Elektros krūvis- Tai fizinis kiekis, apibūdinantis dalelių ar kūnų gebėjimą įsilieti į elektromagnetinę sąveiką. Elektros krūvis dažniausiai žymimas raidėmis q arba K. SI sistemoje elektros krūvis matuojamas kulonais (C). Nemokamas 1 C mokestis yra milžiniškas mokestis, kurio gamtoje praktiškai nėra. Paprastai jums teks susidurti su mikrokulonais (1 µC = 10 -6 C), nanokulonais (1 nC = 10 -9 C) ir pikokulonais (1 pC = 10 -12 C). Elektros krūvis turi šias savybes:
1. Elektros krūvis yra tam tikra materijos rūšis.
2. Elektros krūvis nepriklauso nuo dalelės judėjimo ir jos greičio.
3. Krūvis gali būti perduodamas (pavyzdžiui, tiesioginio kontakto būdu) iš vieno kūno į kitą. Skirtingai nuo kūno masės, elektros krūvis nėra neatsiejama tam tikro kūno savybė. Tas pats kūnas skirtingomis sąlygomis gali turėti skirtingą krūvį.
4. Yra dviejų tipų elektros krūviai, paprastai vadinami teigiamas Ir neigiamas.
5. Visi mokesčiai sąveikauja vienas su kitu. Šiuo atveju kaip krūviai atstumia, kitaip nei krūviai traukia. Krūvių sąveikos jėgos yra centrinės, tai yra, jos guli ant tiesios linijos, jungiančios krūvių centrus.
6. Yra minimalus galimas (modulinis) elektros krūvis, vadinamas elementarus krūvis. Jo prasmė:
e= 1,602177·10 –19 C ≈ 1,6·10 –19 C.
Bet kurio kūno elektrinis krūvis visada yra elementaraus krūvio kartotinis:
Kur: N– sveikasis skaičius. Atkreipkite dėmesį, kad 0,5 dydžio mokestis negali egzistuoti e; 1,7e; 22,7e ir taip toliau. Vadinami fiziniai dydžiai, kurie gali turėti tik atskirą (ne nuolatinę) reikšmių seriją kvantuota. Elementinis krūvis e yra kvantinis (mažiausia dalis) elektros krūvis.
7. Elektros krūvio tvermės dėsnis. Izoliuotoje sistemoje visų kūnų krūvių algebrinė suma išlieka pastovi:
Elektros krūvio tvermės dėsnis teigia, kad uždaroje kūnų sistemoje negali būti stebimi tik vieno ženklo krūvių susidarymo ar išnykimo procesai. Iš krūvio tvermės dėsnio taip pat išplaukia, kad jei du vienodo dydžio ir formos kūnai, turintys krūvius q 1 ir q 2 (visai nesvarbu, kokio ženklo yra krūviai), susiliekite ir vėl atsiskirkite, tada kiekvieno kūnų krūvis taps lygus:
Šiuolaikiniu požiūriu krūvininkai yra elementarios dalelės. Visi įprasti kūnai susideda iš atomų, tarp kurių yra teigiamai įkrauti protonų, neigiamai įkrautas elektronų ir neutralios dalelės - neutronų. Protonai ir neutronai yra atomo branduolių dalis, elektronai sudaro atomų elektroninį apvalkalą. Protono ir elektrono elektriniai krūviai yra visiškai vienodi absoliučia reikšme ir lygūs elementariajam (ty mažiausiam galimam) krūviui. e.
Neutralaus atomo protonų skaičius branduolyje yra lygus elektronų skaičiui apvalkale. Šis skaičius vadinamas atominiu skaičiumi. Tam tikros medžiagos atomas gali prarasti vieną ar daugiau elektronų arba įgyti papildomą elektroną. Tokiais atvejais neutralus atomas virsta teigiamai arba neigiamai įkrautu jonu. Atkreipkite dėmesį, kad teigiami protonai yra atomo branduolio dalis, todėl jų skaičius gali keistis tik vykstant branduolinėms reakcijoms. Akivaizdu, kad kai kūnus elektrifikuojasi, branduolinės reakcijos nevyksta. Todėl bet kuriuose elektros reiškiniuose protonų skaičius nekinta, kinta tik elektronų skaičius. Taigi, žinutė kūnui neigiamas krūvis reiškia papildomų elektronų perkėlimą į jį. Ir žinutė teigiamas krūvis, priešingai nei įprasta klaida, reiškia ne protonų pridėjimą, o elektronų atėmimą. Krūvis gali būti perduodamas iš vieno kūno į kitą tik dalimis, kuriose yra sveikasis elektronų skaičius.
Kartais problemose elektros krūvis paskirstomas tam tikram kūnui. Norėdami apibūdinti šį pasiskirstymą, įvedami šie dydžiai:
1. Linijinis krūvio tankis. Naudojamas apibūdinti krūvio pasiskirstymą išilgai kaitinimo siūlelio:
Kur: L- sriegio ilgis. Matuojama C/m.
2. Paviršiaus tankis mokestis. Naudojamas apibūdinti krūvio pasiskirstymą kūno paviršiuje:
Kur: S– kūno paviršiaus plotas. Matuojama C/m2.
3. Tūrinio krūvio tankis. Naudojamas apibūdinti krūvio pasiskirstymą kūno tūryje:
Kur: V– kūno apimtis. Matuojama C/m3.
Prašau Pasižymėk tai elektronų masė yra lygus:
me= 9,11∙10 –31 kg.
Kulono dėsnis
Taško mokestis vadinamas įkrautu kūnu, kurio matmenų šio uždavinio sąlygomis galima nepaisyti. Remdamasis daugybe eksperimentų, Kulonas nustatė tokį dėsnį:
Sąveikos jėgos tarp nejudančių taškiniai mokesčiai yra tiesiogiai proporcingi įkrovimo modulių sandaugai ir atvirkščiai proporcingi atstumo tarp jų kvadratui:
Kur: ε – terpės dielektrinė konstanta – bematis fizikinis dydis, parodantis, kiek kartų elektrostatinės sąveikos jėga tam tikroje terpėje bus mažesnė nei vakuume (tai yra kiek kartų terpė susilpnina sąveiką). Čia k– Kulono dėsnio koeficientas, reikšmė, apibrėžianti krūvių sąveikos jėgos skaitinę reikšmę. SI sistemoje jo reikšmė yra lygi:
k= 9∙10 9 m/F.
Taškinių fiksuotų krūvių sąveikos jėgos paklūsta trečiajam Niutono dėsniui ir yra viena nuo kitos atstūmimo jėgos su tais pačiais krūvių ženklais ir traukos jėgos, turinčios skirtingus ženklus. Stacionarių elektros krūvių sąveika vadinama elektrostatinės arba Kulono sąveika. Elektrodinamikos šaka, tirianti Kulono sąveiką, vadinama elektrostatika.
Kulono dėsnis galioja taškinio krūvio kūnams, vienodai įkrautoms sferoms ir rutuliukams. Šiuo atveju atstumams r paimkite atstumą tarp sferų ar rutuliukų centrų. Praktiškai Kulono dėsnis tenkinamas, jei įkrautų kūnų dydžiai yra daug mažesni už atstumą tarp jų. Koeficientas k SI sistemoje kartais rašoma taip:
Kur: ε 0 = 8,85∙10 –12 F/m – elektros konstanta.
Patirtis rodo, kad Kulono sąveikos jėgos paklūsta superpozicijos principui: jei įkrautas kūnas vienu metu sąveikauja su keliais įkrautais kūnais, tai susidaranti jėga, veikianti šį kūną, yra lygi jėgų, veikiančių šį kūną nuo visų kitų įkrautų, vektorinei sumai. kūnai.
Taip pat atsiminkite du svarbius apibrėžimus:
Dirigentai– medžiagos, turinčios laisvųjų elektros krūvininkų. Laidininko viduje laisvas elektronų – krūvininkų – judėjimas gali tekėti per laidininkus. elektros). Laidininkai yra metalai, elektrolitų tirpalai ir lydalai, jonizuotos dujos ir plazma.
Dielektrikai (izoliatoriai)– medžiagos, kuriose nėra laisvųjų krūvininkų. Laisvas elektronų judėjimas dielektrikų viduje neįmanomas (elektros srovė negali tekėti per juos). Būtent dielektrikai turi tam tikrą dielektrinę konstantą, kuri nėra lygi vienybei. ε .
Medžiagos dielektrinei konstantai galioja tai (apie tai, kas elektrinis laukas yra šiek tiek žemiau):
Elektros krūvis ir pagrindinės jo savybės.
Elektros krūvio tvermės dėsnis.
Elektros krūvis yra skaliarinis fizikinis dydis, nulemiantis elektromagnetinės sąveikos intensyvumą. Krūvio vienetas yra [q] kulonas.
Elektros krūvio savybės:
1. Elektros krūvis nėra apibrėžiamas ženklas; yra ir teigiamų, ir neigiamų krūvių.
2. Elektros krūvis- kiekis yra nekintantis. Jis nesikeičia, kai juda krūvininkas.
3. Elektros krūvis priedas
4. Elektros krūvis yra elementaro kartotinis. q = Ne. Ši krūvio savybė vadinama diskretiškumu (kvantizacija).
5. Iš viso elektros krūvis išsaugoma bet kokia izoliuota sistema. Šis turtas yra elektros krūvio tvermės dėsnis.
Elektros krūvio tvermės dėsnis - elektros krūviai nėra nei sukuriami, nei sunaikinami, o tik perduodami iš vieno kūno į kitą arba perskirstomi kūne.
Elektrostatika. Taško mokestis. Kulono dėsnis. Jėgų superpozicijos principas. Tūrinis paviršius ir linijinio krūvio tankis.
Elektrostatika- elektros studijų skyrius, tiriantis stacionarių elektros krūvių sąveiką.
Taško mokestis yra įkrautas kūnas, kurio dydžio ir formos galima nepaisyti.
Kulono dėsnio teiginys: Dviejų taškinių elektros krūvių elektrostatinės sąveikos jėga yra tiesiogiai proporcinga krūvių dydžių sandaugai, atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui ir nukreipta išilgai juos jungiančios linijos taip, kad panašūs krūviai atstumtų, o nepanašūs. pritraukti.
Jėgų superpozicijos principas slypi tame, kad kelių jėgų veikimas gali būti pakeistas vienos – rezultatyviosios – veikimu. Rezultatas yra viena jėga, kurios rezultatas yra lygus visų jėgų, veikiančių šį kūną, veikimui vienu metu.
Linijinis krūvio tankis: krūvis ilgio vienetui.
Paviršiaus krūvio tankis: krūvis ploto vienetui.
Tūrinio krūvio tankis: krūvis tūrio vienetui.
Įtampa elektrinis laukas. Elektros laidai elektrostatinis laukas. Stacionaraus taškinio krūvio lauko stipris. Elektrostatinis laukas. Superpozicijos principas.
Elektrinio lauko stiprumas- vektorinis fizikinis dydis, apibūdinantis elektrinį lauką tam tikrame taške ir skaitiniu požiūriu lygus jėgos, veikiančios nejudantį taškinį krūvį, esantį tam tikrame lauko taške, ir šio krūvio dydžio q santykiui.
Elektrostatinio lauko linijos turi šias savybes:
1. Visada atvira: pradedant teigiamais krūviais (arba begalybe) ir baigiant neigiamais krūviais (arba begalybe).
2 . Jie nesikerta ir nesiliečia vienas su kitu.
3 . Linijų tankis yra didesnis, tuo didesnis intensyvumas, tai yra, lauko stiprumas yra tiesiogiai proporcingas jėgos linijų, einančių per vienetinį ploto plotą, esantį statmenai linijoms, skaičiui.
Elektrostatinio lauko potencialas. Vektoriaus E lauko cirkuliacija. Elektrostatinio lauko vektoriaus E cirkuliacijos teorema tarpt. ir dif. formos, jų prasminga reikšmė.
Kadangi superpozicijos principas galioja elektrostatinio lauko stiprumui, tada bet koks elektrostatinis laukas yra potencialus.
Teorema apie elektrostatinio lauko vektoriaus E cirkuliaciją: Tiražas E išilgai uždaros kilpos L visada lygus nuliui.
Skirt. forma:
Elektrostatinis laukas yra potencialus.
Potencinė energija taškinis krūvis elektrostatiniame lauke. Elektrostatinio lauko potencialas. Ekvipotencialūs paviršiai. Stacionaraus taškinio krūvio lauko potencialas. Potencialo superpozicijos principas.
Krūvio potenciali energija vienodame elektrostatiniame lauke yra lygi:
Potencialus - skaliarinis dydis yra energijos charakteristika lauko tam tikrame taške ir yra lygus potencialios energijos, kurią turi bandomasis krūvis, ir šio krūvio santykiui.
Ekvipotencialus paviršius yra paviršius, kuriame tam tikro lauko potencialas įgyja tą pačią reikšmę.
Stacionaraus taškinio krūvio lauko potencialas:
Potencialų superpozicijos principas- Lauko potencialas, kurį sukuria krūvių grupė savavališkame taške, yra lygus kiekvieno krūvio sukuriamų lauko potencialų sumai.
momentas
ir įgyja potencialo energijos
Dipolis turi:
· minimalus prakaitavimas. energija:
padėtyje (stabili pusiausvyros padėtis);
· maksimalus prakaitavimas. energija:
padėtyje (nestabili pusiausvyros padėtis);
Visais kitais atvejais atsiranda jėgos momentas, kuris pasuka dipolį į stabilią pusiausvyros padėtį.
Išoriniame netolygiame elektrostatiniame lauke jėgos momentas veikia taškinį dipolį ir šis dipolis turi potencialią energiją
Jėga, veikianti taškinį dipolį heterogeniniame paštu stat. laukas:
Išorėje nevienalytės elektros stat. laukas, taškinis dipolis, vienu metu veikiant jėgos momentui, sukasi lauko ir jėgos kryptimi, juda ta kryptimi, kur absoliuti reikšmė didesnė (tempia į stipresnį lauką).
„Explorer“.
Naršyklėje yra laisvų vietų. krūviai yra srovės nešėjai, galintys judėti veikiami savavališkai mažos jėgos. per visą dirigento tūrį.
Elektrostatinė indukcija yra krūvių persiskirstymo laidininko paviršiuje, veikiant kraštinėms, reiškinys. elektrostatinis laukas.
Perskirstymas įkrovimas sustos, kai baigsis bet kuris laidininko taškas. sąlyga:
Nes , tada elektrostatinio lauko stiprumas bet kurioje laidininko vietoje:
Nes tada
– laidininko potencialas toks pat. visame vidiniame taškuose ir paviršiuje
Stacionaraus krūvio paskirstymo laidininke sąlygos:
2.Izb. laidininko viduje nėra krūvių, o indukuoti krūviai pasiskirsto
ant jo paviršiaus ()
3. Netoli išorinės paviršiaus pusės. laidininko vektorius nukreiptas normaliai į tai
paviršius kiekviename taške ()
4. Visas laidininko tūris yra ekvipotencialų regioną, o jo paviršius yra ekvipotencialus
Grandinė su srove magnetiniame lauke. Jėgų, veikiančių srovę nešančią grandinę, momentas ir srovės nešančios grandinės potencinė energija vienodame magnetiniame lauke. Jėgų darbas magnetinis laukas perkeliant srovę nešančią grandinę.
Magnetinis momentas linijos srovė Aš, eidamas uždaru plokščiu kontūru (kurio visi taškai yra toje pačioje plokštumoje):
S – kontūro ribojamas paviršiaus plotas; SI = A*
Gauta Ampero jėga, veikianti srovę nešančią grandinę vienodame magnetiniame lauke, yra 0.
Todėl bendras amperų jėgų momentas nepriklauso nuo taško O pasirinkimo, kurio atžvilgiu jis apskaičiuojamas:
Jėgos momentas, veikiantis uždarą grandinę su srove I magnetiniame indukcijos lauke:
Kai M=0 (t.y. srovės grandinė yra pusiausvyroje).
Kai grandinę veikia didžiausias jėgos momentas.
Potenciali energija uždaros grandinės esant srovei magnetiniame lauke:
Ampero jėgos darbas:
Šiuo atveju teigiamo normalaus kryptis sudaro dešiniarankę sistemą. Ši formulė galioja savavališko bet kokios formos kontūro judėjimo magnetiniame lauke atveju.
29. Magnetinis laukas medžiagoje. Dia- ir paramagnetų įmagnetinimas. Įmagnetinimo vektorius . Vektoriaus lauko cirkuliacijos teorema integralia ir diferencine forma.
Bet kuri medžiaga yra magnetinė (ty gali būti įmagnetinta veikiant išoriniam magnetiniam laukui)
Laidumo srovė (I, ) – srovė, kurią sukelia kryptingas srovės nešėjų judėjimas medžiagoje.
Molekulinės srovės () – srovės, susijusios su elementariųjų dalelių orbitiniu judėjimu ir sukimu materijos atomuose. Kiekviena molekulinė srovė turi magnetinį momentą.
Diamagnetai yra medžiagos, kurių atomų magnetiniai momentai, kai nėra išorinio magnetinio lauko, yra lygūs nuliui, t.y. kompensuojami visų elementariųjų atomo (molekulės) dalelių magnetiniai momentai.
Paramagnetinės medžiagos yra medžiagos, kurių atomai, nesant išorinio magnetinio lauko, turi nulinį magnetinį momentą, tačiau jų kryptis yra atsitiktinai orientuota.
Kai diamagnetinė medžiaga įvedama į išorinį magnetinį lauką, kiekviename jos atome indukuojamas papildomas sukimo momentas, nukreiptas prieš išorinį magnetinį lauką.
Kai paramagnetinė medžiaga įvedama į išorinį magnetinį lauką, jos atomų (molekulių) magnetinis momentas tampa orientuotas išorinio lauko kryptimi.
Medžiagos įmagnetinimas atsiranda dėl pirminės atskirų molekulių orientacijos arba indukcijos viena kryptimi. Medžiagos įmagnetinimas sukelia įmagnetinimo srovių atsiradimą (molekulinių srovių vidurkis makroskopinėje srityje):
kur yra įmagnetinimo srovės tankio vektorius, einantis per orientuotą paviršių S.
Pagal superpozicijos principą:
kur yra išorinio lauko indukcija;
Įmagnetinančių srovių magnetinio lauko indukcija.
Įmagnetinimo vektorius yra kiekybinė medžiagos įmagnetintos būsenos charakteristika, lygi fiziškai mažo magneto tūrio bendro magnetinio momento ir šio tūrio santykiui:
SI [J] = A/m.
Teorema apie magnetostatinio lauko vektoriaus cirkuliaciją diferencine forma:
bet kuriame magnetostatinio lauko taške vektoriaus rotorius yra lygus įmagnetinimo srovės tankio vektoriui tame pačiame taške.
Elektrostatika -Tai fizikos šaka, tirianti stacionarių elektros krūvių sistemų sąveiką ir savybes pasirinktos inercinės atskaitos sistemos atžvilgiu.
Visos gamtos reiškinių įvairovės pagrindas slypi keturiose pagrindinėse elementariųjų dalelių sąveikose
gravitacinis,
elektromagnetinis,
Elektros krūvis – nešiklis elektromagnetinė sąveika.
Pagrindinės mokesčių savybės
1. Elektros krūvis gali būti dviejų tipų: teigiamas(kai oda trinasi į stiklą) ir neigiamas(kailį trinant ebonitu). Kūnai su vienodo ženklo elektros krūviais atstumia vienas kitą, kūnai su priešingų ženklų krūviais traukia.
2. Elektros krūvininkai yra įkrauti elementariosios dalelės su elementarus krūvis(Kulonas yra elektros krūvio SI vienetas)
protonas – teigiamo krūvio nešiklis (+ e), (m p=1,6710 -27 kg);
elektronas – neigiamo krūvio nešiklis (– e), (m e=9,1110 -31 kg).
Bet kurio kito kūno krūvis yra sveikasis kartotinis elementarus elektros krūvis.
3. Pagrindinis elektros krūvio tvermės dėsnis(atliekamas bet kokiuose elementariųjų dalelių kūrimo ir naikinimo procesuose): bet kurioje elektra izoliuotoje sistemoje algebrinė krūvių suma nekinta .
4. Elektros krūvis yra reliatyvistascki nekintamas: jo dydis nepriklauso nuo atskaitos sistemos, todėl nepriklauso nuo to, ar jis juda, ar ramybės būsenoje.
Taigi teigiamai įkrauti kūną reiškia atimti iš jo tam tikrą skaičių elektronų, o įkrauti neigiamai – suteikti kūnui tam tikrą skaičių papildomų elektronų. Atkreipkite dėmesį, kad kūno krūviai, kurių dydis yra 1 nC = 10 -9 C, gali būti laikomi gana reikšmingais. Kad kūnas turėtų tokį krūvį, elektronų skaičius jame nuo protonų skaičiaus turi skirtis ! dalykų.
Kūnų klasifikacija pagal nemokamų mokesčių koncentraciją
Dirigentaiaškaip ir– metalai (krūviai juda be cheminių virsmų);
DirigentaiIIkaip ir– elektrolitai (krūvių judėjimą lydi cheminiai virsmai);
Dirigentai(kūnai su laisvu krūvių judėjimu visame tūryje);
Puslaidininkiai(kūnai su ribotu užtaisų judėjimu);
Dielektrikai(įstaigos, kuriose nemokamų mokesčių praktiškai nėra);
Elektros krūvio vienetas Kulonas yra srovės vieneto išvestinė; tai elektros krūvis, einantis per laidininko skerspjūvį, esant 1 A srovei per 1 s (1C = 1A1s).
Kulono dėsnis. Dielektrinė konstanta ir jos fizikinė reikšmė
Ryžiai. 1. Taškinių krūvių sąveikos schema
,
(1)
Kur k– proporcingumo koeficientas, priklausomai nuo matavimo vienetų pasirinkimo. SI sistemoje
- elektros konstanta.
Jėga F paskambino Kulono jėga, tai yra traukos jėga, jei krūviai turi skirtingus ženklus (1 pav.), ir atstumianti jėga, jei krūviai turi tą patį ženklą.
Jei elektros krūviai yra dielektriko viduje, tada elektrinės sąveikos jėga mažėja pagal išraišką:
,
(2)
Kur 
- terpės dielektrinė konstanta, parodanti, kiek kartų taškinių krūvių sąveikos jėga dielektrike yra mažesnė už jų sąveikos jėgą vakuume.
Kai kurių medžiagų dielektrinės konstantos vertės
