Trebuie să dezlipim literalmente lucrurile proaspăt spălate și scoase din uscător unul de celălalt, sau atunci când nu ne putem pune în ordine părul electrificat și literalmente pe cap. Cine nu a încercat să atârne un balon de tavan după ce l-a frecat de cap? Această atracție și repulsie este o manifestare electricitate statica. Astfel de acțiuni sunt numite electrizare.

Electricitatea statică se explică prin existența în natură incarcare electrica. Sarcina este o proprietate esențială a particulelor elementare. Încărcarea care apare pe sticlă atunci când este frecat de mătase este numită în mod convențional pozitiv, iar încărcătura care apare pe ebonită la frecarea de lână este negativ.

Luați în considerare un atom. Un atom este format dintr-un nucleu și electroni care zboară în jurul lui (particule albastre din figură). Nucleul este format din protoni (roșu) și neutroni (negri).

Purtătorul unei sarcini negative este un electron, pozitiv - un proton. Neutronul este o particulă neutră și nu are sarcină.

Valoarea sarcinii elementare - un electron sau un proton, are o valoare constantă și este egală cu

Un atom întreg este încărcat neutru dacă numărul de protoni se potrivește cu numărul de electroni. Ce se întâmplă dacă un electron se rupe și zboară? Atomul va avea un proton în plus, adică vor fi mai multe particule pozitive decât negative. Un astfel de atom se numește ion pozitiv. Și dacă se unește un electron în plus, obținem ion negativ. Electronii, după ce s-au desprins, s-ar putea să nu se alăture, ci să se miște liber pentru ceva timp, creând o sarcină negativă. Astfel, într-o substanță, purtătorii de sarcină liberi sunt electronii, ionii pozitivi și ionii negativi.

Pentru a avea un proton liber este necesar ca nucleul să se prăbușească, iar asta înseamnă distrugerea întregului atom. Nu vom lua în considerare astfel de metode de obținere a sarcinilor electrice.

Un corp devine încărcat atunci când conține un exces de una sau alte particule încărcate (electroni, ioni pozitivi sau negativi).

Valoarea sarcinii corpului este un multiplu al sarcinii elementare. De exemplu, dacă există 25 de electroni liberi în corp, iar restul atomilor sunt neutri, atunci corpul este încărcat negativ și sarcina sa este . Sarcina elementară nu este divizibilă - această proprietate se numește discretie

Sarcini asemănătoare (două pozitive sau două negative) respinge, opus (pozitiv și negativ) - sunt atrași

taxă punctuală este un punct material care are o sarcină electrică.

Legea conservării sarcinii electrice

Un sistem închis de corpuri în electricitate este un astfel de sistem de corpuri atunci când nu există un schimb de sarcini electrice între corpurile externe.

Suma algebrică a sarcinilor electrice ale corpurilor sau particulelor rămâne constantă pentru orice procese care au loc într-un sistem închis electric.

Figura prezintă un exemplu de lege de conservare a sarcinii electrice. În prima imagine, există două corpuri cu sarcină opusă. În a doua figură, aceleași corpuri după contact. În figura a treia, un al treilea corp neutru a fost introdus într-un sistem închis electric, iar corpurile au fost aduse în interacțiune între ele.

În fiecare situație, suma algebrică a sarcinii (ținând cont de semnul sarcinii) rămâne constantă.

Principalul lucru de reținut

1) Sarcina electrica elementara - electron si proton
2) Valoarea sarcinii elementare este constantă
3) Sarcini pozitive și negative și interacțiunea lor
4) Purtătorii de sarcină liberi sunt electronii, ionii pozitivi și ionii negativi
5) Sarcina electrică este discretă
6) Legea conservării sarcinii electrice

Sarcina electrică este o mărime fizică care este inerentă unor particule elementare. Se manifestă prin forțele de atracție și repulsie dintre corpurile încărcate printr-un câmp electromagnetic. Considera proprietăți fizice taxe și tipuri de taxe.

Ideea generală a sarcinii electrice

Materia, care are o sarcină electrică diferită de zero, interacționează activ cu câmpul electromagnetic și, la rândul său, creează acest câmp. Interacțiunea unui corp încărcat cu un câmp electromagnetic este unul dintre cele patru tipuri de interacțiuni de forță cunoscute omului. Vorbind despre sarcini și tipuri de sarcini, trebuie menționat că din punctul de vedere al modelului standard, o sarcină electrică reflectă capacitatea unui corp sau a unei particule de a schimba purtători de câmp electromagnetic - fotoni - cu un alt corp încărcat sau câmp electromagnetic.

Una dintre caracteristicile importante diferite feluri taxa - păstrarea sumei lor într-un sistem izolat. Adică, încărcătura totală este stocată pentru un timp arbitrar de lungă, indiferent de tipul de interacțiune care are loc în interiorul sistemului.

Sarcina electrică nu este continuă. În experimentele lui Robert Milliken, a fost demonstrată natura discretă a sarcinii electrice. Tipurile de sarcini care există în natură pot fi pozitive sau negative.

Sarcini pozitive și negative

Purtătorii a două tipuri de sarcini sunt protonii și electronii. Din motive istorice, sarcina electronului este considerată negativă, are valoarea -1 și se notează cu -e. Protonul are o sarcină pozitivă de +1 și se notează +e.

Dacă un corp conține mai mulți protoni decât electroni, atunci se spune că este încărcat pozitiv. Un exemplu izbitor de tip pozitiv de sarcină în natură este încărcarea pe o baghetă de sticlă după ce este frecată cu o cârpă de mătase. În consecință, dacă un corp conține mai mulți electroni decât protoni, se presupune că este încărcat negativ. Acest tip de sarcină electrică se observă pe o riglă de plastic atunci când este frecat cu lână.

Rețineți că sarcina protonului și electronului, deși foarte mică, nu este elementară. S-au descoperit quarcii – „cărămizi” care se formează particule elementare, care au sarcini ±1/3 și ±2/3 față de sarcina electronului și protonului.

unitate de măsură

tipuri de sarcini, atât pozitive, cât și negative, sistem international Unitățile SI se măsoară în coulombi. O sarcină de 1 coulomb este o sarcină foarte mare, care este definită ca trecerea în 1 secundă prin secțiunea transversală a unui conductor cu o putere de curent de 1 amper. Un pandantiv corespunde la 6,242*10 18 electroni liberi. Aceasta înseamnă că sarcina unui electron este -1/(6,242*10 18) = -1,602*10 -19 coulombs. Aceeași valoare, doar cu semnul plus, este caracteristică unui alt tip de sarcină din natură - sarcina pozitivă a protonului.

Scurt istoric al sarcinii electrice

Se știe încă din Grecia antică că dacă îți freci pielea de chihlimbar, aceasta dobândește capacitatea de a atrage spre sine corpurile ușoare, precum paiele sau pene de pasăre. Această descoperire aparține filozofului grec Thales din Milet, care a trăit acum 2500 de ani.

În 1600, medicul englez William Gilbert a observat că multe materiale se comportau ca chihlimbarul când sunt frecate. Cuvântul „chihlimbar” în greaca veche sună ca „electron”. Gilbert a ajuns să folosească termenul pentru toate astfel de fenomene. Ulterior, au apărut și alți termeni, precum „electricitate” și „încărcare electrică”. În munca sa, Gilbert a reușit, de asemenea, să distingă între fenomenele magnetice și cele electrice.

Descoperirea existenței atracției și repulsiei între corpurile încărcate electric îi aparține fizicianului Stephen Gray. Primul om de știință care a sugerat existența a două tipuri de sarcini electrice a fost chimistul și fizicianul francez Charles Francois Dufay. Fenomenul sarcinii electrice a fost studiat în detaliu și de Benjamin Franklin. La sfârșitul secolului al XVIII-lea, fizicianul francez Charles Augustin de Coulomb și-a descoperit faimoasa lege.

Cu toate acestea, toate aceste observații au putut să se contureze într-o teorie coerentă a electricității abia la mijlocul secolului al XIX-lea. Aici trebuie remarcată importanța lucrării lui Michael Faraday privind studiul proceselor de electroliză și James Maxwell, care a descris pe deplin fenomenele electromagnetice.

Ideile moderne despre natura electricității și a sarcinii electrice discrete își datorează existența lucrării lui Joseph Thomson, care a descoperit electronul, și Robert Milliken, care a măsurat sarcina acestuia.

Moment magnetic și sarcină electrică

Tipurile de încărcare au fost identificate de Benjamin Franklin. Sunt două dintre ele: pozitive și negative. Două sarcini de același semn se resping, iar sarcini opuse se atrag.

Odată cu apariția mecanicii cuantice și a fizicii particulelor elementare, s-a demonstrat că, pe lângă sarcina electrică, particulele au un moment magnetic, care se numește spin. Datorită proprietăților electrice și magnetice ale particulelor elementare, în natură există un câmp electromagnetic.

Principiul conservării sarcinii electrice

În conformitate cu rezultatele multor experimente, principiul conservării sarcinii electrice afirmă că nu există nici o modalitate de a distruge sarcina, nici de a o crea din nimic și că în orice proces electromagnetic dintr-un sistem izolat, sarcina electrică totală este conservat.

Ca urmare a procesului de electrificare, numărul total de protoni și electroni nu se modifică, există doar o separare a sarcinilor. O sarcină electrică poate apărea într-o parte a sistemului unde nu era acolo înainte, dar încărcarea totală a sistemului nu se va modifica.

Densitatea sarcinii electrice

Densitatea de sarcină este înțeleasă ca cantitatea sa pe unitate de lungime, suprafață sau volum de spațiu. În acest sens, se vorbește despre trei tipuri de densitate: liniară, de suprafață și volumetrică. Deoarece există două tipuri de sarcină, densitatea poate fi, de asemenea, pozitivă și negativă.

În ciuda faptului că sarcina electrică este cuantificată, adică este discretă, într-o serie de experimente și procese, numărul purtătorilor ei este atât de mare încât putem presupune că aceștia sunt distribuiti uniform pe tot corpul. Această bună aproximare face posibilă obținerea unui număr de legi experimentale importante pentru fenomenele electrice.

Cercetând comportamentul a două sarcini punctiforme pe o balanță de torsiune, adică acelea pentru care distanța dintre ele depășește semnificativ dimensiunile lor, Charles Coulomb a descoperit în 1785 legea interacțiunii dintre sarcinile electrice. Omul de știință a formulat această lege după cum urmează:

Mărimea fiecărei forțe cu care interacționează două sarcini punctuale în repaus este direct proporțională cu produsul sarcinilor lor electrice și invers proporțională cu pătratul distanței care le separă. Forțele de interacțiune sunt direcționate de-a lungul liniei care leagă corpurile încărcate.

Rețineți că legea lui Coulomb nu depinde de tipul sarcinilor: schimbarea semnului sarcinii va schimba doar direcția forței care acționează spre opus, menținând în același timp modulul acesteia. Coeficientul de proporționalitate din legea lui Coulomb depinde de constanta dielectrică a mediului în care sunt luate în considerare sarcinile.

Astfel, formula pentru forța Coulomb este scrisă după cum urmează: F \u003d k * q 1 * q 2 / r 2, unde q 1, q 2 sunt mărimile sarcinilor, r este distanța dintre sarcini, k = 9 * 10 9 N * m 2 /Cl 2 - coeficient de proporționalitate pentru vid.

Constanta k prin constanta dielectrică universală ε 0 și constanta dielectrică a materialului ε se exprimă astfel: k = 1/(4*pi*ε*ε 0), aici pi este numărul pi și ε > 1 pentru orice mediu.

Legea lui Coulomb nu este valabilă în următoarele cazuri:

• când particulele încărcate încep să se miște și mai ales când vitezele lor se apropie de viteza luminii;
• când distanţa dintre sarcini este mică în comparaţie cu dimensiunile lor geometrice.

Este interesant de observat că forma matematică a legii lui Coulomb coincide cu cea a legii gravitației universale, în care masa corpului joacă rolul unei sarcini electrice.

Metode de transfer al sarcinii electrice și electrificare

Electrizarea este un proces prin care un corp neutru din punct de vedere electric dobândește o sarcină diferită de zero. Acest proces este asociat cu mișcarea purtătorilor de sarcină elementare, cel mai adesea electroni. Puteți electriza corpul folosind următoarele metode:

• ca urmare a contactului. Dacă un corp încărcat atinge un alt corp format dintr-un material conductor, atunci acesta din urmă va dobândi o sarcină electrică.
• Frecarea unui izolator cu un alt material.
• Inductie electrica. Esența acestui fenomen este redistribuirea sarcinilor electrice în interiorul corpului datorită influenței unui câmp electric extern.
• Efectul fotoelectric, în care electronii sunt ejectați corp solid prin expunerea la radiații electromagnetice.
• Electroliză. Proces fizico-chimic care are loc în topituri și soluții de săruri, acizi și alcalii.
• efect termoelectric. În acest caz, electrificarea are loc datorită gradienților de temperatură din corp.

3.1. Incarcare electrica

Chiar și în cele mai vechi timpuri, oamenii au observat că o bucată de chihlimbar purtată cu lână începe să atragă diverse obiecte mici: particule de praf, fire și altele asemenea. Puteți vedea cu ușurință singur că un pieptene de plastic, frecat de părul dvs., începe să atragă bucăți mici de hârtie. Acest fenomen se numește electrizare, și forțele care acționează în acest caz - forte electrice. Ambele nume provin din cuvântul grecesc electron, care înseamnă chihlimbar.
Când frecați un pieptene de păr sau un bețișor de ebonită de lână, obiecte se încarcă, se formează sarcini electrice. Corpurile încărcate interacționează între ele și între ele apar forțe electrice.
Nu numai solidele, ci și lichidele și chiar gazele pot fi electrificate prin frecare.
Când corpurile sunt electrificate, substanțele care alcătuiesc corpurile electrificate nu se transformă în alte substanțe. Astfel, electrificarea este un fenomen fizic.
Există două tipuri diferite de sarcini electrice. Ele sunt denumite destul de convențional „ pozitiv" taxa si " negativ" taxă (și le-ar putea spune „negre” și „albe”, sau „frumoase” și „îngrozitoare”, sau altceva).
incarcat pozitiv se numesc corpuri care acționează asupra altor obiecte încărcate în același mod ca sticla electrificată prin frecare cu mătase.
încărcat negativ ei numesc corpuri care acționează asupra altor obiecte încărcate în același mod ca ceara de etanșare electrizată prin frecare cu lână.
Proprietatea principală a corpurilor și particulelor încărcate: Corpurile și particulele încărcate similare se resping, iar corpurile încărcate opus se atrag. În experimentele cu surse de sarcini electrice, vă veți familiariza și cu alte proprietăți ale acestor sarcini: sarcinile pot „curge” de la un obiect la altul, se pot acumula, poate apărea o descărcare electrică între corpurile încărcate și așa mai departe. Veți studia aceste proprietăți în detaliu în cursul fizicii.

Incarcare electrica ( Q sau q) este o mărime fizică, poate fi mai mult sau mai puțin și, prin urmare, poate fi măsurată. Dar fizicienii nu pot încă compara direct sarcinile între ele, prin urmare, ei nu compară sarcinile în sine, ci efectul pe care corpurile încărcate îl au unul asupra celuilalt sau asupra altor corpuri, de exemplu, forța cu care un corp încărcat acționează asupra altuia. .

Forțele (F) care acționează asupra fiecăruia dintre cele două corpuri încărcate punctiforme sunt direcționate opus de-a lungul liniei drepte care leagă aceste corpuri. Valorile lor sunt egale între ele, direct proporționale cu produsul sarcinilor acestor corpuri (q 1 ) și (q 2 ) și sunt invers proporționale cu pătratul distanței (l) dintre ele.

Acest raport se numește „legea lui Coulomb” în onoarea fizicianului francez Charles Coulomb (1763-1806), care l-a descoperit în 1785. Cea mai importantă pentru dependența chimică a forțelor Coulomb de semnul sarcinii și distanța dintre corpurile încărcate este prezentată clar în Fig. 3.1.

Unitatea de măsură a sarcinii electrice este pandantivul (definiție în cursul fizicii). O sarcină de 1 C trece printr-un bec de 100 wați în aproximativ 2 secunde (la o tensiune de 220 V).

Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, natura electricității a rămas neclară, dar numeroase experimente au condus oamenii de știință la concluzia că mărimea sarcinii electrice nu se poate schimba continuu. S-a constatat că există o porțiune mai mică, indivizibilă, de electricitate. Sarcina acestei porțiuni se numește „sarcină electrică elementară” (notată cu litera e). S-a dovedit a fi 1.6. 10-19 C. Aceasta este o valoare foarte mică - aproape 3 miliarde de miliarde de sarcini electrice elementare trec prin firul aceluiași bec într-o secundă.
Orice sarcină este un multiplu al sarcinii electrice elementare, deci este convenabil să folosiți sarcina electrică elementară ca unitate de măsură pentru sarcinile mici. În acest fel,

1e= 1,6. 10-19 C.

La începutul secolelor al XIX-lea și al XX-lea, fizicienii și-au dat seama că purtătorul unei sarcini electrice negative elementare este o microparticulă, numită electron(Joseph John Thomson, 1897). Purtătorul unei sarcini pozitive elementare este o microparticulă numită proton- a fost descoperit ceva mai târziu (Ernest Rutherford, 1919). În același timp, s-a dovedit că sarcinile electrice elementare pozitive și negative sunt egale în valoare absolută

Astfel, sarcina electrică elementară este sarcina protonului.
Vă veți familiariza cu alte caracteristici ale electronului și protonului în capitolul următor.

În ciuda faptului că compoziția corpurilor fizice include particule încărcate, în stare normală corpurile sunt neîncărcate sau neutru din punct de vedere electric. Multe particule complexe, cum ar fi atomii sau moleculele, sunt, de asemenea, neutre din punct de vedere electric. Sarcina totală a unei astfel de particule sau a unui astfel de corp se dovedește a fi egală cu zero, deoarece numărul de electroni și numărul de protoni care alcătuiesc particula sau corpul sunt egale.

Corpurile sau particulele devin încărcate dacă sarcinile electrice sunt separate: pe un corp (sau particulă) există un exces de sarcini electrice de un semn, iar pe celălalt - de altul. În fenomenele chimice, o sarcină electrică de un semn (pozitiv sau negativ) nu poate nici să apară, nici să dispară, deoarece purtătorii de sarcini electrice elementare de un singur semn nu pot apărea sau dispărea.

ÎNCĂRCARE ELECTRICĂ POZITIVĂ, ÎNCĂRCĂRĂ ELECTRICĂ NEGATĂ, PROPRIETATĂ PRINCIPALĂ A CORPURILOR ȘI PARTICULELOR ÎNCĂRCATE, LEGEA COULOMB, ÎNCĂRCĂRĂ ELECTRICĂ ELEMENTARĂ
1. Cum se încarcă mătasea când este frecata de sticlă? Ce zici de lână când este frecată de ceară de sigilare?
2. Care este numărul de sarcini electrice elementare dintr-un pandantiv?
3. Să se determine forța cu care două corpuri cu sarcini de +2 C și -3 C sunt atrase unul de celălalt, situate la o distanță de 0,15 m unul de celălalt.
4. Două corpuri cu sarcini de +0,2 C și -0,2 C sunt la o distanță de 1 cm unul de celălalt. Determinați forța cu care sunt atrași.
5. Cu ce ​​forță se resping două particule care poartă aceeași sarcină egală cu +3 e, si situat la o distanta de 2 E? Valoarea constantei din ecuația legii lui Coulomb k= 9 . 109 N. m2/Cl2.
6. Cu ce ​​forță este atras un electron de un proton dacă distanța dintre ele este de 0,53 E? Dar un proton la un electron?
7. Două bile încărcate asemănător și egal sunt legate printr-un fir care nu conduce încărcările. Mijlocul firului este fixat fix. Desenați cum vor fi amplasate aceste bile în spațiu în condițiile în care forța gravitațională poate fi neglijată.
8. Cum, în aceleași condiții, vor fi amplasate în spațiu trei bile din aceleași, legate cu fire de aceeași lungime de un suport? Și patru?
Experimente de atracție și respingere a corpurilor încărcate.

Subiecte ale codificatorului USE: electrizarea corpurilor, interacțiunea sarcinilor, două tipuri de sarcină, legea conservării sarcinii electrice.

Interacțiuni electromagnetice sunt printre cele mai fundamentale interacțiuni din natură. Forțele de elasticitate și frecare, presiunea gazului și multe altele pot fi reduse la forțe electromagnetice între particulele de materie. Interacțiunile electromagnetice în sine nu se mai reduc la alte tipuri de interacțiuni mai profunde.

Un tip la fel de fundamental de interacțiune este gravitația - atracția gravitațională a oricăror două corpuri. Cu toate acestea, există câteva diferențe importante între interacțiunile electromagnetice și gravitaționale.

1. Nu toată lumea poate participa la interacțiuni electromagnetice, ci numai taxat corpuri (având incarcare electrica).

2. Interacțiunea gravitațională este întotdeauna atracția unui corp către altul. Interacțiunile electromagnetice pot fi atât de atracție, cât și de repulsie.

3. Interacțiunea electromagnetică este mult mai intensă decât cea gravitațională. De exemplu, forța de repulsie electrică a doi electroni este de câteva ori mai mare decât forța de atracție gravitațională a acestora unul față de celălalt.

Fiecare corp încărcat are o anumită cantitate de sarcină electrică. Sarcina electrică este o mărime fizică care determină puterea interacțiunii electromagnetice dintre obiectele naturii. Unitatea de încărcare este pandantiv(CL).

Două tipuri de taxe

Întrucât interacțiunea gravitațională este întotdeauna o atracție, masele tuturor corpurilor sunt nenegative. Dar nu este cazul taxelor. Două tipuri de interacțiuni electromagnetice - atracție și repulsie - sunt descrise convenabil prin introducerea a două tipuri de sarcini electrice: pozitivși negativ.

Sarcinile de semne diferite se atrag reciproc, iar încărcăturile de semne diferite se resping reciproc. Acest lucru este ilustrat în fig. unu ; mingilor suspendate pe fire li se dau taxe de un semn sau altul.

Orez. 1. Interacțiunea a două tipuri de sarcini

Manifestarea omniprezentă a forțelor electromagnetice se explică prin faptul că particulele încărcate sunt prezente în atomii oricărei substanțe: protonii încărcați pozitiv fac parte din nucleul atomic, iar electronii încărcați negativ se mișcă pe orbite în jurul nucleului.

Sarcinile unui proton și ale unui electron sunt egale în valoare absolută, iar numărul de protoni din nucleu este egal cu numărul de electroni de pe orbite și, prin urmare, se dovedește că atomul în ansamblu este neutru din punct de vedere electric. De aceea, în condiții normale, nu observăm efectul electromagnetic al corpurilor înconjurătoare: sarcina totală a fiecăruia dintre ele este zero, iar particulele încărcate sunt distribuite uniform în volumul corpului. Dar dacă neutralitatea electrică este încălcată (de exemplu, ca urmare a electrificare) corpul începe imediat să acționeze asupra particulelor încărcate din jur.

De ce există exact două tipuri de sarcini electrice, și nu un alt număr dintre ele, nu se știe în prezent. Putem doar afirma că acceptarea acestui fapt ca primar oferă o descriere adecvată a interacțiunilor electromagnetice.

Sarcina unui proton este Cl. Sarcina unui electron este opusă lui în semn și este egală cu C. Valoare

numit sarcina elementara. Aceasta este taxa minimă posibilă: particulele libere cu o încărcătură mai mică nu au fost găsite în experimente. Fizica nu poate explica încă de ce natura are cea mai mică sarcină și de ce magnitudinea ei este tocmai aceea.

Sarcina oricărui corp este întotdeauna suma întregul numărul de sarcini elementare:

Dacă , atunci corpul are un număr în exces de electroni (comparativ cu numărul de protoni). Dacă, dimpotrivă, organismului îi lipsesc electroni: sunt mai mulți protoni.

Electrificarea corpurilor

Pentru ca un corp macroscopic să exercite o influență electrică asupra altor corpuri, acesta trebuie să fie electrificat. Electrificare- aceasta este o încălcare a neutralității electrice a corpului sau a părților sale. Ca urmare a electrificării, corpul devine capabil de interacțiuni electromagnetice.

Una dintre modalitățile de a electriza un corp este de a-i conferi o sarcină electrică, adică de a obține un exces de sarcini de același semn într-un corp dat. Acest lucru este ușor de făcut cu frecare.

Deci, atunci când frecați o tijă de sticlă cu mătase, o parte din sarcinile sale negative se îndreaptă către mătase. Drept urmare, bastonul este încărcat pozitiv, iar mătasea este încărcată negativ. Dar când freci un bețișor de ebonită cu lână, o parte din sarcinile negative se transferă de la lână la băț: bastonul este încărcat negativ, iar lâna este încărcată pozitiv.

Această metodă de electrificare a corpurilor se numește electrificare prin frecare. Te confrunți cu electrificarea prin frecare de fiecare dată când îți scoți un pulover peste cap ;-)

Un alt tip de electrificare se numește inducție electrostatică, sau electrificare prin influență. În acest caz, sarcina totală a corpului rămâne egală cu zero, dar este redistribuită astfel încât sarcinile pozitive să se acumuleze în unele părți ale corpului, iar sarcinile negative în altele.

Orez. 2. Inducția electrostatică

Să ne uităm la fig. 2. La o anumită distanță de corpul metalic există o sarcină pozitivă. Atrage sarcinile negative ale metalului (electroni liberi), care se acumulează pe zonele suprafeței corpului cele mai apropiate de sarcină. Sarcinile pozitive necompensate rămân în regiunile îndepărtate.

În ciuda faptului că sarcina totală a corpului metalic a rămas egală cu zero, în corp a avut loc o separare spațială a sarcinilor. Dacă acum împărțim corpul de-a lungul liniei punctate, atunci jumătatea dreaptă va fi încărcată negativ, iar jumătatea stângă pozitiv.

Puteți observa electrificarea corpului folosind un electroscop. Un electroscop simplu este prezentat în Fig. 3 (imagine de pe en.wikipedia.org).

Orez. 3. Electroscop

Ce se întâmplă în acest caz? O tijă încărcată pozitiv (de exemplu, frecat anterior) este adusă pe discul electroscopului și colectează o sarcină negativă pe acesta. Mai jos, pe frunzele în mișcare ale electroscopului, rămân sarcini pozitive necompensate; împingându-se una de cealaltă, frunzele diverg în direcții diferite. Dacă scoți bagheta, atunci încărcăturile se vor întoarce la locul lor și frunzele vor cădea înapoi.

Fenomenul de inducție electrostatică la scară grandioasă se observă în timpul unei furtuni. Pe fig. 4 vedem un nor de tunete trecând peste pământ.

Orez. 4. Electrificarea pământului de către un nor de tunete

În interiorul norului există slocuri de gheață de diferite dimensiuni, care sunt amestecate de curenții de aer ascendenți, se ciocnesc între ele și se electrifică. În acest caz, se dovedește că o sarcină negativă se acumulează în partea inferioară a norului, iar o sarcină pozitivă se acumulează în partea superioară.

Partea inferioară a norului încărcată negativ induce sarcini pozitive pe suprafața pământului. Apare un condensator gigant cu o tensiune colosală între nor și sol. Dacă această tensiune este suficientă pentru a sparge întrefierul, atunci va avea loc o descărcare - fulger, bine cunoscut de tine.

Legea conservării sarcinii

Să revenim la exemplul electrificării prin frecare - frecarea bățului cu o cârpă. În acest caz, bățul și bucata de pânză capătă sarcini egale ca mărime și opus ca semn. Sarcina lor totală, deoarece era egală cu zero înainte de interacțiune, rămâne egală cu zero după interacțiune.

Vedem aici legea conservării sarcinii care scrie: într-un sistem închis de corpuri, suma algebrică a sarcinilor rămâne neschimbată pentru orice proces care are loc cu aceste corpuri:

Închiderea unui sistem de corpuri înseamnă că aceste corpuri pot schimba sarcini numai între ele, dar nu cu alte obiecte externe sistemului dat.

Când stick-ul este electrificat, nu este nimic surprinzător în conservarea sarcinii: câte particule încărcate au părăsit stick-ul - aceeași cantitate a ajuns la o bucată de pânză (sau invers). În mod surprinzător, în procese mai complexe, însoțite de transformări reciproce particulele elementare și schimbarea numărului particule încărcate din sistem, încărcarea totală este încă conservată!

De exemplu, în fig. 5 arată procesul în care o porțiune de radiație electromagnetică (așa-numita foton) se transformă în două particule încărcate - un electron și un pozitron. Un astfel de proces este posibil în anumite condiții - de exemplu, în câmpul electric al nucleului atomic.

Orez. 5. Crearea unei perechi electron-pozitron

Sarcina pozitronului este egală în valoare absolută cu sarcina electronului și este opusă acesteia în semn. Legea conservării sarcinii este îndeplinită! Într-adevăr, la începutul procesului am avut un foton a cărui sarcină este zero, iar la sfârșit am obținut două particule cu sarcină totală zero.

Legea conservării sarcinii (împreună cu existența celei mai mici sarcini elementare) este astăzi faptul științific primar. Fizicienii nu au reușit încă să explice de ce natura se comportă în acest fel și nu altfel. Putem afirma doar că aceste fapte sunt confirmate de numeroase experimente fizice.

Asociat cu un transportor de materiale; caracteristică internă a unei particule elementare, care determină interacțiunile sale electromagnetice.

Sarcina electrică este o mărime fizică care caracterizează proprietatea corpurilor sau a particulelor de a intra în interacțiuni electromagnetice și determină valorile forțelor și energiilor în astfel de interacțiuni. Sarcina electrică este unul dintre conceptele de bază ale doctrinei electricității. Întregul set de fenomene electrice este o manifestare a existenței, mișcării și interacțiunii sarcinilor electrice. Sarcina electrică este o proprietate inerentă a unor particule elementare.

Există două tipuri de sarcini electrice, numite convențional pozitive și negative. Sarcinile aceluiași semn se resping reciproc, sarcinile cu semne opuse se atrag reciproc. Sarcina unei baghete de sticlă electrificată a fost considerată condiționat pozitivă, iar o rășină (în special, chihlimbar) - negativă. În conformitate cu această condiție, sarcina electrică a electronului este negativă („electron” grecesc - chihlimbar).

Sarcina unui corp macroscopic este determinată de sarcina totală a particulelor elementare care alcătuiesc acest corp. Pentru a încărca un corp macroscopic, este necesar să schimbați numărul de particule elementare încărcate conținute în acesta, adică să transferați în el sau să eliminați din el o anumită cantitate de sarcini de același semn. În condiții reale, un astfel de proces este de obicei asociat cu mișcarea electronilor. Un corp este considerat încărcat numai dacă pe acesta există un exces de încărcături de același semn, constituind încărcătura corpului, de obicei notat cu litera q sau Q.Dacă sarcinile sunt plasate pe corpuri punctuale, atunci forța de interacțiune dintre ele poate fi determinată de legea lui Coulomb. Unitatea de sarcină din sistemul SI este pandantivul - C.

Incarcare electrica q orice corp este discret, există o sarcină electrică minimă, elementară - e, care este un multiplu al tuturor sarcinilor electrice ale corpurilor:

\(q = nou\)

Sarcina minimă care există în natură este sarcina particulelor elementare. În unitățile SI, modulul acestei sarcini este: e= 1, 6,10 -19 C. Orice sarcină electrică este de un număr întreg de ori mai mare decât cea elementară. Toate particulele elementare încărcate au o sarcină electrică elementară. La sfârşitul secolului al XIX-lea a fost descoperit un electron - un purtător al unei sarcini electrice negative, iar la începutul secolului al XX-lea, un proton, care are aceeași sarcină pozitivă; astfel, s-a dovedit că sarcinile electrice nu există de la sine, ci sunt asociate cu particule, ele sunt o proprietate internă a particulelor (au fost descoperite ulterior și alte particule elementare purtând o sarcină pozitivă sau negativă de aceeași mărime). Sarcina tuturor particulelor elementare (dacă nu este egală cu zero) este aceeași în valoare absolută. Particule ipotetice elementare - quarci, a căror sarcină este de 2/3 e sau +1/3 e, nu au fost observate, dar existența lor este presupusă în teoria particulelor elementare.

Invarianța sarcinii electrice a fost stabilită experimental: mărimea sarcinii nu depinde de viteza cu care se mișcă (adică, mărimea sarcinii este invariabilă în raport cu cadrele de referință inerțiale și nu depinde dacă este în mișcare sau în repaus).

Sarcina electrică este aditivă, adică sarcina oricărui sistem de corpuri (particule) este egală cu suma sarcinilor corpurilor (particulelor) incluse în sistem.

Sarcina electrică respectă legea conservării, care a fost stabilită după multe experimente. Într-un sistem închis electric, sarcina totală totală este conservată și rămâne constantă pentru oricare procese fizice care apar în sistem. Această lege este valabilă pentru sistemele electrice închise izolate în care nu se introduc sarcini și din care nu sunt îndepărtate. Această lege se aplică și particulelor elementare, care se nasc și se anihilează în perechi, a căror sarcină totală este egală cu zero.