Т. Заряд
Из всех известных фундаментальных типов взаимодействия наиболее распространенными являются электромагнитные. Простейший пример этих взаимодействий — притяжение и отталкивание наэлектризованных тел.
Впервые его наблюдал Фал ее (VII в. до н.э.), используя янтарную палочку, потертую о шерсть. Позже В.Гильберт (XVI в.) обнаружил, что свойством притягивать легкие предметы обладают, кроме янтаря, фарфор и многие другие тела, предварительно натертые кожей или другими мягкими материалами. Это явление В. Гильберт назвал электризацией (electron по-гречески — янтарь).
О телах, способных к таким взаимодействиям, говорят, что они электрически заряжены, т.е. им сообщен электрический заряд.
Электрический заряд q — это количественная мера способности тел к электромагнитным взаимодействиям.
Единицей электрического заряда в СИ является кулон. 1 кулон есть электрический заряд, переносимый через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока 1 А.
Опыты по электризации тел трением, взаимодействию незаряженной станиолевой гильзы с заряженной палочкой показывают, что:
- существуют два рода электрических зарядов, которые условно называют положительными и отрицательными; заряд элементарных частиц — протонов, входящих в состав любого ядра, называют положительным, а заряд электронов — отрицательным;
- при взаимодействии одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются. На этом свойстве зарядов основано действие простейших приборов — электроскопа и электрометра;
- современная физика приводит к выводу о существовании элементарного заряда, являющегося неотъемлемым свойством ряда элементарных частиц. Впервые немецкий физик Г. Гельмгольц в 1881 г. высказал гипотезу, объясняющую электрические явления существованием электрически заряженных элементарных частиц. Впоследствии эта гипотеза подтвердилась открытием электрона (в 1897 г. английским физиком У. Томсоном) и протона (в 1919 г. Э. Резерфордом).
Электрон — это элементарная частица, заряд которой е = -1,6·10 -19 Кл, масса me = 9,1·10 -31 кг. Протон имеет положительный заряд е = 1,6·10 -19 Кл, а масса протона в 1836 раз больше массы электрона; - электрический заряд дискретен (это доказано опытным путем американским физиком Р. Милликеном и русским физиком А. Ф. Иоффе). Это значит, что любой заряд, больший элементарного, состоит из целого числа элементарных зарядов q = ±N·e, где N = 1, 2, 3.
В теле, электрически нейтральном, число протонов и электронов одинаково и они равномерно распределены по объему. Если число электронов в теле меньше числа протонов, то оно заряжено положительно, а если заряд обусловлен избытком электронов, то тело заряжено отрицательно.
Именно этот избыточный заряд определяет собой электрические свойства тела, и его называют зарядом тела, q = (N+ — N—) e, где N+ — число протонов, N— — число электронов.
Процесс, приводящий к появлению на телах или разных частях тела избыточного заряда, называют электризацией; - заряд инвариантен, т.е. не зависит от характера движения заряженной частицы, ни от ее взаимодействия с другими частицами, ни от выбора системы отсчета. Об этом свидетельствуют многие факты. Так, неионизированный атом и молекула нейтральны: заряды электронной оболочки атома и ядра в точности равны друг другу. А между тем характер движения электронов и ядер совершенно различен. Кроме того, при химических превращениях движение электронов в оболочках атомов изменяется, что приводит к изменению характера спектров атомов. Если бы заряд зависел от скорости движения частиц, то в химических реакциях могли бы появиться нескомпенсированные электрические заряды, но это не обнаружено.
Литература
Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 209-210.
Тест по физике «Электростатика»
Тест по физике «Электростатика» для учащихся 10 класса с ответами.
Тест состоит из 12 заданий и предназначен для проверки знаний по данной теме. К каждому заданию дано 3 ответа, из которых нужно выбрать один верный.
1. Раздел физики, изучающий заряженные тела…
А) механика
Б) статика
В) электродинамика
2. Между заряженными телами, частицами существует…
А) сила отталкивания
Б) сила притяжения
В) и то и другое
3. Процесс, приводящий к появлению на телах электрических зарядов, называется…
А) магнетизм
Б) электризация
В) и то и другое
4. В замкнутой системе заряд уменьшается, если…
А) число заряженных частиц уменьшается
Б) число заряженных частиц увеличивается
В) число частиц не меняется
5. Напряженность электрического поля измеряется….
А) в Амперах
Б) в Джоулях
В) в Вольтах
6. Сила, действующая на заряд при увеличении заряда в два раза увеличивается во сколько раз?
А) в 4 раза
Б) в 2 раза
В) в 6 раз
7. Модуль напряженности зависит от…
А) величины заряда
Б) массы заряда
В) числа зарядов
8. Диэлектриками называются тела, которые….
А) проводят электрический ток
Б) не проводят электрический ток
В) и то и другое
9. Два точечных заряда отталкиваются друг от друга, если заряды…
А) одинаковы по знаку и любые по модулю
Б) разные по знаку и одинаковые по модулю
В) различные по знаку и любые по модулю
10. Сила кулоновского взаимодействия двух точечных зарядов…
А) прямо пропорциональна между ними
Б) обратно пропорциональна между ними
В) обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними
11. Скорость распространения электромагнитных взаимодействий
А) всегда равна скорости света
Б) равна скорости света в вакууме
В) определяется только при условии, что заряды неподвижны
12. Два точечных заряда действуют друг на друга с силой 16 Н, какой будет сила взаимодействия между ними, если уменьшить значение каждого заряда в четыре раза
А) 2Н
Б) 1Н
В) 3Н
Электризация тел: определение, условия возникновения, применение
Вы замечали, что когда снимаете свитер или футболку летят искры и слышны потрескивания? А когда вы выходите из машины и вас бьёт током? Это статическое электричество или электризация тел. Она возникает в результате накопления электрических зарядов разных знаков на объектах с последующей их компенсацией. В этой статье мы кратко рассмотрим данное явление, причины его возникновения, а также способы применения как в быту, так и в промышленности.
Определение
Электризацией называется процесс разделения электрических зарядов и накопление их в определенных местах предметов и тел. Явление происходит в результате трения, соприкосновения тел или в результате электростатической индукции. Простыми словами, когда рядом расположен какой-то предмет, обладающий электрическим полем.
Напомним : в физике выделяют два рода зарядов – положительные и отрицательные, или протоны и электроны. Между ними возникает электрическое поле. Одноименные заряды притягиваются, а разноименные отталкиваются.
Явление наблюдается на источниках питания и не только. На диэлектриках накапливаются заряды, все видели это в опытах, иллюстрирующих явление с эбонитовыми и стеклянными палочками, которые демонстрировали на уроках физики в школе.
Изначально все атомы, из них состоит всё что нас окружает, электрически нейтральны. В результате явления электризации на поверхности предметов появляются положительные или отрицательные заряды. Напомним школьный опыт: если потереть эбонитовую палочку шерстяной тканью, после прекращения трения палочка останется заряженной. Тогда говорят, что тело электризовано.
Таким образом, во время трения электроны переходили с одного предмета на другой. В результате, после прекращения трения избыточные электроны остались «не на своих» телах и получился избыточный заряд, и оно перестало быть нейтральным. В результате трения палочки о шерсть или мех на её поверхности образовался отрицательный заряд.
Условия возникновения явления и способы передачи зарядов
Мы рассказали, как объясняется это явление в природе, а теперь давайте рассмотрим, как можно наэлектризовать тела. Сразу отметим, что выполнение всех условий необязательно – электризация может происходить по тем или иным причинам, разделим их на две основных группы:
Первая — это механическое взаимодействие. При трении расстояние между предметами сопоставимо расстоянию между молекулами в нём. Так как электроны в одном из тел слабее связаны с ядром – они переходят «вырываются» на другое тело. Другими способами электризации являются удар и соприкосновение.
Вторая группа — электризация влиянием, то есть явление наблюдается при воздействии на тело внешних сил, среди которых:
- Электрическое поле. В результате воздействия поля на проводник на его поверхности появляются заряды, причем чем меньше радиус изгиба поверхности – тем больше зарядов здесь скопится.
- Воздействие светом. Открыто профессором А.Г. Столетовым в 1888 году, заключается в том, что при воздействии светом на цинк, алюминий, цезий, натрий, свинец, калий и другие металлы они теряют электроны и становятся заряженными положительно.
- Теплом. При нагревании металла электронам сообщается энергия достаточная для того чтобы покинуть пределы металла, в результате он приобретает положительный заряд.
- Химическая реакция. При наличии двух электродов из разных металлов происходят окислительно-восстановительные реакции, в результате один из них становится заряженным положительно, а второй – отрицательно. Подробнее мы это рассматривали в статье про анод и катод.
- Под давлением. В пьезоэлектриках (кварц, сегнетовая соль, фосфат аммония), при механическом воздействии (сжатии или растяжении), на гранях образуются положительные и отрицательные заряды.
Это и есть основные виды электризации.
Какие законы физики связаны с электризацией
Явление электризации связано с такими физическими законами как:
- Закон Кулона. Описывает силу, с которой взаимодействуют заряды. Таким образом можно определить, как сильно наэлектризованные тела притягиваются друг к другу.
- Закон сохранения заряда. В нём сказано, что алгебраическая сумма зарядов в замкнутой системе неизменна. Это говорит о том, что избыточные заряды на электризованных предметах не появляются из ниоткуда, а переходят с тела на тело.
Мы уже рассматривали эти законы, вы можете ознакомиться подробнее в соответствующих статьях, на которые мы сослались.
Применение на практике
Явление электризации имеет как положительные и отрицательные проявления. Примеры положительного применения:
- Использование электростатических фильтров пыли для очистки воздуха в системах вентиляции на производстве и в быту. Особенно актуально, если в процессе производства возникает много пыли.
- Окраска автомобилей и других металлических изделий. С помощью электростатических распылителей удаётся зарядить краску отрицательно, кузов автомобиля заземляется. В результате частицы краски притягиваются к кузовным деталям авто. Качество покраски улучшается, а расход краски уменьшается.
- Электростатическое копчение мяса и рыбы, позволяет значительно ускорить процесс копчения.
- Создание искусственного меха или декоративных ворсистых покрытий. Мелкий ворс пропускают через сетку, из-за взаимодействия с электрическим полем ворс падает ровным слоем перпендикулярно покрываемой поверхности, предварительно обработанной клеевым составом.
Также есть ряд применений для очистки, сортировки, фильтрации, а также в медицине для ускорения лечения.
Отрицательное влияние электризации может привести к фатальным последствиям:
- Возникновение искр при соприкосновении заряженных предметов. К таким случаям можно отнести искры в быту, которые проскакивают, когда вы снимаете свитер, когда вас бьёт током при выходе из машины. Например, самолёт в полёте электризуется и при подведении к нему трапа могут проскочить искры, а из-за этого возможно воспламенение, поэтому сначала снимают заряд с самолёта. Также известны случаи воспламенения нефтяных танкеров из-за электризации.
- Явление приводит к появлению больших электрических зарядов, они могут привести к выходу из строя электронных компонентов в технике, как при производстве техники, так и в процессе эксплуатации или ремонта. Это происходит в результате разрядки инструмента на печатную плату. Поэтому мастера по ремонту электроники должны работать в заземленных электрических браслетах и заземленными паяльниками и прочим. В современной элементной базе есть ряд технических решений по минимизации влияния электризации на их работу. Например, установка диодов Зенера параллельно цепи ЗАТВОР-ИСТОК полевых транзисторов.
Интересно! Известен случай, когда при покрытии лаком печатных плат после монтажа электронных компонентов, наблюдалась большая отбраковка, при том, что все изделия проходили проверку до покрытия лаком. Возник вопрос: как избавиться от проблемы электризации? Проблема решилась заземлением краскопульта.
Для закрепления материала рекомендуем также просмотреть полезные видео по теме:
Мы кратко объяснили явление электризации тел и рассказали, при каких условиях происходят процессы появления зарядов на предметах. Электризация важна в производстве и она нашла массу полезных применений. К сожалению, если не предусмотреть способы решения отрицательных проявлений, предотвратить ненужные искры в местах с вероятностью взрывов – оно приведет к серьезным проблемам.
10 кл — Физический диктант "Электризация. Закон Кулона"
учебно-методический материал по физике (10 класс) на тему
Представлены вопросы по темам «Электризация тел. Закон сохранения электрического заряда» и «Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона», вопросы в 2-ух вариантах.
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
| fizicheskiy_diktant.docx | 22.21 КБ |
Предварительный просмотр:
«Электризация тел. Закон сохранения электрического заряда»
1. Как называется раздел физики, изучающий заряженные тела?
2. Какое взаимодействие существует между заряженными телами, частицами?
3. Какая физическая величина определяет электромагнитное взаимодействие?
4. Зависит ли величина заряда от выбора системы отсчета?
5. Можно ли сказать, что заряд системы складывается из зарядов тел, входящих в эту систему?
6. Как называется процесс, приводящих к появлению на телах электрических зарядов?
7. Если тело электрически нейтрально, означает ли это, что оно не содержит электрических зарядов?
8. Верно ли утверждение, что в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех тел системы остается постоянной?
9. Если в замкнутой системе число заряженных частиц уменьшилось, то означает ли это, что заряд всей системы тоже уменьшился?
«Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона».
1. Можно создать электрический заряд?
2. Создаём ли мы при электризации электрический заряд?
3. Может ли заряд существовать независимо от частиц?
4. Тело, суммарный положительный заряд частиц которого равен суммарному отрицательному заряду частиц, является…
5. Сила взаимодействия зараженных частиц с увеличением заряда любой из этих частиц?
6. При помещении зарядов в среду, сила взаимодействия между ними…
7. С увеличением расстояния между зарядами в 3 раза сила взаимодействия…
8. Величина, характеризующая электрические свойства среды, называется…
9. В каких единицах измеряется электрический заряд?
Физический диктант «Электризация тел.
Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона».
Как называется раздел физики, изучающий заряженные тела?
Какое взаимодействие существует между заряженными телами, частицами?
Можно создать электрический заряд?
Создаём ли мы при электризации электрический заряд?
Какая физическая величина определяет электромагнитное взаимодействие?
Зависит ли величина заряда от выбора системы отсчета?
Может ли заряд существовать независимо от частиц?
Тело, суммарный положительный заряд частиц которого равен суммарному отрицательному заряду частиц, является…
Можно ли сказать, что заряд системы складывается из зарядов тел, входящих в эту систему?
Как называется процесс, приводящих к появлению на телах электрических зарядов?
Сила взаимодействия зараженных частиц с увеличением заряда любой из этих частиц?
При помещении зарядов в среду, сила взаимодействия между ними…
Если тело электрически нейтрально, означает ли это, что оно не содержит электрических зарядов?
Верно ли утверждение, что в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех тел системы остается постоянной?
С увеличением расстояния между зарядами в 3 раза сила взаимодействия…
Величина, характеризующая электрические свойства среды, называется…
Если в замкнутой системе число заряженных частиц уменьшилось, то означает ли это, что заряд всей системы тоже уменьшился?
В каких единицах измеряется электрический заряд?
Электризация тел.
Закон сохранения электрического заряда.
1. Как называется раздел физики, изучающий покоящиеся заряженные тела?
2. Какое взаимодействие существует между заряженными телами, частицами?
3. Какая физическая величина определяет электромагнитное взаимодействие?
4. Зависит ли величина заряда от выбора системы отсчета?
5. Можно ли сказать, что заряд системы складывается из зарядов тел, входящих в эту систему?
6. Как называется процесс, приводящий к появлению не телах электрических зарядов?
7. Если тело электрически нейтрально, означает ли это, что оно не содержит электрических зарядов?
8. Как взаимодействует два отрицательных зарядов?
9. Верно ли утверждение, что в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех тел системы остается постоянной?
10. Если в замкнутой системе число заряженных частиц уменьшилось, то означает ли это, что заряд всей системы тоже уменьшил?
Ответы
1. Электростатика
2. Электромагнитное
3. Электрический заряд
4. Нет
5. Можно
6. Электризация
7. Нет
8. Отталкиваются
9. Да
10. Нет
Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона.
1. Можно ли создать электрический заряд?
2. Создаем ли мы при электризации электрический заряд?
3. Может ли заряд существовать независимо от частицы?
4. Тело, суммарный положительный заряд частиц которого равен суммарному отрицательному заряду частиц, является…
5. Сила взаимодействия заряженных частиц с увеличением заряда любой из этих частиц…
6. При перемещении зарядов в среду сила взаимодействия между ними…
7. С увеличением расстояния между зарядами в 3 раза сила взаимодействия…
8. Величина, характеризующая электрические свойства среды, называется…
9. В каких единицах измеряются электрический заряд?
Ответы
1. Да
2. Нет
3. Нет
4. …нейтральным
5. …увеличиваются
6. …уменьшается
7. …уменьшается в 9 раз
8. …диэлектрической проницаемостью
9. В кулонах
Электрическое поле
1. Какие виды материи вы знаете?
2. Как называется поле неподвижных зарядов?
3. Что является источником электрического поля?
4. Главное свойство любого электрического поля.
5. Как называется сила, с которой взаимодействуют заряды?
6. Как называется физическая величина, равная отношению силы, действующей на заряд со стороны электрического поля, к этому заряду?
7. Запишите формулу напряженности электрического поля точечного заряда?
8. В каких единицах измеряется напряженность электрического поля?
9. Как направлены силовые линии электрического поля?
10. Как изменится напряженность при увеличении электрического заряда?
11. Как изменится напряженность при увеличении расстоянии от точки до заряда электрического заряда?
12. Как изменится сила, действующая на заряд, если напряженность электрического поля увеличить в 2 раза?
13. Какой заряд помещен в электростатическое поле, если вектор силы, действующий на заряд, совпадает с вектором напряженности по направлению?
Ответы
1. Вещество, поле
2. Электростатическим
3. Заряд
4. Действие на электрические заряды
5. Кулоновская
6. Напряженность электрического поля
7. Н/Кл=В/м
8. E=q/r2
9. от «+» к «-»
10. Увеличивается
11. Уменьшается
12. Увеличиться в 2 раза
13. Положительный
ПРОВОДНИКИ И ДИЭЛЕКТРИКИ
В электростатическом поле
1. Вещества, проводящие электрический ток — …
2. Металлы проводят электрический ток, потому, что внутри них есть …
3. Где располагаются свободные заряды в проводнике при электризации?
4. Существует ли электрическое поле внутри проводника?
5. Оказывает ли диэлектрик на внешнее электрическое поле какое – либо влияние.
6. Почему диэлектрик не проводит электрический ток?
Ответы
1. … Проводники
2. …свободные электроны
3. На поверхности проводника
4. Нет
5. Да, уменьшает
6. нет свободных носителей заряда
Работа сил. Электростатического поля. Разность потенциалов.
1. Если работа сил поля по любой замкнутой траектории равна нулю, то поле называется…
2. От каких величин зависит работа сил электрического поля?
3. Зависит ли работа сил электрического поля от формы траектории?
4. Назовите энергетическую характеристику электрического поля.
5. В каких единицах она измеряется?
6. Зависит ли значение потенциала от выбора нулевого уровня?
7. Выразите вольт через другие единицы.
8. Чему равна работа сил электрического поля.
9. При нахождении общего потенциала нескольких электрических полей все потенциалы…
10. Чему равна работа кулоновских сил на замкнутом пути?
11. Чему в электростатике равно напряжение?
12. В чем измеряется напряжение?
13. Как называются поверхности равного потенциала?
14. Как направлен вектор напряженности электростатического поля относительно эквипотенциальных поверхностей?
15. Каким образом связаны напряжение и напряженность в однородном электростатическом поле?
1. … потенциальным
2. От заряда, напряженности, расстояния
3. Нет
4. Потенциал
5. В вольтах
6. Да
7. Дж/Кл
8. 0
9. …алгебраически складываются
10. 0
11. Разности потенциалов
12. Вольт
13. Эквипотенциальные
14. Перпендикулярно им, в сторону уменьшения потенциала
15. U=Ed
Конденсаторы
1. Способность проводника накапливать заряд называется…
2. В каких единицах измеряется электроемкость?
3. Как называется система из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика?
4. Что понимают под зарядом конденсатора?
5. Где сосредочена электрическое поле конденсатора?
6. Как изменится емкость конденсатора, если между обкладками ввести диэлектрик?
7. Зависит ли емкость конденсатора от геометрических размеров?
Ответы
1. … электроемкостью
2. В фарадах
3. Конденсатором
4. Модуль заряда одной из обкладок
5. Внутри, между обкладками
6. Увеличится
7. Да