться та сама скляна паличка, аркуш паперу і паперовий султан, закріплений на залізному стрижні (рис. 5). Якщо потерти паличку аркушем паперу, а потім доторкнутися до залізного стрижня, то буде помітно явище відштовхування смужок паперу султана один від одного, причому, якщо повторити натирання і дотик кілька разів, то буде видно, що ефект посилюється. Спостережуване явище називають електризацією.

Мал. 5. Паперовий султан ()

Визначення.Електризація- розподіл електричних зарядів у результаті тісного контакту двох або більше тіл.

Електризація може відбуватися кількома способами, перші два ми сьогодні розглянули:

Електризація тертям;

Електризація дотиком;

Електризація наведенням.

Розглянемо електризацію наведенням. Для цього візьмемо лінійку і покладемо її на вершину залізного стрижня, на якому закріплений паперовий султан, після цього торкнемося стрижня, щоб зняти на ньому заряд, і розправимо смужки султана. Потім наелектризуємо скляну паличку тертям об папір і підведемо її до лінійки, результатом стане те, що лінійка почне обертатися на вершині залізного стрижня. При цьому скляною паличкою торкатися лінійки не слід. Це доводить те, що існує електризація без безпосереднього зіткнення між тілами – електризація наведенням.

Перші дослідження значень електричних зарядів датуються пізнішим періодом історії, ніж відкриття та спроби опису електричних взаємодій тіл. Наприкінці 18 століття вчені дійшли висновку, що розподіл заряду призводить до двох принципово різних результатів, і було прийнято рішення умовно розділити заряди на два типи: позитивні та негативні. Для того щоб була можливість розрізняти ці два типи зарядів і визначати, який є позитивним, а який - негативним, домовилися використати два базові досвіди: якщо потерти скляну паличку об папір (шовк), то на паличці утворюється позитивний заряд; якщо потерти ебонітову паличку об хутро, то паличці утворюється негативний заряд (рис. 6).

Зауваження.Ебоніт- матеріал із каучуку з великим вмістом сірки.

Мал. 6. Електризація паличок двома типами зарядів ()

Крім того, що було введено поділ зарядів на два типи, було помічено правило їхньої взаємодії (рис. 7):

однойменні заряди відштовхуються;

Різноіменні заряди притягуються.

Мал. 7. Взаємодія зарядів ()

Розглянемо до цього правила взаємодії наступний експеримент. Наелектризуємо скляну паличку тертям (тобто передамо їй позитивний заряд) і доторкнемося до стрижня, на якому закріплений паперовий султан, в результаті побачимо ефект, який вже обговорювали раніше, - смужки султана почнуть відштовхуватися один від одного. Тепер можна пояснити, чому таке явище має місце – оскільки смужки султана заряджаються позитивно (одноіменно), то вони починають відштовхуватися, наскільки це можливо, і утворюють фігуру у формі кулі. Крім того, для наочнішої демонстрації відштовхування однойменно заряджених тіл можна натерту папером скляну паличку піднести до наелектризованого султана, і буде явно видно, як смужки паперу відхилятимуться від палички.

Одночасно два явища - тяжіння різноіменно заряджених тіл та відштовхування однойменно заряджених - можна поспостерігати на наступному досвіді. Для нього необхідно взяти скляну паличку, папір та гільзу з фольги, закріплену ниткою на штативі. Якщо натерти паличку папером і піднести до незарядженої гільзи, то гільза спочатку притягнеться до палички, а після дотику почне відштовхуватися. Пояснюється це тим, що спочатку гільза, доки не матиме заряду, притягнеться до палички, паличка передасть їй частину свого заряду, і однойменно заряджена гільза відштовхнеться від палички.

Зауваження.Однак залишається питання про те, чому спочатку незаряджена гільза притягується до палички. Пояснити це, використовуючи доступні нам на сьогоднішньому етапі вивчення шкільної фізики знання, складно, проте спробуємо, забігаючи вперед, це коротко зробити. Оскільки гільза є провідником, то, опинившись у зовнішньому електричному полі, у ній спостерігається явище поділу заряду. Воно проявляється в тому, що вільні електрони в матеріалі гільзи переміщуються у бік, який найбільш близький до позитивно зарядженої палички. В результаті гільза стає розділеною на дві умовні області: одна заряджена негативно (там, де надлишок електронів), інша – позитивно (там, де нестача електронів). Оскільки негативна область гільзи розташована ближче до позитивно зарядженої палички, ніж її позитивно заряджена частина, то переважатиме тяжіння між різноїменними зарядами і гільза притягнеться до палички. Після цього обидва тіла придбають однойменний заряд і відштовхнуться.

Докладніше це питання у 10 класі у темі: «Провідники і діелектрики у зовнішньому електричному полі».

На наступному уроці буде розглянуто принцип роботи такого пристрою як електроскоп.

Список літератури

1. Генденштейн Л. Е., Кайдалов А. Б., Кожевніков В. Б. Фізика 8 / За ред. Орлова Ст А., Ройзена І. І. - М.: Мнемозіна.
2. Перишкін А. В. Фізика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадєєва А. А., Засов А. В., Кисельов Д. Ф. Фізика 8. - М: Просвітництво.

1. Енциклопедія Брокгауза Ф.А. та Єфрона І.А. ().
2. YouTube ().
3. YouTube ().

Домашнє завдання

1. Стор. 59: питання №1-4. Перишкін А. В. Фізика 8. – М.: Дрофа, 2010.
2. Кулька з металевої фольги була заряджена позитивно. Його розрядили, і кулька стала нейтральною. Чи можна стверджувати, що заряд кульки зник?
3. На виробництві для уловлювання пилу чи зменшення викидів повітря очищають за допомогою електрофільтрів. У цих фільтрах повітря проходить повз протилежно заряджені металеві стрижні. Чому пил притягується до цих стрижнів?
4. Чи існує спосіб зарядити хоча б частину тіла позитивно чи негативно, не торкаючись цього тіла іншим зарядженим тілом? Відповідь обґрунтуйте.