Električno punjenje– fizička veličina koja karakteriše sposobnost tela da stupa u elektromagnetne interakcije. Izmjereno u kulonima.
Elementarni električni naboj– minimalni naboj koji imaju elementarne čestice (naboj protona i elektrona).
Tijelo ima naboj, znači da ima dodatne ili nedostajuće elektrone. Ova naknada je određena q=ne. (jednako je broju elementarnih naelektrisanja).
Naelektrizirajte tijelo– stvaraju višak i nedostatak elektrona. Metode: naelektrisanje trenjem I elektrifikacija kontaktom.
Point zore d je naboj tijela, koji se može uzeti kao materijalna tačka.
Test punjenje(
) – tačka, mali naboj, uvijek pozitivan – koristi se za proučavanje električnog polja.
Zakon održanja naboja:u izolovanom sistemu, algebarski zbir naboja svih tijela ostaje konstantan za bilo koju interakciju ovih tijela jedno s drugim.
Coulombov zakon:sile interakcije između dva točkasta naboja proporcionalne su umnošku ovih naboja, obrnuto proporcionalne kvadratu udaljenosti između njih, zavise od svojstava medija i usmjerene su duž prave linije koja spaja njihova središta.
, Gdje 
F/m, Cl 2 /nm 2 – dielektrik. brzo. vakuum
- odnosi se. dielektrična konstanta (>1)
- apsolutna dielektrična permeabilnost. okruženje
Električno polje– materijalni medij kroz koji dolazi do interakcije električnih naboja.
Svojstva električnog polja:
Karakteristike električnog polja:
Tenzija(E) je vektorska veličina jednaka sili koja djeluje na jedinično probno punjenje postavljeno u datu tačku.
Mjereno u N/C. 
Smjer– isto kao i sila koja djeluje.
Tenzija ne zavisi ni na snagu ni na veličinu ispitnog punjenja.
Superpozicija električnih polja: jačina polja koju stvara nekoliko naboja jednaka je vektorskom zbroju jačine polja svakog naboja:
Grafički Elektronsko polje je predstavljeno pomoću zateznih linija.
Zatezna linija– prava čija se tangenta u svakoj tački poklapa sa smjerom vektora napetosti.
Svojstva zateznih vodova: ne seku se, kroz svaku tačku se može povući samo jedna prava; nisu zatvoreni, ostavljaju pozitivan naboj i ulaze u negativan, ili se raspršuju u beskonačnost.
Vrste polja:
Jedinstveno električno polje– polje čiji je vektor intenziteta u svakoj tački isti po veličini i pravcu.
Nejednoliko električno polje– polje čiji je vektor intenziteta u svakoj tački nejednak po veličini i pravcu.
Konstantno električno polje– vektor napetosti se ne mijenja.
Promjenjivo električno polje– mijenja se vektor napetosti.
Rad električnog polja za pomicanje naboja.
, gdje je F sila, S je pomak, 
- ugao između F i S.
Za jednolično polje: sila je konstantna.
Rad ne zavisi od oblika putanje; rad obavljen za kretanje po zatvorenoj putanji je nula.
Za neujednačeno polje:
Potencijal električnog polja– omjer rada koji polje vrši, pomjerajući ispitni električni naboj u beskonačnost, i veličinom ovog naboja.
-potencijal– energetska karakteristika polja. Mjereno u voltima
Razlika potencijala:
Ako 
, To 
, znači 
-potencijalni gradijent.
Za jednolično polje: razlika potencijala – voltaža:
. Mjeri se u voltima, uređaji su voltmetri.
Električni kapacitet– sposobnost tijela da akumuliraju električni naboj; omjer naboja i potencijala, koji je uvijek konstantan za dati provodnik.
.
Ne zavisi od naelektrisanja i ne zavisi od potencijala. Ali to ovisi o veličini i obliku vodiča; na dielektrična svojstva medija.
, gdje je r veličina, 
- propusnost okoline oko tela.
Električni kapacitet se povećava ako se bilo koja tijela - provodnici ili dielektrici - nalaze u blizini.
Kondenzator– uređaj za akumuliranje punjenja. Električni kapacitet: 
Ravni kondenzator– dvije metalne ploče sa dielektrikom između njih. Električni kapacitet ravnog kondenzatora:
, gdje je S površina ploča, d je udaljenost između ploča.
Energija napunjenog kondenzatora jednak radu električnog polja pri prijenosu naboja s jedne ploče na drugu.
Prenos malog punjenja 
, napon će se promijeniti na 
, posao je obavljen 
. Jer 
, i C =const, 
. Onda 
. Hajde da integrišemo:
Energija električnog polja:
, gdje je V=Sl zapremina koju zauzima električno polje
Za neujednačeno polje:
.
Volumetrijska gustina električnog polja:
. Izmjereno u J/m 3.
Električni dipol– sistem koji se sastoji od dva jednaka, ali suprotna po predznaku, tačkasta električna naboja koja se nalaze na određenoj udaljenosti jedan od drugog (dipol krak -l).
Glavna karakteristika dipola je dipolni moment– vektor jednak proizvodu naboja i kraka dipola, usmjerenog od negativnog na pozitivnog naboja. Određeno 
. Izmjereno u kulonskim metrima.
Dipol u jednoličnom električnom polju.
Na svaki naboj dipola djeluju sljedeće sile: 
I 
. Ove sile su suprotno usmjerene i stvaraju moment para sila - moment:, gdje
M – moment F – sile koje djeluju na dipol
d – krak praga – dipol krak
p – dipolni moment E – napetost
- ugao između p Eq – naboja
Pod uticajem obrtnog momenta, dipol će se rotirati i poravnati u pravcu zateznih linija. Vektori p i E će biti paralelni i jednosmjerni.
Dipol u neujednačenom električnom polju.
Postoji obrtni moment, što znači da će se dipol rotirati. Ali sile će biti nejednake, a dipol će se pomeriti tamo gde je sila veća.
-gradijent napetosti. Što je veći gradijent napetosti, veća je bočna sila koja vuče dipol. Dipol je orijentisan duž linija sile.
Intrinzično polje dipola.
Ali . onda:
.
Neka je dipol u tački O i neka mu je krak mali. onda:
.
Formula je dobijena uzimajući u obzir: 
Dakle, razlika potencijala zavisi od sinusa poluugla pod kojim su tačke dipola vidljive i projekcije dipolnog momenta na pravu liniju koja povezuje ove tačke.
Dielektrici u električnom polju.
Dielektrik- tvar koja nema slobodne naboje, pa samim tim ne provodi električnu struju. Međutim, u stvari, provodljivost postoji, ali je zanemarljiva.
Dielektrične klase:
sa polarnim molekulima (voda, nitrobenzen): molekuli nisu simetrični, centri mase pozitivnih i negativnih naboja se ne poklapaju, što znači da imaju dipolni moment čak iu slučaju kada nema električnog polja.
kod nepolarnih molekula (vodik, kisik): molekuli su simetrični, centri mase pozitivnih i negativnih naboja se poklapaju, što znači da nemaju dipolni moment u odsustvu električnog polja.
kristalni (natrijum hlorid): kombinacija dve podrešetke, od kojih je jedna pozitivno, a druga negativno; u odsustvu električnog polja, ukupni dipolni moment je nula.
Polarizacija– proces prostornog razdvajanja naelektrisanja, pojava vezanih naelektrisanja na površini dielektrika, što dovodi do slabljenja polja unutar dielektrika.
Metode polarizacije:
Metoda 1 – elektrohemijska polarizacija:
Na elektrodama – kretanje kationa i anjona prema njima, neutralizacija supstanci; formiraju se područja pozitivnih i negativnih naboja. Struja se postepeno smanjuje. Brzina uspostavljanja mehanizma neutralizacije karakterizira vrijeme relaksacije - to je vrijeme tokom kojeg se polarizacijski emf povećava od 0 do maksimuma od trenutka primjene polja. 
= 10 -3 -10 -2 s.
Metoda 2 – orijentacijska polarizacija:
Nekompenzirane polarne nastaju na površini dielektrika, tj. javlja se fenomen polarizacije. Napon unutar dielektrika manji je od vanjskog napona. Vrijeme opuštanja: 
= 10 -13 -10 -7 s. Frekvencija 10 MHz.
Metoda 3 – elektronska polarizacija:
Karakteristično za nepolarne molekule koji postaju dipoli. Vrijeme opuštanja: 
= 10 -16 -10 -14 s. Frekvencija 10 8 MHz.
Metoda 4 – polarizacija jona:
Dvije rešetke (Na i Cl) su pomjerene jedna u odnosu na drugu.
Vrijeme opuštanja: 
Metoda 5 – mikrostrukturna polarizacija:
Karakteristično za biološke strukture kada se izmjenjuju nabijeni i nenabijeni slojevi. Dolazi do preraspodjele jona na polupropusnim ili jononepropusnim pregradama.
Vrijeme opuštanja: 
=10 -8 -10 -3 s. Frekvencija 1KHz
Numeričke karakteristike stepena polarizacije:
Struja– ovo je uređeno kretanje slobodnih naboja u materiji ili u vakuumu.
Uslovi za postojanje električne struje:
prisustvo besplatnih naknada
prisustvo električnog polja, tj. sile koje deluju na ove optužbe
Snaga struje– vrijednost jednaka naboju koji prolazi kroz bilo koji poprečni presjek provodnika u jedinici vremena (1 sekunda)
Mjereno u amperima.
n – koncentracija naboja
q – vrijednost punjenja
S – površina poprečnog presjeka provodnika
- brzina usmjerenog kretanja čestica.
Brzina kretanja naelektrisanih čestica u električnom polju je mala - 7 * 10 -5 m/s, brzina prostiranja električnog polja je 3 * 10 8 m/s.
Gustoća struje– količina punjenja koja prolazi kroz poprečni presjek od 1 m2 u 1 sekundi.
. Mjereno u A/m2.
- sila koja djeluje na jon iz električnog polja jednaka je sili trenja
- pokretljivost jona
- brzina usmjerenog kretanja jona = pokretljivost, jačina polja
Što je veća koncentracija iona, njihov naboj i pokretljivost, to je veća specifična vodljivost elektrolita. Kako temperatura raste, povećava se mobilnost iona i povećava se električna provodljivost.
Fizički procesi koji se dešavaju u prirodi nisu uvijek objašnjeni zakonima molekularne kinetičke teorije, mehanike ili termodinamike. Postoje i elektromagnetne sile koje djeluju na daljinu i ne zavise od mase tijela.
Njihove manifestacije prvi put su opisane u radovima starogrčkih naučnika, kada su privlačili lagane, male čestice pojedinačnih supstanci jantarom utrljanim na vunu.
Istorijski doprinos naučnika razvoju elektrodinamike
Eksperimente sa ćilibarom detaljno je proučavao engleski istraživač William Gilbert. Poslednjih godina 16. veka napravio je izveštaj o svom radu i označio objekte koji mogu da privlače druga tela na daljinu terminom „naelektrisani“.
Francuski fizičar Charles Dufay utvrdio je postojanje naboja suprotnih znakova: neka su nastala trenjem staklenih predmeta o svilenu tkaninu, a druga smolama o vunu. Tako ih je nazvao: staklo i smola. Nakon završetka istraživanja Benjamin Franklin Uveden je koncept negativnih i pozitivnih naboja.
Charles Coulomb je ostvario mogućnost mjerenja sile naboja dizajnom torzijskih vage vlastitog izuma.
Robert Millikan je na osnovu serije eksperimenata ustanovio diskretnu prirodu električnih naboja bilo koje supstance, dokazujući da se oni sastoje od određenog broja elementarnih čestica. (Ne treba ga brkati s drugim konceptom ovog pojma – fragmentacija, diskontinuitet.)
Radovi ovih naučnika poslužili su kao temelj savremenog znanja o procesima i pojavama koje se dešavaju u električnim i magnetnim poljima stvorenim električnim naelektrisanjem i njihovom kretanju, koje proučava elektrodinamika.
Definicija naboja i principi njihove interakcije
Električni naboj karakterizira svojstva tvari koje im daju sposobnost stvaranja električnih polja i interakcije u elektromagnetnim procesima. Naziva se i količinom električne energije i definira se kao fizička skalarna veličina. Za označavanje naboja koriste se simboli “q” ili “Q”, a u mjerenjima koriste jedinicu “Coulomb”, nazvanu po francuskom naučniku koji je razvio jedinstvenu tehniku.
Stvorio je uređaj čije tijelo koristi kuglice okačene na tanku kvarcnu nit. Oni su na određeni način bili orijentisani u prostoru, a njihov položaj je zabeležen u odnosu na stepenastu skalu sa jednakim podelama.
Kroz specijalnu rupu na poklopcu, do ovih kuglica je dovedena još jedna lopta sa dodatnim punjenjem. Snage interakcije koje su se pojavile uzrokovale su da se loptice sklone i okreću klackalicu. Veličina razlike u očitanjima na skali prije i nakon uvođenja naboja omogućila je procjenu količine električne energije u ispitivanim uzorcima.
Naelektrisanje od 1 kulona karakteriše se u SI sistemu strujom od 1 ampera koja prolazi kroz poprečni presek provodnika u vremenu koje je jednako 1 sekundi.
Moderna elektrodinamika sve električne naboje dijeli na:
pozitivno;
negativan.
Kada međusobno djeluju, razvijaju sile čiji smjer ovisi o postojećem polaritetu.
Naboji iste vrste, pozitivni ili negativni, uvijek se odbijaju u suprotnim smjerovima, pokušavajući da se udalje jedan od drugog što je više moguće. A naboji suprotnih znakova imaju sile koje teže da ih zbliže i ujedine u jednu cjelinu.
Princip superpozicije
Kada postoji više naboja u određenom volumenu, na njih se primjenjuje princip superpozicije.
Njegovo značenje je da svaki naboj na određeni način, prema gore opisanoj metodi, stupa u interakciju sa svim ostalima, privlačeći ga različiti tipovi i odbijaju ga oni istog tipa. Na primjer, na pozitivno naelektrisanje q1 utiče sila privlačenja F31 na negativni naboj q3 i sila odbijanja F21 od q2.
Rezultirajuća sila F1 koja djeluje na q1 određena je geometrijskim sabiranjem vektora F31 i F21. (F1= F31+ F21).
Ista metoda se koristi za određivanje rezultujućih sila F2 i F3 na naelektrisanja q2 i q3, respektivno.
Koristeći princip superpozicije, zaključeno je da za određeni broj naboja u zatvorenom sistemu između svih njegovih tijela djeluju stabilne elektrostatičke sile, a potencijal u bilo kojoj određenoj tački u ovom prostoru jednak je zbroju potencijala svih individualno primenjene naknade.
Efekat ovih zakona potvrđuju kreirani uređaji elektroskop i elektrometar koji imaju opšti princip rada.
Elektroskop se sastoji od dvije identične oštrice tanke folije obješene u izolirani prostor pomoću provodljive niti pričvršćene za metalnu kuglicu. U normalnom stanju, naboji ne djeluju na ovu kuglicu, tako da latice slobodno vise u prostoru unutar sijalice uređaja.
Kako se naboj može prenositi između tijela?
Ako na kuglu elektroskopa prinesete nabijeno tijelo, na primjer, štap, naboj će proći kroz kuglicu duž vodljive niti do latica. Primit će isti naboj i početi se udaljavati jedan od drugog za ugao proporcionalan primijenjenoj količini električne energije.
Elektrometar ima isti osnovni uređaj, ali ima male razlike: jedna latica je trajno fiksirana, a druga se proteže od nje i opremljena je strelicom koja vam omogućava očitavanje s graduisane skale.
Za prijenos naboja sa udaljenog, stacionarnog i napunjenog tijela na elektrometar, možete koristiti srednje nosače.
Mjerenja koja se vrše elektrometrom nemaju visoku klasu tačnosti i na osnovu njih je teško analizirati sile koje djeluju između naelektrisanja. Kulonove torzijske vage su pogodnije za njihovo proučavanje. Koriste kuglice čiji su prečnici znatno manji od njihove udaljenosti jedna od druge. Imaju svojstva točkastih naboja - nabijenih tijela, čije dimenzije ne utječu na točnost uređaja.
Mjerenja koje je obavio Coulomb potvrdila su njegovu pretpostavku da se tačkasto naelektrisanje prenosi sa nabijenog tijela na tijelo istih svojstava i mase, ali nenabijeno, na način da bude ravnomjerno raspoređeno između njih, smanjujući se za faktor 2 na izvor. Na taj način je bilo moguće smanjiti iznos naplate za dva, tri ili druga puta.
Sile koje postoje između stacionarnih električnih naboja nazivaju se Kulonovom ili statičkom interakcijom. Njih proučava elektrostatika, jedna od grana elektrodinamike.
Vrste električnih nosača naboja
Moderna nauka smatra da je najmanja negativno nabijena čestica elektron, a pozitron najmanja pozitivno nabijena čestica. Imaju istu masu 9,1·10-31 kg. Proton elementarne čestice ima samo jedan pozitivan naboj i masu od 1,7·10-27 kg. U prirodi je broj pozitivnih i negativnih naboja uravnotežen.
U metalima nastaje kretanje elektrona, au poluvodičima su nosioci njegovih naboja elektroni i rupe.
U plinovima struja nastaje kretanjem jona - nabijenih neelementarnih čestica (atoma ili molekula) s pozitivnim nabojem, zvanih kationi ili negativni naboji - anioni.
Ioni se formiraju iz neutralnih čestica.
Pozitivan naboj stvara čestica koja je izgubila elektron pod utjecajem snažnog električnog pražnjenja, svjetlosnog ili radioaktivnog zračenja, strujanja vjetra, kretanja vodenih masa ili niza drugih razloga.
Negativni ioni nastaju od neutralnih čestica koje su dodatno primile elektron.
Upotreba ionizacije u medicinske svrhe i svakodnevni život
Istraživači su odavno uočili sposobnost negativnih jona da utiču na ljudski organizam, poboljšaju potrošnju kiseonika u vazduhu, brže ga isporučuju tkivima i ćelijama i ubrzavaju oksidaciju serotonina. Sve to zajedno značajno poboljšava imunitet, popravlja raspoloženje i ublažava bol.
Prvi ionizator koji se koristio za liječenje ljudi zvao se Chizhevsky lusteri, u čast sovjetskog naučnika koji je stvorio uređaj koji ima blagotvoran učinak na zdravlje ljudi.
U modernim kućnim električnim aparatima možete pronaći ugrađene jonizatore u usisivače, ovlaživače, fenove, sušilice...
Specijalni jonizatori zraka pročišćavaju zrak i smanjuju količinu prašine i štetnih nečistoća.
Jonizatori vode mogu smanjiti količinu hemijskih reagensa u svom sastavu. Koriste se za čišćenje bazena i ribnjaka, zasićujući vodu ionima bakra ili srebra, koji smanjuju rast algi i uništavaju viruse i bakterije.
Teme kodifikatora Jedinstvenog državnog ispita: elektrifikacija tijela, interakcija naelektrisanja, dvije vrste naelektrisanja, zakon održanja električnog naboja.
Elektromagnetne interakcije spadaju među najosnovnije interakcije u prirodi. Sile elastičnosti i trenja, pritisak gasa i još mnogo toga mogu se svesti na elektromagnetne sile između čestica materije. Same elektromagnetne interakcije više se ne svode na druge, dublje vrste interakcija.
Jednako temeljna vrsta interakcije je gravitacija - gravitaciono privlačenje bilo koja dva tijela. Međutim, postoji nekoliko važnih razlika između elektromagnetnih i gravitacionih interakcija.
1. Ne može svako učestvovati u elektromagnetnim interakcijama, već samo naplaćeno tijela (imaju električni naboj).
2. Gravitaciona interakcija je uvijek privlačenje jednog tijela drugom. Elektromagnetne interakcije mogu biti ili privlačne ili odbojne.
3. Elektromagnetna interakcija je mnogo intenzivnija od gravitacijske interakcije. Na primjer, sila električnog odbijanja između dva elektrona je nekoliko puta veća od sile njihovog gravitacijskog privlačenja jedan prema drugom.
Svako nabijeno tijelo ima određenu količinu električnog naboja. Električni naboj je fizička veličina koja određuje snagu elektromagnetne interakcije između prirodnih objekata. Jedinica naplate je privjesak(Cl).
Dvije vrste punjenja
Pošto je gravitaciona interakcija uvek privlačnost, mase svih tela nisu negativne. Ali to nije tačno za optužbe. Pogodno je opisati dvije vrste elektromagnetne interakcije - privlačenje i odbijanje - uvođenjem dvije vrste električnih naboja: pozitivno I negativan.
Naboji različitih znakova se međusobno privlače, a naboji različitih znakova se međusobno odbijaju. Ovo je ilustrovano na sl. 1 ; Kuglice obješene na niti dobijaju naboje jednog ili drugog znaka.
Rice. 1. Interakcija dvije vrste naboja
Široko rasprostranjena manifestacija elektromagnetskih sila objašnjava se činjenicom da atomi bilo koje tvari sadrže nabijene čestice: jezgra atoma sadrži pozitivno nabijene protone, a negativno nabijeni elektroni kreću se po orbitama oko jezgre.
Naboji protona i elektrona jednaki su po veličini, a broj protona u jezgri jednak je broju elektrona u orbiti, pa se stoga ispostavlja da je atom kao cjelina električno neutralan. Zbog toga, u normalnim uslovima, ne primećujemo elektromagnetski uticaj okolnih tela: ukupni naboj svakog od njih je nula, a naelektrisane čestice su ravnomerno raspoređene po zapremini tela. Ali ako je električna neutralnost narušena (na primjer, kao rezultat elektrifikacija) tijelo odmah počinje djelovati na okolne nabijene čestice.
Zašto postoje upravo dvije vrste električnih naboja, a ne neki drugi broj, trenutno nije poznato. Možemo samo tvrditi da prihvatanje ove činjenice kao primarne daje adekvatan opis elektromagnetnih interakcija.
Naboj protona je Cl. Naboj elektrona je suprotan njemu po predznaku i jednak je Cl. Magnituda
pozvao elementarnog naboja. Ovo je najmanji mogući naboj: slobodne čestice sa manjim nabojem nisu otkrivene u eksperimentima. Fizika još ne može objasniti zašto priroda ima najmanji naboj i zašto je njena veličina upravo tolika.
Naboj bilo kojeg tijela uvijek se sastoji od cjelina broj elementarnih naboja:
Ako je , tada tijelo ima višak elektrona (u poređenju sa brojem protona). Ako, naprotiv, tijelu nedostaju elektroni: ima više protona.
Elektrifikacija tijela
Da bi makroskopsko tijelo moglo vršiti električni utjecaj na druga tijela, ono mora biti naelektrizirano. Elektrifikacija je povreda električne neutralnosti tijela ili njegovih dijelova. Kao rezultat naelektrisanja, tijelo postaje sposobno za elektromagnetne interakcije.
Jedan od načina da se tijelo naelektrizira je da mu se prenese električni naboj, odnosno da se postigne višak naelektrisanja istog znaka u datom tijelu. To je lako učiniti pomoću trenja.
Dakle, kada se stakleni štapić trlja svilom, dio njegovih negativnih naboja odlazi na svilu. Kao rezultat toga, štap postaje pozitivno nabijen, a svila negativno. Ali kada trljate štapić od ebonita s vunom, dio negativnih naboja se prenosi sa vune na štap: štap je nabijen negativno, a vuna pozitivno.
Ova metoda naelektrisanja tijela se zove naelektrisanje trenjem. Svaki put kada skinete džemper preko glave nailazite na naelektrizirano trenje ;-)
Druga vrsta elektrifikacije se zove elektrostatička indukcija, ili elektrifikacija uticajem. U tom slučaju ukupni naboj tijela ostaje jednak nuli, ali se preraspoređuje tako da se u nekim dijelovima tijela akumuliraju pozitivni, a u drugim negativni naboji.
Rice. 2. Elektrostatička indukcija
Pogledajmo sl. 2. Na određenoj udaljenosti od metalnog tijela postoji pozitivan naboj. Privlači negativne metalne naboje (slobodne elektrone), koji se akumuliraju na dijelovima površine tijela najbližim naboju. Nekompenzirani pozitivni naboji ostaju u udaljenim područjima.
Unatoč činjenici da je ukupni naboj metalnog tijela ostao jednak nuli, u tijelu je došlo do prostornog razdvajanja naboja. Ako sada podijelimo tijelo duž isprekidane linije, desna polovina će biti negativno nabijena, a lijeva polovina pozitivno.
Pomoću elektroskopa možete promatrati naelektriziranje tijela. Jednostavan elektroskop je prikazan na sl. 3 (slika sa en.wikipedia.org).
Rice. 3. Elektroskop
Šta se dešava u ovom slučaju? Pozitivno nabijen štap (na primjer, prethodno protrljan) dovodi se do diska elektroskopa i na njemu skuplja negativan naboj. Ispod, na pokretnim listovima elektroskopa, ostaju nekompenzirani pozitivni naboji; Odgurujući se jedno od drugog, listovi se kreću u različitim smjerovima. Ako uklonite štap, naboji će se vratiti na svoje mjesto i listovi će pasti.
Fenomen elektrostatičke indukcije u velikim razmjerima uočen je tokom grmljavine. Na sl. 4 vidimo grmljavinu koja prolazi preko zemlje.
Rice. 4. Elektrifikacija zemlje grmljavinskim oblakom
Unutar oblaka nalaze se komadi leda različitih veličina, koji se miješaju uzlaznim strujama zraka, sudaraju se jedni s drugima i naelektriziraju se. Ispostavilo se da se u donjem dijelu oblaka nakuplja negativan naboj, a u gornjem dijelu akumulira pozitivan naboj.
Negativno nabijeni donji dio oblaka indukuje pozitivne naboje ispod sebe na površini zemlje. Pojavljuje se džinovski kondenzator sa kolosalnim naponom između oblaka i zemlje. Ako je ovaj napon dovoljan da razbije zračni jaz, tada će doći do pražnjenja - dobro poznate munje.
Zakon održanja naboja
Vratimo se na primjer naelektrisanja trenjem – trljanje štapa krpom. U tom slučaju štap i komad tkanine dobijaju naboje jednake veličine i suprotnog predznaka. Njihov ukupni naboj bio je jednak nuli prije interakcije i ostaje jednak nuli nakon interakcije.
Vidimo ovdje zakon održanja naboja, koji glasi: u zatvorenom sistemu tijela, algebarski zbir naboja ostaje nepromijenjen tokom bilo kojeg procesa koji se odvija sa ovim tijelima:
Zatvorenost sistema tijela znači da ova tijela mogu razmjenjivati naboje samo između sebe, ali ne i sa bilo kojim drugim objektima izvan ovog sistema.
Prilikom naelektrisanja štapa, nema ničeg iznenađujućeg u očuvanju naelektrisanja: koliko je naelektrisanih čestica napustilo štap, ista količina je došla na komad tkanine (ili obrnuto). Ono što je iznenađujuće je da je u složenijim procesima popraćeno međusobne transformacije elementarne čestice i mijenjanje broja nabijenih čestica u sistemu, ukupni naboj je i dalje očuvan!
Na primjer, na sl. Na slici 5 prikazan je proces u kojem se udio elektromagnetnog zračenja (tzv foton) pretvara se u dvije nabijene čestice - elektron i pozitron. Ispostavlja se da je takav proces moguć pod određenim uvjetima - na primjer, u električnom polju atomskog jezgra.
Rice. 5. Rođenje para elektron-pozitron
Naboj pozitrona je po veličini jednak naboju elektrona i suprotnog predznaka. Zakon održanja naboja je ispunjen! Zaista, na početku procesa imali smo foton čiji je naboj bio nula, a na kraju smo dobili dvije čestice sa ukupnim nabojem nula.
Zakon održanja naelektrisanja (zajedno sa postojanjem najmanjeg elementarnog naelektrisanja) danas je primarna naučna činjenica. Fizičari još nisu u stanju da objasne zašto se priroda ponaša ovako, a ne drugačije. Možemo samo konstatovati da su ove činjenice potvrđene brojnim fizičkim eksperimentima.
Sažetak o elektrotehnici
Završio: Agafonov Roman
Agroindustrijska škola Luga
Nemoguće je dati kratku definiciju naplate koja je zadovoljavajuća u svakom pogledu. Navikli smo da nalazimo razumljiva objašnjenja za veoma složene formacije i procese kao što su atom, tečni kristali, raspodela molekula po brzini itd. Ali najosnovniji, temeljni pojmovi, nedjeljivi na jednostavnije, lišeni, prema današnjoj nauci, bilo kakvog unutrašnjeg mehanizma, više se ne mogu ukratko objasniti na zadovoljavajući način. Pogotovo ako objekte ne opažamo direktno našim osjetilima. Na ove osnovne koncepte se odnosi električni naboj.
Pokušajmo prvo otkriti ne što je električni naboj, već šta se krije iza tvrdnje: ovo tijelo ili čestica ima električni naboj.
Znate da su sva tijela građena od sićušnih čestica, nedjeljivih na jednostavnije (koliko sada zna nauka) čestice, koje se stoga nazivaju elementarnim. Sve elementarne čestice imaju masu i zbog toga se privlače jedna drugoj. Prema zakonu univerzalne gravitacije, sila privlačenja opada relativno sporo kako se rastojanje između njih povećava: obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti. Osim toga, većina elementarnih čestica, iako ne sve, imaju sposobnost interakcije jedna s drugom silom koja se također smanjuje inverzno proporcionalno kvadratu udaljenosti, ali ta sila je ogroman broj puta veća od sile gravitacije. . Dakle, u atomu vodika, shematski prikazanom na slici 1, elektron je privučen jezgru (proton) sa silom 1039 puta većom od sile gravitacionog privlačenja.
Ako čestice međusobno djeluju silama koje se polako smanjuju s povećanjem udaljenosti i koje su mnogo puta veće od sila gravitacije, tada se kaže da te čestice imaju električni naboj. Same čestice se nazivaju naelektrisane. Postoje čestice bez električnog naboja, ali nema električnog naboja bez čestice.
Interakcije između nabijenih čestica nazivaju se elektromagnetnim. Kada kažemo da su elektroni i protoni električno nabijeni, to znači da su sposobni za interakcije određene vrste (elektromagnetske), i ništa više. Nedostatak naboja na česticama znači da ne detektuje takve interakcije. Električni naboj određuje intenzitet elektromagnetnih interakcija, kao što masa određuje intenzitet gravitacijskih interakcija. Električni naboj je druga (posle mase) najvažnija karakteristika elementarnih čestica, koja određuje njihovo ponašanje u okolnom svijetu.
Dakle
Električni naboj je fizička skalarna veličina koja karakterizira svojstvo čestica ili tijela da ulaze u interakcije elektromagnetne sile.
Električni naboj je simboliziran slovima q ili Q.
Kao što se u mehanici često koristi koncept materijalne tačke, što omogućava značajno pojednostavljenje rješavanja mnogih problema, kada se proučava interakcija naboja, ideja tačkastog naboja je efikasna. Tačkasti naboj je nabijeno tijelo čije su dimenzije znatno manje od udaljenosti od ovog tijela do tačke posmatranja i drugih nabijenih tijela. Konkretno, ako govore o interakciji dva točkasta naboja, onda pretpostavljaju da je udaljenost između dva razmatrana naelektrisana tijela znatno veća od njihovih linearnih dimenzija.
Električni naboj elementarne čestice nije poseban „mehanizam“ u čestici koji bi se mogao ukloniti iz nje, razložiti na sastavne dijelove i ponovo sastaviti. Prisutnost električnog naboja na elektronu i drugim česticama samo znači postojanje određenih interakcija između njih.
U prirodi postoje čestice sa nabojima suprotnih predznaka. Naboj protona naziva se pozitivnim, a naboj elektrona negativnim. Pozitivan predznak naboja na čestici ne znači, naravno, da ona ima neke posebne prednosti. Uvođenje naboja dva znaka jednostavno izražava činjenicu da nabijene čestice mogu i privlačiti i odbijati. Ako su predznaci naboja isti, čestice se odbijaju, a ako su različiti, privlače se.
Trenutno nema objašnjenja za razloge postojanja dvije vrste električnih naboja. U svakom slučaju, ne postoje fundamentalne razlike između pozitivnih i negativnih naboja. Kada bi se znakovi električnih naboja čestica promijenili u suprotne, onda se priroda elektromagnetskih interakcija u prirodi ne bi promijenila.
Pozitivni i negativni naboji su veoma dobro izbalansirani u Univerzumu. A ako je Univerzum konačan, onda je njegov ukupni električni naboj, po svoj prilici, jednak nuli.
Najčudnije je da je električni naboj svih elementarnih čestica striktno isti po veličini. Postoji minimalni naboj, nazvan elementarni, koji posjeduju sve nabijene elementarne čestice. Naboj može biti pozitivan, poput protona, ili negativan, poput elektrona, ali modul naboja je isti u svim slučajevima.
Nemoguće je odvojiti dio naboja, na primjer, od elektrona. Ovo je možda nešto što najviše iznenađuje. Nijedna moderna teorija ne može objasniti zašto su naboji svih čestica isti i nije u stanju izračunati vrijednost minimalnog električnog naboja. Određuje se eksperimentalno korištenjem različitih eksperimenata.
Šezdesetih godina prošlog stoljeća, nakon što je broj novootkrivenih elementarnih čestica počeo alarmantno rasti, postavljena je hipoteza da su sve čestice koje su u snažnoj interakciji kompozitne. Fundamentalnije čestice su nazvane kvarkovi. Ono što je bilo upečatljivo je da kvarkovi treba da imaju delimičan električni naboj: 1/3 i 2/3 elementarnog naboja. Za izgradnju protona i neutrona dovoljna su dva tipa kvarkova. A njihov maksimalni broj, očigledno, ne prelazi šest.
Nemoguće je stvoriti makroskopski standard jedinice električnog naboja, sličan standardu dužine - metar, zbog neizbježnog curenja naboja. Bilo bi prirodno uzeti naboj elektrona kao jedan (ovo se sada radi u atomskoj fizici). Ali u vrijeme Kulona, postojanje elektrona u prirodi još nije bilo poznato. Osim toga, naelektrisanje elektrona je premalo i stoga ga je teško koristiti kao standard.
U Međunarodnom sistemu jedinica (SI), jedinica naelektrisanja, kulon, utvrđuje se pomoću jedinice struje:
1 kulon (C) je naelektrisanje koje prolazi kroz poprečni presek provodnika za 1 s pri struji od 1 A.
Naelektrisanje od 1 C je veoma veliko. Dva takva naelektrisanja na udaljenosti od 1 km bi se odbijala sa silom nešto manjom od sile kojom globus privlači teret težine 1 tone. Stoga je nemoguće prenijeti naelektrisanje od 1 C malom tijelu (oko veličine nekoliko metara). Odbijajući se jedna od druge, nabijene čestice ne bi mogle ostati na takvom tijelu. U prirodi ne postoje druge sile koje bi bile sposobne da kompenzuju Kulonovsko odbijanje pod ovim uslovima. Ali u vodiču koji je općenito neutralan, nije teško pokrenuti naboj od 1 C. Zaista, u običnoj sijalici snage 100 W na naponu od 127 V uspostavlja se struja koja je nešto manja od 1 A. Istovremeno, za 1 s naboj gotovo jednak 1 C prolazi kroz križ -presek provodnika.
Elektrometar se koristi za otkrivanje i mjerenje električnih naboja. Elektrometar se sastoji od metalne šipke i pokazivača koji se može rotirati oko horizontalne ose (slika 2). Štap sa strelicom učvršćen je u navlaku od pleksiglasa i smešten u cilindrično metalno kućište, zatvoreno staklenim poklopcima.
Princip rada elektrometra. Dodirnimo pozitivno nabijenu šipku sa štapom elektrometra. Videćemo da igla elektrometra odstupa za određeni ugao (vidi sliku 2). Rotacija strelice se objašnjava činjenicom da kada naelektrisano telo dođe u kontakt sa štapom elektrometra, električni naboji se raspoređuju duž strelice i štapa. Odbojne sile koje djeluju između poput električnih naboja na štapu i pokazivača uzrokuju rotaciju pokazivača. Ponovo naelektrizirajmo ebonitnu šipku i ponovo njome dodirnimo štap elektrometra. Iskustvo pokazuje da se povećanjem električnog naboja na štapu povećava kut odstupanja strelice od okomitog položaja. Posljedično, po kutu otklona igle elektrometra može se suditi o vrijednosti električnog naboja koji se prenosi na elektrometarsku šipku.
Ukupnost svih poznatih eksperimentalnih činjenica omogućava nam da istaknemo sljedeća svojstva naboja:
Postoje dvije vrste električnih naboja, koje se konvencionalno nazivaju pozitivnim i negativnim. Pozitivno nabijena tijela su ona koja djeluju na druga nabijena tijela na isti način kao staklo naelektrizirano trenjem o svilu. Tijela koja djeluju na isti način kao ebonit naelektriziran trenjem o vunu nazivaju se negativno nabijenim. Izbor naziva "pozitivan" za naboje koji nastaju na staklu i "negativan" za naboje na ebonitu je potpuno nasumičan.
Naboji se mogu prenositi (na primjer, direktnim kontaktom) s jednog tijela na drugo. Za razliku od tjelesne mase, električni naboj nije integralna karakteristika datog tijela. Isto tijelo pod različitim uvjetima može imati različit naboj.
Slični naboji odbijaju, za razliku od naboja privlače. Ovo također otkriva fundamentalnu razliku između elektromagnetskih i gravitacijskih sila. Gravitacijske sile su uvijek privlačne sile.
Važno svojstvo električnog naboja je njegova diskretnost. To znači da postoji neki najmanji, univerzalni, daljnji nedjeljivi elementarni naboj, tako da je naboj q bilo kojeg tijela višestruki od ovog elementarnog naboja:
,gdje je N cijeli broj, e je vrijednost elementarnog naboja. Prema modernim konceptima, ovaj naboj je numerički jednak naboju elektrona e = 1,6∙10-19 C. Kako je vrijednost elementarnog naboja vrlo mala, za većinu naelektrisanih tijela koja se promatraju i koriste u praksi, broj N je vrlo velik, a diskretna priroda promjene naboja se ne pojavljuje. Stoga se vjeruje da se u normalnim uvjetima električni naboj tijela mijenja gotovo kontinuirano.
Zakon održanja električnog naboja.
Unutar zatvorenog sistema, za bilo koju interakciju, algebarski zbir električnih naboja ostaje konstantan:
.Izoliranim (ili zatvorenim) sistemom ćemo nazvati sistem tijela u koji se električni naboji ne unose izvana i ne uklanjaju iz njega.
Nigdje i nikada u prirodi se električni naboj istog znaka ne pojavljuje niti nestaje. Pojava pozitivnog električnog naboja uvijek je praćena pojavom jednakog negativnog naboja. Ni pozitivno ni negativno naelektrisanje ne mogu nestati odvojeno, mogu se međusobno neutralisati samo ako su jednaki po modulu.
Tako se elementarne čestice mogu transformirati jedna u drugu. Ali uvijek prilikom rađanja nabijenih čestica uočava se pojava para čestica sa nabojima suprotnog predznaka. Može se uočiti i istovremeno rođenje nekoliko takvih parova. Nabijene čestice nestaju, pretvarajući se u neutralne, također samo u parovima. Sve ove činjenice ne ostavljaju sumnju u striktno sprovođenje zakona održanja električnog naboja.
Razlog za očuvanje električnog naboja je još uvijek nepoznat.
Elektrifikacija tijela
Makroskopska tijela su po pravilu električki neutralna. Atom bilo koje supstance je neutralan jer je broj elektrona u njemu jednak broju protona u jezgru. Pozitivno i negativno nabijene čestice su međusobno povezane električnim silama i formiraju neutralne sisteme.
Veliko tijelo je nabijeno kada sadrži višak elementarnih čestica sa istim predznakom naboja. Negativan naboj tijela nastaje zbog viška elektrona u odnosu na protone, a pozitivan zbog njihovog manjka.
Da bi se dobilo električno nabijeno makroskopsko tijelo, ili, kako kažu, da bi ga naelektrizirali, potrebno je odvojiti dio negativnog naboja od pozitivnog naboja koji je s njim povezan.
Najlakši način da to učinite je trenjem. Prođete li češljem kroz kosu, mali dio najmobilnijih nabijenih čestica - elektrona - će se pomaknuti od kose do češlja i nabiti je negativno, a kosa će postati pozitivno nabijena. Kada su naelektrisana trenjem, oba tela dobijaju naelektrisanja suprotnog predznaka, ali jednake po veličini.
Vrlo je jednostavno naelektrizirati tijela pomoću trenja. Ali objasniti kako se to dešava pokazalo se kao veoma težak zadatak.
1 verzija. Prilikom naelektrisanja tijela važan je blizak kontakt između njih. Električne sile drže elektrone unutar tijela. Ali za različite supstance ove sile su različite. Prilikom bliskog kontakta, mali dio elektrona supstance u kojoj je veza elektrona sa tijelom relativno slaba prelazi na drugo tijelo. Kretanja elektrona ne prelaze međuatomske udaljenosti (10-8 cm). Ali ako se tijela razdvoje, onda će obojica biti optuženi. Kako površine tijela nikada nisu savršeno glatke, bliski kontakt između tijela neophodan za prijelaz uspostavlja se samo na malim površinama. Kada se tijela trljaju jedno o drugo, povećava se broj područja s bliskim kontaktom, a time se povećava i ukupan broj nabijenih čestica koje prelaze s jednog tijela na drugo. Ali nije jasno kako se elektroni mogu kretati u takvim neprovodnim supstancama (izolatorima) kao što su ebonit, pleksiglas i drugi. Vezani su u neutralne molekule.
Verzija 2. Na primjeru ionskog LiF kristala (izolatora), ovo objašnjenje izgleda ovako. Tokom formiranja kristala nastaju različiti tipovi defekata, posebno praznina - nepopunjeni prostori na čvorovima kristalne rešetke. Ako broj slobodnih mjesta za pozitivne ione litijuma i negativne ione fluora nije isti, tada će kristal biti napunjen po volumenu nakon formiranja. Ali kristal ne može dugo zadržati naboj u cjelini. U zraku uvijek postoji određena količina jona i kristal će ih izvlačiti iz zraka sve dok se naboj kristala ne neutralizira slojem jona na njegovoj površini. Različiti izolatori imaju različite prostorne naboje, pa su stoga i naboji površinskih slojeva jona različiti. Tokom trenja, površinski slojevi jona se miješaju, a kada se izolatori razdvoje, svaki od njih postaje nabijen.
Mogu li se dva identična izolatora, na primjer isti LiF kristali, naelektrizirati trenjem? Ako imaju iste vlastite naplate prostora, onda ne. Ali mogu imati i različite vlastite naboje ako su uslovi kristalizacije bili drugačiji i pojavio se različit broj slobodnih mjesta. Kao što je iskustvo pokazalo, može doći do naelektrisanja prilikom trenja identičnih kristala rubina, ćilibara itd. Međutim, malo je vjerovatno da će gore navedeno objašnjenje biti točno u svim slučajevima. Ako se tijela sastoje, na primjer, od molekularnih kristala, onda pojava praznih mjesta u njima ne bi trebala dovesti do punjenja tijela.
Drugi način naelektrisanja tijela je izlaganje različitim zračenjima (posebno ultraljubičastom, rendgenskom i γ-zračenju). Ova metoda je najefikasnija za naelektriziranje metala, kada se pod utjecajem zračenja elektroni izbacuju s površine metala i provodnik dobiva pozitivan naboj.
Elektrifikacija kroz uticaj. Provodnik se naplaćuje ne samo u kontaktu sa naelektrisanim tijelom, već i kada se nalazi na nekoj udaljenosti. Istražimo ovaj fenomen detaljnije. Okačimo lagane listove papira na izolovani provodnik (slika 3). Ako se provodnik u početku ne nabije, listovi će biti u neskrivljenom položaju. Donesimo sada izolovanu metalnu kuglu, visoko nabijenu, do provodnika, na primjer, pomoću staklene šipke. Videćemo da su listovi obešeni na krajevima tela, u tačkama a i b, otklonjeni, iako naelektrisano telo ne dodiruje provodnik. Provodnik je bio naelektrisan uticajem, zbog čega je i sam fenomen nazvan „elektrifikacija uticajem“ ili „električna indukcija“. Naboji dobiveni električnom indukcijom nazivaju se inducirani ili inducirani. Listovi obješeni na sredini tijela, u tačkama a’ i b’, ne odstupaju. To znači da inducirani naboji nastaju samo na krajevima tijela, a njegova sredina ostaje neutralna, odnosno nenabijena. Donošenjem elektrificirane staklene šipke na listove obješene u tačkama a i b, lako je provjeriti da se listovi u tački b odbijaju od nje, a listovi u tački a privlače. To znači da se na udaljenom kraju provodnika pojavljuje naelektrisanje istog predznaka kao na lopti, a na obližnjim dijelovima naelektrisanja drugog znaka. Uklanjanjem nabijene kuglice vidjet ćemo da će listovi pasti. Fenomen se odvija na potpuno sličan način ako ponovimo eksperiment negativnim punjenjem kuglice (na primjer, korištenjem pečatnog voska).
Sa stanovišta elektronske teorije, ove pojave se lako objašnjavaju postojanjem slobodnih elektrona u provodniku. Kada se na provodnik primijeni pozitivan naboj, elektroni se privlače na njega i akumuliraju se na najbližem kraju provodnika. Na njemu se pojavljuje određeni broj "viška" elektrona, a ovaj dio vodiča postaje negativno nabijen. Na drugom kraju postoji nedostatak elektrona i, prema tome, višak pozitivnih jona: ovdje se pojavljuje pozitivan naboj.
Kada se negativno nabijeno tijelo približi provodniku, elektroni se akumuliraju na udaljenom kraju, a višak pozitivnih jona nastaje na bližem kraju. Nakon uklanjanja naboja koji uzrokuje kretanje elektrona, oni se ponovo raspoređuju po provodniku, tako da su svi njegovi dijelovi i dalje nenabijeni.
Kretanje naboja duž vodiča i njihovo nakupljanje na njegovim krajevima nastavit će se sve dok utjecaj viška naboja nastalih na krajevima vodiča ne uravnoteži električne sile koje izlaze iz kuglice, pod čijim utjecajem dolazi do preraspodjele elektrona. Odsustvo naboja u sredini tijela pokazuje da su sile koje izlaze iz lopte i sile kojima suvišni naboji akumulirani na krajevima provodnika djeluju na slobodne elektrone ovdje uravnoteženi.
Indukovana naelektrisanja se mogu razdvojiti ako se, u prisustvu naelektrisanog tela, provodnik podeli na delove. Takvo iskustvo je prikazano na sl. 4. U ovom slučaju, pomjereni elektroni se više ne mogu vratiti nazad nakon uklanjanja nabijene kuglice; budući da između oba dijela provodnika postoji dielektrik (vazduh). Višak elektrona je raspoređen po lijevoj strani; nedostatak elektrona u tački b djelomično se nadoknađuje iz područja tačke b', tako da se svaki dio provodnika ispostavi da je nabijen: lijevo - s nabojem suprotnim znakom od naboja lopte, desno - sa nabojem istog imena kao naboj lopte. Ne samo da se listovi u tačkama a i b razilaze, već i prethodno stacionarni listovi u tačkama a’ i b’.
Burov L.I., Strelchenya V.M. Fizika od A do Ž: za studente, kandidate, nastavnike. – Mn.: Paradox, 2000. – 560 str.
Myakishev G.Ya. Fizika: Elektrodinamika. 10-11 razred: udžbenik. Za dubinsko proučavanje fizike / G.Ya. Myakishev, A.Z. Sinyakov, B.A. Slobodskov. – M. Ž. Drfa, 2005. – 476 str.
Fizika: Udžbenik. dodatak za 10. razred. škola i napredne klase studirao fizičari/ O. F. Kabardin, V. A. Orlov, E. E. Evenchik i drugi; Ed. A. A. Pinsky. – 2. izd. – M.: Obrazovanje, 1995. – 415 str.
Udžbenik za osnovnu fiziku: Vodič za učenje. U 3 toma / Ed. G.S. Landsberg: T. 2. Elektricitet i magnetizam. – M: FIZMATLIT, 2003. – 480 str.
Ako protrljate staklenu šipku o list papira, štap će steći sposobnost da privuče perjasto lišće, paperje i tanke mlazove vode. Kada češljate suhu kosu plastičnim češljem, kosu privlači češalj. U ovim jednostavnim primjerima susrećemo se s manifestacijom sila koje se nazivaju električnim.
Tijela ili čestice koje djeluju na okolne objekte električnim silama nazivaju se nabijenim ili naelektriziranim. Na primjer, gore spomenuta staklena šipka, nakon što se trlja o komad papira, postaje naelektrizirana.
Čestice imaju električni naboj ako međusobno djeluju putem električnih sila. Električne sile se smanjuju sa povećanjem udaljenosti između čestica. Električne sile su mnogo puta veće od sila univerzalne gravitacije.
Električni naboj je fizička veličina koja određuje intenzitet elektromagnetnih interakcija.
Elektromagnetne interakcije su interakcije između nabijenih čestica ili tijela.
Električni naboji se dijele na pozitivne i negativne. Stabilne elementarne čestice - protoni i pozitroni, kao i joni atoma metala itd., imaju pozitivan naboj. Stabilni nosioci negativnog naboja su elektron i antiproton.
Postoje električno nenabijene čestice, odnosno neutralne: neutron, neutrino. Ove čestice ne učestvuju u električnim interakcijama, jer je njihov električni naboj jednak nuli. Postoje čestice bez električnog naboja, ali električni naboj ne postoji bez čestice.
Pozitivni naboji se pojavljuju na staklu natrljanom svilom. Ebonit utrljan o krzno ima negativne naboje. Čestice se odbijaju sa nabojima istih znakova (kao naelektrisanja), a sa različitim predznacima (suprotnih naboja) čestice se privlače.
Sva tijela su napravljena od atoma. Atomi se sastoje od pozitivno nabijenog atomskog jezgra i negativno nabijenih elektrona koji se kreću oko atomskog jezgra. Atomsko jezgro se sastoji od pozitivno nabijenih protona i neutralnih čestica - neutrona. Naboji u atomu su raspoređeni na način da je atom kao cjelina neutralan, odnosno da je zbroj pozitivnih i negativnih naboja u atomu nula.
Elektroni i protoni su dio bilo koje tvari i najmanje su stabilne elementarne čestice. Ove čestice mogu postojati u slobodnom stanju neograničeno vrijeme. Električni naboj elektrona i protona naziva se elementarni naboj.
Elementarni naboj je minimalni naboj koji imaju sve nabijene elementarne čestice. Električni naboj protona je po apsolutnoj vrijednosti jednak naboju elektrona:
e = 1,6021892(46) * 10-19 C
Veličina svakog naboja je višestruka u apsolutnoj vrijednosti elementarnog naboja, odnosno naboja elektrona. Elektron preveden sa grčkog elektron - ćilibar, proton - sa grčkog protos - prvo, neutron sa latinskog neutrum - ni jedno ni drugo.
Jednostavni eksperimenti naelektrisanja različitih tela ilustruju sledeće tačke.
1. Postoje dvije vrste naboja: pozitivno (+) i negativno (-). Pozitivan naboj nastaje kada se staklo trlja o kožu ili svilu, a negativan nastaje kada se ćilibar (ili ebonit) trlja o vunu.
2. Naknade (ili nabijena tijela) međusobno komuniciraju. Iste naknade odgurnuti, i za razliku od optužbi su privučeni.
3. Stanje naelektrisanja može se prenijeti sa jednog tijela na drugo, što je povezano s prijenosom električnog naboja. U tom slučaju se na tijelo može prenijeti veći ili manji naboj, odnosno naelektrisanje ima veličinu. Kada su naelektrisana trenjem, oba tela dobijaju naelektrisanje, jedno je pozitivno, a drugo negativno. Treba naglasiti da su apsolutne vrijednosti naelektrisanja tijela naelektrisanih trenjem jednake, što potvrđuju brojna mjerenja naelektrisanja pomoću elektrometara.
Postalo je moguće objasniti zašto tijela postaju naelektrizirana (tj. nabijena) tijekom trenja nakon otkrića elektrona i proučavanja strukture atoma. Kao što znate, sve supstance se sastoje od atoma; atomi se pak sastoje od elementarnih čestica - negativno nabijenih elektrona, pozitivno naelektrisan protona i neutralne čestice - neutroni. Elektroni i protoni su nosioci elementarnih (minimalnih) električnih naboja.
Elementarni električni naboj ( e) - ovo je najmanji električni naboj, pozitivan ili negativan, jednak vrijednosti naboja elektrona:
e = 1.6021892(46) 10 -19 C.
Postoji mnogo nabijenih elementarnih čestica, i gotovo sve imaju naboj +e ili -e, međutim, ove čestice su vrlo kratkog vijeka. Žive manje od milionitog dela sekunde. Samo elektroni i protoni postoje u slobodnom stanju neograničeno.
Protoni i neutroni (nukleoni) čine pozitivno nabijeno jezgro atoma, oko kojeg rotiraju negativno nabijeni elektroni, čiji je broj jednak broju protona, tako da je atom kao cjelina elektrana.
U normalnim uslovima, tela koja se sastoje od atoma (ili molekula) su električno neutralna. Međutim, tokom procesa trenja, neki od elektrona koji su napustili svoje atome mogu se kretati s jednog tijela na drugo. Kretanja elektrona ne prelaze međuatomske udaljenosti. Ali ako se tijela razdvoje nakon trenja, ispostavit će se da su nabijena; tijelo koje je predalo dio svojih elektrona bit će nabijeno pozitivno, a tijelo koje ih je steklo bit će negativno nabijeno.
Dakle, tijela postaju naelektrizirana, odnosno primaju električni naboj kada izgube ili dobiju elektrone. U nekim slučajevima, naelektrisanje je uzrokovano kretanjem jona. U tom slučaju ne nastaju novi električni naboji. Postoji samo podjela postojećih naelektrisanja između naelektriziranih tijela: dio negativnih naboja prelazi s jednog tijela na drugo.
Određivanje naknade.
Posebno treba naglasiti da je naboj integralno svojstvo čestice. Moguće je zamisliti česticu bez naboja, ali je nemoguće zamisliti naboj bez čestice.
Nabijene čestice se manifestiraju u privlačenju (suprotni naboji) ili odbijanju (poput naboja) sa silama koje su mnogo reda veličine veće od gravitacijskih sila. Dakle, sila električne privlačnosti elektrona na jezgro u atomu vodika je 10 39 puta veća od sile gravitacionog privlačenja ovih čestica. Interakcija između nabijenih čestica naziva se elektromagnetna interakcija, a električni naboj određuje intenzitet elektromagnetnih interakcija.
U savremenoj fizici, naelektrisanje se definiše na sledeći način:
Električno punjenje- ovo je fizička veličina koja je izvor električnog polja, kroz koju dolazi do interakcije čestica sa nabojem.
Električno punjenje– fizička veličina koja karakteriše sposobnost tela da stupa u elektromagnetne interakcije. Izmjereno u kulonima.
Elementarni električni naboj– minimalni naboj koji imaju elementarne čestice (naboj protona i elektrona).
Tijelo ima naboj, znači da ima dodatne ili nedostajuće elektrone. Ova naknada je određena q=ne. (jednako je broju elementarnih naelektrisanja).
Naelektrizirajte tijelo– stvaraju višak i nedostatak elektrona. Metode: naelektrisanje trenjem I elektrifikacija kontaktom.
Point zore d je naboj tijela, koji se može uzeti kao materijalna tačka.
Test punjenje(
) – tačka, mali naboj, uvijek pozitivan – koristi se za proučavanje električnog polja.
Zakon održanja naboja:u izolovanom sistemu, algebarski zbir naboja svih tijela ostaje konstantan za bilo koju interakciju ovih tijela jedno s drugim.
Coulombov zakon:sile interakcije između dva točkasta naboja proporcionalne su umnošku ovih naboja, obrnuto proporcionalne kvadratu udaljenosti između njih, zavise od svojstava medija i usmjerene su duž prave linije koja spaja njihova središta.
, Gdje
F/m, Cl 2 /nm 2 – dielektrik. brzo. vakuum
- odnosi se. dielektrična konstanta (>1)
- apsolutna dielektrična permeabilnost. okruženje
Električno polje– materijalni medij kroz koji dolazi do interakcije električnih naboja.
Svojstva električnog polja:
Karakteristike električnog polja:
Tenzija(E) je vektorska veličina jednaka sili koja djeluje na jedinično probno punjenje postavljeno u datu tačku.
Mjereno u N/C.
Smjer– isto kao i sila koja djeluje.
Tenzija ne zavisi ni na snagu ni na veličinu ispitnog punjenja.
Superpozicija električnih polja: jačina polja koju stvara nekoliko naboja jednaka je vektorskom zbroju jačine polja svakog naboja:
Grafički Elektronsko polje je predstavljeno pomoću zateznih linija.
Zatezna linija– prava čija se tangenta u svakoj tački poklapa sa smjerom vektora napetosti.
Svojstva zateznih vodova: ne seku se, kroz svaku tačku se može povući samo jedna prava; nisu zatvoreni, ostavljaju pozitivan naboj i ulaze u negativan, ili se raspršuju u beskonačnost.
Vrste polja:
Jedinstveno električno polje– polje čiji je vektor intenziteta u svakoj tački isti po veličini i pravcu.
Nejednoliko električno polje– polje čiji je vektor intenziteta u svakoj tački nejednak po veličini i pravcu.
Konstantno električno polje– vektor napetosti se ne mijenja.
Promjenjivo električno polje– mijenja se vektor napetosti.
Rad električnog polja za pomicanje naboja.
, gdje je F sila, S je pomak, 
- ugao između F i S.
Za jednolično polje: sila je konstantna.
Rad ne zavisi od oblika putanje; rad obavljen za kretanje po zatvorenoj putanji je nula.
Za neujednačeno polje:
Potencijal električnog polja– omjer rada koji polje vrši, pomjerajući ispitni električni naboj u beskonačnost, i veličinom ovog naboja.
-potencijal– energetska karakteristika polja. Mjereno u voltima
Razlika potencijala:
, To
, znači
-potencijalni gradijent.
Za jednolično polje: razlika potencijala – voltaža:
. Mjeri se u voltima, uređaji su voltmetri.
Električni kapacitet– sposobnost tijela da akumuliraju električni naboj; omjer naboja i potencijala, koji je uvijek konstantan za dati provodnik.
.
Ne zavisi od naelektrisanja i ne zavisi od potencijala. Ali to ovisi o veličini i obliku vodiča; na dielektrična svojstva medija.
, gdje je r veličina,
- propusnost okoline oko tela.
Električni kapacitet se povećava ako se bilo koja tijela - provodnici ili dielektrici - nalaze u blizini.
Kondenzator– uređaj za akumuliranje punjenja. Električni kapacitet:
Ravni kondenzator– dvije metalne ploče sa dielektrikom između njih. Električni kapacitet ravnog kondenzatora:
, gdje je S površina ploča, d je udaljenost između ploča.
Energija napunjenog kondenzatora jednak radu električnog polja pri prijenosu naboja s jedne ploče na drugu.
Prenos malog punjenja
, napon će se promijeniti na
, posao je obavljen
. Jer
, i C =const,
. Onda
. Hajde da integrišemo:
Energija električnog polja:
, gdje je V=Sl zapremina koju zauzima električno polje
Za neujednačeno polje:
.
Volumetrijska gustina električnog polja:
. Izmjereno u J/m 3.
Električni dipol– sistem koji se sastoji od dva jednaka, ali suprotna po predznaku, tačkasta električna naboja koja se nalaze na određenoj udaljenosti jedan od drugog (dipol krak -l).
Glavna karakteristika dipola je dipolni moment– vektor jednak proizvodu naboja i kraka dipola, usmjerenog od negativnog na pozitivnog naboja. Određeno
. Izmjereno u kulonskim metrima.
Dipol u jednoličnom električnom polju.
Na svaki naboj dipola djeluju sljedeće sile:
I
. Ove sile su suprotno usmjerene i stvaraju moment para sila - moment:, gdje
M – moment F – sile koje djeluju na dipol
d – krak praga – dipol krak
p – dipolni moment E – napetost
- ugao između p Eq – naboja
Pod uticajem obrtnog momenta, dipol će se rotirati i poravnati u pravcu zateznih linija. Vektori p i E će biti paralelni i jednosmjerni.
Dipol u neujednačenom električnom polju.
Postoji obrtni moment, što znači da će se dipol rotirati. Ali sile će biti nejednake, a dipol će se pomeriti tamo gde je sila veća.
-gradijent napetosti. Što je veći gradijent napetosti, veća je bočna sila koja vuče dipol. Dipol je orijentisan duž linija sile.
Intrinzično polje dipola.
Ali. onda:
.
Neka je dipol u tački O i neka mu je krak mali. onda:
.
Formula je dobijena uzimajući u obzir:
Dakle, razlika potencijala zavisi od sinusa poluugla pod kojim su tačke dipola vidljive i projekcije dipolnog momenta na pravu liniju koja povezuje ove tačke.
Dielektrici u električnom polju.
Dielektrik- tvar koja nema slobodne naboje, pa samim tim ne provodi električnu struju. Međutim, u stvari, provodljivost postoji, ali je zanemarljiva.
Dielektrične klase:
sa polarnim molekulima (voda, nitrobenzen): molekuli nisu simetrični, centri mase pozitivnih i negativnih naboja se ne poklapaju, što znači da imaju dipolni moment čak iu slučaju kada nema električnog polja.
kod nepolarnih molekula (vodik, kisik): molekuli su simetrični, centri mase pozitivnih i negativnih naboja se poklapaju, što znači da nemaju dipolni moment u odsustvu električnog polja.
kristalni (natrijum hlorid): kombinacija dve podrešetke, od kojih je jedna pozitivno, a druga negativno; u odsustvu električnog polja, ukupni dipolni moment je nula.
Polarizacija– proces prostornog razdvajanja naelektrisanja, pojava vezanih naelektrisanja na površini dielektrika, što dovodi do slabljenja polja unutar dielektrika.
Metode polarizacije:
Metoda 1 – elektrohemijska polarizacija:
Na elektrodama – kretanje kationa i anjona prema njima, neutralizacija supstanci; formiraju se područja pozitivnih i negativnih naboja. Struja se postepeno smanjuje. Brzina uspostavljanja mehanizma neutralizacije karakterizira vrijeme relaksacije - to je vrijeme tokom kojeg se polarizacijski emf povećava od 0 do maksimuma od trenutka primjene polja. 
= 10 -3 -10 -2 s.
Metoda 2 – orijentacijska polarizacija:
Nekompenzirane polarne nastaju na površini dielektrika, tj. javlja se fenomen polarizacije. Napon unutar dielektrika manji je od vanjskog napona. Vrijeme opuštanja: = 10 -13 -10 -7 s. Frekvencija 10 MHz.
Metoda 3 – elektronska polarizacija:
Karakteristično za nepolarne molekule koji postaju dipoli. Vrijeme opuštanja: = 10 -16 -10 -14 s. Frekvencija 10 8 MHz.
Metoda 4 – polarizacija jona:
Dvije rešetke (Na i Cl) su pomjerene jedna u odnosu na drugu.
Vrijeme opuštanja:
Metoda 5 – mikrostrukturna polarizacija:
Karakteristično za biološke strukture kada se izmjenjuju nabijeni i nenabijeni slojevi. Dolazi do preraspodjele jona na polupropusnim ili jononepropusnim pregradama.
Vrijeme opuštanja: =10 -8 -10 -3 s. Frekvencija 1KHz
Numeričke karakteristike stepena polarizacije:
Struja– ovo je uređeno kretanje slobodnih naboja u materiji ili u vakuumu.
Uslovi za postojanje električne struje:
prisustvo besplatnih naknada
prisustvo električnog polja, tj. sile koje deluju na ove optužbe
Snaga struje– vrijednost jednaka naboju koji prolazi kroz bilo koji poprečni presjek provodnika u jedinici vremena (1 sekunda)
Mjereno u amperima.
n – koncentracija naboja
q – vrijednost punjenja
S – površina poprečnog presjeka provodnika
- brzina usmjerenog kretanja čestica.
Brzina kretanja naelektrisanih čestica u električnom polju je mala - 7 * 10 -5 m/s, brzina prostiranja električnog polja je 3 * 10 8 m/s.
Gustoća struje– količina punjenja koja prolazi kroz poprečni presjek od 1 m2 u 1 sekundi.
. Mjereno u A/m2.
- sila koja djeluje na jon iz električnog polja jednaka je sili trenja
- pokretljivost jona
- brzina usmjerenog kretanja jona = pokretljivost, jačina polja
Što je veća koncentracija iona, njihov naboj i pokretljivost, to je veća specifična vodljivost elektrolita. Kako temperatura raste, povećava se mobilnost iona i povećava se električna provodljivost.
Na osnovu zapažanja interakcije električno nabijenih tijela, američki fizičar Benjamin Franklin je neka tijela nazvao pozitivno, a druga negativno nabijenim. Shodno ovome i električnih naboja pozvao pozitivno I negativan.
Tijela sa sličnim nabojem se odbijaju. Tijela sa suprotnim nabojem se privlače.
Ovi nazivi naboja su prilično konvencionalni, a njihovo jedino značenje je da tijela s električnim nabojem mogu ili privlačiti ili odbijati.
Znak električnog naboja tijela određen je interakcijom s konvencionalnim standardom znaka naboja.
Naboj ebonitnog štapa protrljanog krznom uzet je kao jedan od ovih standarda. Vjeruje se da štapić od ebonita, nakon što se protrlja krznom, uvijek ima negativan naboj.
Ako je potrebno utvrditi koji je znak naboja datog tijela, on se dovodi do ebonitnog štapića, trlja se krznom, fiksira u laganu suspenziju i promatra se interakcija. Ako se štap odbije, tada tijelo ima negativan naboj.
Nakon otkrića i proučavanja elementarnih čestica, pokazalo se da negativni naboj uvijek ima elementarnu česticu - elektron.
Elektron (od grčkog - ćilibar) - stabilna elementarna čestica s negativnim električnim nabojeme = 1,6021892(46) . 10 -19 C, masa mirovanjam e =9.1095. 10 -19 kg. Otkrio 1897. godine engleski fizičar J. J. Thomson.
Naboj staklene šipke natrljane prirodnom svilom uzet je kao standard pozitivnog naboja. Ako se štap odbije od naelektriziranog tijela, onda ovo tijelo ima pozitivan naboj.
Pozitivan naboj uvek jeste proton, koji je dio atomskog jezgra. Materijal sa sajta
Koristeći gornja pravila za određivanje znaka naboja tijela, morate zapamtiti da to ovisi o tvari tijela koja djeluju. Dakle, štapić od ebonita može imati pozitivan naboj ako se protrlja krpom od sintetičkih materijala. Staklena šipka će imati negativan naboj ako se protrlja krznom. Stoga, ako planirate dobiti negativan naboj na štapiću od ebonita, svakako ga trebate koristiti kada ga trljate krznom ili vunenom krpom. Isto vrijedi i za elektrifikaciju staklene šipke koja se trlja tkaninom od prirodne svile kako bi se dobio pozitivan naboj. Samo elektron i proton uvijek i nedvosmisleno imaju negativan, odnosno pozitivan naboj.
Ova stranica sadrži materijale po temama.
Na osnovu zapažanja interakcije električno nabijenih tijela, američki fizičar Benjamin Franklin je neka tijela nazvao pozitivno, a druga negativno nabijenim. Shodno ovome i električnih naboja pozvao pozitivno I negativan.
Tijela sa sličnim nabojem se odbijaju. Tijela sa suprotnim nabojem se privlače.
Ovi nazivi naboja su prilično konvencionalni, a njihovo jedino značenje je da tijela s električnim nabojem mogu ili privlačiti ili odbijati.
Znak električnog naboja tijela određen je interakcijom s konvencionalnim standardom znaka naboja.
Naboj ebonitnog štapa protrljanog krznom uzet je kao jedan od ovih standarda. Vjeruje se da štapić od ebonita, nakon što se protrlja krznom, uvijek ima negativan naboj.
Ako je potrebno utvrditi koji je znak naboja datog tijela, on se dovodi do ebonitnog štapića, trlja se krznom, fiksira u laganu suspenziju i promatra se interakcija. Ako se štap odbije, tada tijelo ima negativan naboj.
Nakon otkrića i proučavanja elementarnih čestica, pokazalo se da negativni naboj uvijek ima elementarnu česticu - elektron.
Elektron (od grčkog - ćilibar) - stabilna elementarna čestica s negativnim električnim nabojeme = 1,6021892(46) . 10 -19 C, masa mirovanjam e =9.1095. 10 -19 kg. Otkrio 1897. godine engleski fizičar J. J. Thomson.
Naboj staklene šipke natrljane prirodnom svilom uzet je kao standard pozitivnog naboja. Ako se štap odbije od naelektriziranog tijela, onda ovo tijelo ima pozitivan naboj.
Pozitivan naboj uvek jeste proton, koji je dio atomskog jezgra. Materijal sa sajta
Koristeći gornja pravila za određivanje znaka naboja tijela, morate zapamtiti da to ovisi o tvari tijela koja djeluju. Dakle, štapić od ebonita može imati pozitivan naboj ako se protrlja krpom od sintetičkih materijala. Staklena šipka će imati negativan naboj ako se protrlja krznom. Stoga, ako planirate dobiti negativan naboj na štapiću od ebonita, svakako ga trebate koristiti kada ga trljate krznom ili vunenom krpom. Isto vrijedi i za elektrifikaciju staklene šipke koja se trlja tkaninom od prirodne svile kako bi se dobio pozitivan naboj. Samo elektron i proton uvijek i nedvosmisleno imaju negativan, odnosno pozitivan naboj.
Na ovoj stranici nalazi se materijal o sljedećim temama:
Koji je konvencionalni standard pozitivnog naboja?
Ovo je konvencionalni standard negativnog naboja
Konvencionalni standard pozitivnog naboja je
Koji je konvencionalni standard negativnog naboja?
-