Nabíjačka- Toto fyzikálne množstvo, charakterizujúce schopnosť častíc alebo telies vstupovať do elektromagnetických interakcií. Elektrický náboj je zvyčajne reprezentovaný písmenami q alebo Q. V sústave SI sa elektrický náboj meria v Coulombs (C). Bezplatný poplatok 1 C je obrovský poplatok, ktorý sa v prírode prakticky nevyskytuje. Typicky sa budete musieť vysporiadať s mikrocoulombmi (1 µC = 10 -6 C), nanokulombmi (1 nC = 10 -9 C) a pikokulombmi (1 pC = 10 -12 C). Elektrický náboj má nasledujúce vlastnosti:
1. Elektrický náboj je druh hmoty.
2. Elektrický náboj nezávisí od pohybu častice a jej rýchlosti.
3. Náboje je možné prenášať (napríklad priamym kontaktom) z jedného tela na druhé. Na rozdiel od telesnej hmotnosti nie je elektrický náboj integrálnou charakteristikou daného telesa. To isté teleso za rôznych podmienok môže mať rôzny náboj.
4. Existujú dva typy elektrických nábojov, ktoré sa bežne nazývajú pozitívne A negatívne.
5. Všetky poplatky sa navzájom ovplyvňujú. V tomto prípade ako náboje odpudzujú, na rozdiel od nábojov priťahujú. Sily interakcie medzi nábojmi sú centrálne, to znamená, že ležia na priamke spájajúcej stredy nábojov.
6. Existuje minimálny možný (modulo) elektrický náboj, tzv elementárny náboj. Jeho význam:
e= 1,602177·10 –19 °C ≈ 1,6·10 –19 °C.
Elektrický náboj akéhokoľvek telesa je vždy násobkom elementárneho náboja:
Kde: N– celé číslo. Upozorňujeme, že nie je možné, aby existoval poplatok rovnajúci sa 0,5 e; 1,7e; 22,7e a tak ďalej. Fyzikálne veličiny, ktoré môžu nadobudnúť iba diskrétne (nie spojité) série hodnôt, sa nazývajú kvantované. Elementárny náboj e je kvantum (najmenšia časť) nabíjačka.
7. Zákon zachovania elektrického náboja. V izolovanom systéme zostáva algebraický súčet nábojov všetkých telies konštantný:
Zákon zachovania elektrického náboja hovorí, že v uzavretej sústave telies nemožno pozorovať procesy vzniku alebo zániku nábojov len jedného znamienka. Zo zákona zachovania náboja tiež vyplýva, že ak dve telesá rovnakej veľkosti a tvaru majú náboj q 1 a q 2 (vôbec nezáleží na tom, aké znamenie sú náboje), priveďte do kontaktu a potom znova oddeľte, potom sa náboj každého z telies vyrovná:
Z moderného pohľadu sú nosiče náboja elementárne častice. Všetky bežné telesá pozostávajú z atómov, ktoré zahŕňajú kladne nabité protóny, záporne nabitý elektróny a neutrálne častice - neutróny. Protóny a neutróny sú súčasťou atómových jadier, elektróny tvoria elektrónový obal atómov. Elektrické náboje protónu a elektrónu sú úplne rovnaké v absolútnej hodnote a rovnajú sa elementárnemu (teda minimálnemu možnému) náboju e.
V neutrálnom atóme sa počet protónov v jadre rovná počtu elektrónov v obale. Toto číslo sa nazýva atómové číslo. Atóm danej látky môže stratiť jeden alebo viac elektrónov alebo získať elektrón navyše. V týchto prípadoch sa neutrálny atóm zmení na kladne alebo záporne nabitý ión. Upozorňujeme, že kladné protóny sú súčasťou jadra atómu, takže ich počet sa môže meniť iba počas jadrových reakcií. Je zrejmé, že keď sú telesá elektrifikované, nedochádza k jadrovým reakciám. Preto sa pri akýchkoľvek elektrických javoch nemení počet protónov, mení sa len počet elektrónov. Takže správa pre telo záporný náboj znamená prenos ďalších elektrónov do nej. A správa kladný náboj, na rozdiel od bežnej chyby, neznamená sčítanie protónov, ale odčítanie elektrónov. Náboj sa môže prenášať z jedného telesa na druhé iba v častiach obsahujúcich celý počet elektrónov.
Niekedy sa pri problémoch elektrický náboj rozloží po určitom tele. Na opis tohto rozdelenia sú zavedené nasledujúce množstvá:
1. Lineárna hustota náboja. Používa sa na opis rozloženia náboja pozdĺž vlákna:
Kde: L- dĺžka závitu. Merané v C/m.
2. Hustota povrchu poplatok. Používa sa na opis rozloženia náboja na povrchu telesa:
Kde: S- plocha povrchu tela. Merané v C/m2.
3. Objemová hustota náboja. Používa sa na opis rozloženia náboja v objeme telesa:
Kde: V- objem tela. Merané v C/m3.
Vezmite prosím na vedomie, že hmotnosť elektrónu rovná sa:
me= 9,11∙10 –31 kg.
Coulombov zákon
Bodový poplatok nazývané nabité teleso, ktorého rozmery možno v podmienkach tohto problému zanedbať. Na základe mnohých experimentov Coulomb stanovil nasledujúci zákon:
Sily interakcie medzi nehybnými bodové poplatky sú priamo úmerné súčinu modulov náboja a nepriamo úmerné druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi:
Kde: ε – dielektrická konštanta prostredia je bezrozmerná fyzikálna veličina, ktorá ukazuje, koľkokrát bude sila elektrostatickej interakcie v danom prostredí menšia ako vo vákuu (teda koľkokrát prostredie interakciu oslabí). Tu k– koeficient v Coulombovom zákone, hodnota, ktorá určuje číselnú hodnotu sily vzájomného pôsobenia nábojov. V sústave SI sa jeho hodnota rovná:
k= 9,109 m/F.
Sily interakcie medzi bodovými pevnými nábojmi sa riadia tretím Newtonovým zákonom a sú to sily vzájomného odpudzovania s rovnakými znakmi nábojov a sily vzájomnej príťažlivosti s rôznymi znakmi. Interakcia stacionárnych elektrických nábojov je tzv elektrostatické alebo Coulombova interakcia. Odvetvie elektrodynamiky, ktoré študuje Coulombovu interakciu, sa nazýva elektrostatika.
Coulombov zákon platí pre bodovo nabité telesá, rovnomerne nabité gule a gule. V tomto prípade na vzdialenosti r vezmite vzdialenosť medzi stredmi gúľ alebo guľôčok. V praxi je Coulombov zákon dobre splnený, ak sú veľkosti nabitých telies oveľa menšie ako vzdialenosť medzi nimi. Koeficient k v sústave SI sa niekedy píše ako:
Kde: ε 0 = 8,85∙10 –12 F/m – elektrická konštanta.
Skúsenosti ukazujú, že sily Coulombovej interakcie sa riadia princípom superpozície: ak nabité teleso interaguje súčasne s niekoľkými nabitými telesami, potom výsledná sila pôsobiaca na toto teleso sa rovná vektorovému súčtu síl pôsobiacich na toto teleso zo všetkých ostatných nabitých telies. telá.
Pamätajte tiež na dve dôležité definície:
Dirigenti– látky obsahujúce voľné nosiče elektrického náboja. Vo vnútri vodiča môže cez vodiče prúdiť voľný pohyb elektrónov - nosičov náboja. elektriny). Medzi vodiče patria kovy, roztoky a taveniny elektrolytov, ionizované plyny a plazma.
Dielektrika (izolátory)– látky, v ktorých nie sú žiadne voľné nosiče náboja. Voľný pohyb elektrónov v dielektrikách je nemožný (nemôže nimi prechádzať elektrický prúd). Sú to dielektriká, ktoré majú určitú dielektrickú konštantu, ktorá sa nerovná jednote. ε .
Pre dielektrickú konštantu látky platí nasledovné (o tom, čo je elektrické pole tesne pod):
Elektrický náboj a jeho základné vlastnosti.
Zákon zachovania elektrického náboja.
Nabíjačka je skalárna fyzikálna veličina, ktorá určuje intenzitu elektromagnetických interakcií. Jednotkou náboja je [q] coulomb.
Vlastnosti elektrického náboja:
1. Nabíjačka nie je znamienkovo definovaná veličina; existujú kladné aj záporné náboje.
2. Nabíjačka- množstvo je nemenné. Pri pohybe nosiča náboja sa nemení.
3. Nabíjačka aditívum
4. Nabíjačka je násobkom elementárnych. q = Ne. Táto vlastnosť náboja sa nazýva diskrétnosť (kvantizácia).
5. Celkom elektrický náboj akéhokoľvek izolovaného systému. Táto nehnuteľnosť je zákon zachovania elektrického náboja.
Zákon zachovania elektrického náboja - elektrické náboje sa nevytvárajú ani neničia, ale iba sa prenášajú z jedného tela do druhého alebo sa v tele prerozdeľujú.
Elektrostatika. Bodový poplatok. Coulombov zákon. Princíp superpozície síl. Objemová povrchová a lineárna hustota náboja.
Elektrostatika- časť štúdia elektriny, ktorá študuje interakciu stacionárnych elektrických nábojov.
Bodový poplatok je nabité teleso, ktorého veľkosť a tvar možno zanedbať.
Vyhlásenie Coulombovho zákona: Sila elektrostatickej interakcie medzi dvoma bodovými elektrickými nábojmi je priamo úmerná súčinu veľkostí nábojov, nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi a smeruje pozdĺž priamky, ktorá ich spája, takže rovnaké náboje sa odpudzujú a na rozdiel od nich náboje. prilákať.
Princíp superpozície síl spočíva v tom, že pôsobenie viacerých síl možno nahradiť pôsobením jednej – výslednice. Výsledkom je jediná sila, ktorej výsledok je ekvivalentný súčasnému pôsobeniu všetkých síl pôsobiacich na toto teleso.
Lineárna hustota náboja: náboj na jednotku dĺžky.
Hustota povrchového náboja: náboj na jednotku plochy.
Objemová hustota náboja: náboj na jednotku objemu.
Napätie elektrické pole. Elektrické vedenie elektrostatické pole. Sila poľa stacionárneho bodového náboja. Elektrostatické pole. Princíp superpozície.
Intenzita elektrického poľa- vektorová fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje elektrické pole v danom bode a číselne sa rovná pomeru sily pôsobiacej na stacionárny bodový náboj umiestnený v danom bode poľa k veľkosti tohto náboja q.
Elektrostatické siločiary majú nasledujúce vlastnosti:
1. Vždy otvorené: počnúc kladnými nábojmi (alebo v nekonečne) a končiac zápornými nábojmi (alebo v nekonečne).
2 . Nepretínajú sa ani sa navzájom nedotýkajú.
3 . Hustota čiar je väčšia, čím väčšia je intenzita, to znamená, že sila poľa je priamo úmerná počtu siločiar prechádzajúcich jednotkovou plochou umiestnenou kolmo na čiary.
Potenciál elektrostatického poľa. Cirkulácia poľa vektora E. Veta o cirkulácii vektora E elektrostatického poľa v int. a dif. formy, ich zmysluplný význam.
Pretože princíp superpozície platí pre intenzitu elektrostatického poľa, potom každé elektrostatické pole je potenciálne.
Veta o cirkulácii vektora E elektrostatického poľa: Obeh E pozdĺž uzavretej slučky L sa vždy rovná nule.
V dif. forma:
Elektrostatické pole je potenciálne.
Potenciálna energia bodový náboj v elektrostatickom poli. Potenciál elektrostatického poľa. Ekvipotenciálne plochy. Potenciál poľa stacionárneho bodového náboja. Princíp superpozície pre potenciál.
Potenciálna energia náboja v rovnomernom elektrostatickom poli sa rovná:
Potenciál – skalárna veličina je energetická charakteristika poľa v danom bode a rovná sa pomeru potenciálnej energie skúšobného náboja k tomuto náboju.
Ekvipotenciálny povrch je plocha, na ktorej potenciál daného poľa nadobúda rovnakú hodnotu.
Potenciál poľa stacionárneho bodového náboja:
Princíp superpozície pre potenciály- Potenciál poľa vytvorený skupinou nábojov v ľubovoľnom bode sa rovná súčtu potenciálov poľa vytvorených každým nábojom.
moment
a získava potenciál energie
Dipól má:
· minimálny pot. energia:
v polohe (stabilná rovnovážna poloha);
· maximálny pot. energia:
v polohe (nestabilná rovnovážna poloha);
Vo všetkých ostatných prípadoch vzniká moment sily, ktorý otáča dipól do stabilnej rovnovážnej polohy.
Vo vonkajšom nerovnomernom elektrostatickom poli pôsobí moment sily na bodový dipól a tento dipól má potenciálnu energiu
Sila pôsobiaca na bodový dipól v heterogénnom email stat. lúka:
Vo vonkajšom heterogénnom elektr stat. poľa, bodový dipól sa pri súčasnom pôsobení momentu sily otáča v smere poľa a sily, pohybuje sa v smere, kde je absolútna hodnota väčšia (naťahuje sa k silnejšiemu poľu).
V Prieskumníkovi.
V prieskumníkovi sú voľné miesta. náboje sú prúdové nosiče schopné pohybu pod vplyvom ľubovoľne malej sily. v celom objeme vodiča.
Elektrostatická indukcia je fenomén redistribúcie nábojov na povrchu vodiča pod vplyvom strán. elektrostatické pole.
prerozdeľovanie nabíjanie sa zastaví, keď sa dokončí ktorýkoľvek bod na vodiči. podmienka:
Pretože , potom sila elektrostatického poľa v ktoromkoľvek bode vo vnútri vodiča:
Lebo vtedy
– potenciál vodiča je rovnaký. v celom svojom vnútri bodov a na povrchu
Podmienky pre stacionárne rozloženie náboja vo vodiči:
2.Izb. vo vodiči nie sú žiadne náboje a indukované náboje sú rozdelené
na svojom povrchu ()
3.V blízkosti vonkajšej strany povrchu. vektor vodiča smeruje kolmo k tomuto
povrch v každom bode ()
4. Celý objem vodiča je ekvipotenciálnej oblasti a jej povrch je ekvipotenciálny
Obvod s prúdom v magnetickom poli. Moment síl pôsobiacich na obvod s prúdom a potenciálna energia obvodu s prúdom v rovnomernom magnetickom poli. Práca síl magnetické pole pri pohybe obvodu s prúdom.
Magnetický moment linkový prúd Ja, kráčajúc pozdĺž uzavretého plochého obrysu (ktorého všetky body ležia v rovnakej rovine):
S – plocha ohraničená obrysom; v SI = A*
Výsledná ampérová sila pôsobiaca na prúdový obvod v rovnomernom magnetickom poli je 0.
Preto celkový moment ampérových síl nezávisí od výberu bodu O, vzhľadom na ktorý sa vypočíta:
Moment sily pôsobiaci na uzavretý obvod s prúdom I v magnetickom poli indukcie:
Keď M=0 (t.j. prúdový obvod je v rovnováhe).
Keď na obvod pôsobí maximálny moment sily.
Potenciálna energia uzavretého obvodu s prúdom v magnetickom poli:
Ampérová sila:
V tomto prípade smer kladnej normály tvorí pravotočivý systém. Tento vzorec platí v prípade ľubovoľného pohybu obrysu akéhokoľvek tvaru v magnetickom poli.
29. Magnetické pole v hmote. Magnetizácia dia- a paramagnetov. Magnetizačný vektor . Veta o cirkulácii vektorového poľa v integrálnej a diferenciálnej forme.
Akákoľvek látka je magnetická (to znamená, že sa môže magnetizovať pod vplyvom vonkajšieho magnetického poľa)
Vodivý prúd (I, ) je prúd spôsobený smerovým pohybom nosičov prúdu v látke.
Molekulové prúdy () – prúdy spojené s orbitálnym pohybom a rotáciou elementárnych častíc v atómoch hmoty. Každý molekulárny prúd má magnetický moment.
Diamagnety sú látky, ktorých magnetické momenty atómov v neprítomnosti vonkajšieho magnetického poľa sú rovné nule, t.j. kompenzujú sa magnetické momenty všetkých elementárnych častíc atómu (molekuly).
Paramagnetické látky sú látky, ktorých atómy majú v neprítomnosti vonkajšieho magnetického poľa nenulový magnetický moment, ale ich smer je náhodne orientovaný.
Keď sa diamagnetický materiál zavedie do vonkajšieho magnetického poľa, v každom jeho atóme sa indukuje dodatočný krútiaci moment nasmerovaný proti vonkajšiemu magnetickému poľu.
Keď sa paramagnetická látka dostane do vonkajšieho magnetického poľa, magnetický moment jej atómov (molekúl) sa orientuje v smere vonkajšieho poľa.
Magnetizácia látky je spôsobená preferenčnou orientáciou alebo indukciou jednotlivých molekúl v jednom smere. Magnetizácia látky vedie k vzniku magnetizačných prúdov (molekulárne prúdy spriemerované v makroskopickej oblasti):
kde je vektor hustoty magnetizačného prúdu prechádzajúceho cez orientovaný povrch S.
Podľa princípu superpozície:
kde je indukcia vonkajšieho poľa;
Indukcia magnetického poľa magnetizačných prúdov.
Magnetizačný vektor je kvantitatívna charakteristika zmagnetizovaného stavu látky, ktorá sa rovná pomeru celkového magnetického momentu fyzicky malého objemu magnetu k tomuto objemu:
V SI [J] = A/m.
Veta o cirkulácii vektora magnetostatického poľa v diferenciálnom tvare:
v ktoromkoľvek bode magnetostatického poľa sa rotor vektora rovná vektoru hustoty magnetizačného prúdu v tom istom bode.
Elektrostatika -Ide o oblasť fyziky, ktorá študuje interakciu a vlastnosti systémov elektrických nábojov stacionárnych vzhľadom na vybranú inerciálnu referenčnú sústavu.
Základ celej rozmanitosti prírodných javov spočíva v štyroch základných interakciách medzi elementárnymi časticami
gravitačný,
elektromagnetické,
Elektrický náboj - nosič elektromagnetická interakcia.
Základné vlastnosti nábojov
1. Elektrický náboj môže byť dvoch typov: pozitívne(keď sa pokožka trie o sklo) a negatívne(pri potieraní srsti ebonitom). Telesá s elektrickými nábojmi rovnakého znamenia sa navzájom odpudzujú, telesá s nábojmi opačných znamení sa priťahujú.
2. Nosiče elektrického náboja sú nabité elementárne častice s elementárny náboj(Coulomb je jednotka SI elektrického náboja)
protón – kladný nosič náboja (+ e), (m p=1,6710 -27 kg);
elektrón - nosič záporného náboja (- e), (m e= 9,1110 -31 kg).
Náboj akéhokoľvek iného telesa je celočíselným násobkom elementárny elektrický náboj.
3. Základný zákon zachovania elektrického náboja(vykonávané v akýchkoľvek procesoch tvorby a ničenia elementárnych častíc): v žiadnom elektricky izolovanom systéme sa algebraický súčet nábojov nemení .
4. Elektrický náboj je relativistacki invariant: jeho veľkosť nezávisí od vzťažnej sústavy, a teda nezávisí od toho, či sa pohybuje alebo je v pokoji.
Takže nabiť telo pozitívne znamená odobrať mu určitý počet elektrónov a nabiť ho negatívne znamená dať telu určitý počet elektrónov navyše. Všimnite si, že telesné náboje rádovo 1 nC = 10 -9 C možno považovať za dosť významné. Aby malo teleso takýto náboj, musí sa počet elektrónov v ňom líšiť od počtu protónov o ! veci.
Klasifikácia telies v závislosti od koncentrácie voľných nábojov
Dirigentijadruh– kovy (náboje sa pohybujú bez chemických premien);
DirigentiIIdruh– elektrolyty (pohyb nábojov je sprevádzaný chemickými premenami);
Dirigenti(subjekty s voľným pohybom poplatkov v celom objeme);
Polovodiče(telesá s obmedzeným pohybom náloží);
Dielektrika(orgány, v ktorých prakticky neexistujú žiadne bezplatné poplatky);
Jednotka elektrického náboja Coulomb je deriváciou jednotky prúdu, je to elektrický náboj prechádzajúci prierezom vodiča pri prúde 1A za 1s (1C = 1A1s).
Coulombov zákon. Dielektrická konštanta a jej fyzikálny význam
Ryža. 1. Schéma interakcie bodových nábojov
,
(1)
Kde k– koeficient proporcionality v závislosti od výberu merných jednotiek. V sústave SI
- elektrická konštanta.
sila F volal Coulombova sila, je to príťažlivá sila, ak majú náboje rôzne znamienka (obr. 1), a odpudivá sila, ak majú náboje rovnaké znamienko.
Ak sú elektrické náboje umiestnené vo vnútri dielektrika, potom sila elektrickej interakcie klesá v súlade s výrazom:
,
(2)
Kde 
- dielektrická konštanta prostredia, ktorá ukazuje, koľkokrát je sila vzájomného pôsobenia medzi bodovými nábojmi v dielektriku menšia ako sila ich interakcie vo vákuu.
Hodnoty dielektrickej konštanty pre niektoré látky
