електричні заряди

Електричні заряди. закон Кулона

1. Електричні заряди і електрично заряджені тіла. Всі речовини складаються з атомів і молекул. Найважливішими структурні-ми елементами атомів є елементарні частинки матерії. Розглянемо основні властивості двох з них: протонів і елект-нейронів.

Протони - частинки, що володіють позитивним електричні-ським зарядом. Вони входять до складу атомного ядра, повідомляючи йому позитивний заряд.

Електрони - найдрібніші негативно заряджені частинки, які з величезною швидкістю обертаються навколо ядра по зам-батіг орбітах. Заряд електрона е = - 16 · 10-20 Кл. Це еле-плементарним, т. Е. Найменший, електричний заряд. Число елект-нейронів в атомах різних хімічних елементів неоднаково. Так, наприклад, атоми водню мають один електрон, який обертається навколо ядра по одній орбіті, а натрію - 11 електро-нів, що обертаються по трьом орбітах: на першій, ближньої до отруту-ру, - 2, на другий - 8, на третій - 1.

В атомах різних хімічних речовин, що знаходяться в звичайному стані, існує електричне рівновагу: сум-Марн негативний заряд електронів дорівнює позитивному заряду ядра. В цьому випадку атоми, а значить, і вся речовина, з-стоїть з цих атомів, електрично нейтральні. Якщо атом даної речовини втрачає один або кілька електронів, то рав-новесіе електричних зарядів порушується і атом перетворюється в позитивний іон. Якщо ж атом отримує зайві електрони, то він заряджається негативно, перетворюючись в негативний іон.

Процес перетворення нейтрального атома в іон називається іонізацією.

Тіло називають електрично зарядженою, якщо в ньому преоб-ладают позитивні або негативні заряди. Надлишок тих чи інших зарядів в розглянутому тілі виникає внаслідок її вія передачі заряджених частинок від одного тіла іншому або їх переміщення всередині тіла з однієї його області в іншу.

Електризація тіл може бути здійснена тертям або в результаті інших фізичних та хі-чеських процесів.

Так, якщо натерти бурштин шерстю, то деяка частина електронів перейде від атомів вовни до атомам бурштину. У бурштину з'явиться надлишок електронів, і він зарядиться негативно. Кількість таких надлишкових електронів може бути різним. Говорячи про електрично зарядженому тілі, вказують значення його заряду, що позначається буквою Q (або q). В електротехніці застосовують Міжнародну систему одиниць (СІ), заряд в цій системі виражається в Куло-нах (Кл).

Рухомі заряджені частинки оточені електромагніт-ним полем і як єдине ціле представляють собою особливий вид матерії, якому притаманні особливі електромагнітні властивості. Найважливішими з цих властивостей є електричний заряд, власний магнітний момент і силовий вплив електро-магнітного поля на заряджені частинки.

2. Закон Кулона. Електрично заряджені тіла (частки) взаємодіють один з одним.

При різнойменних зарядах тіла притягуються одне до одного, а при однойменних - відштовхуються. На рис. 1.1 представлені два точкових тіла з зарядами Q1 і Q2. Заряджені тіла називаючи-ються точковими, якщо їх лінійні розміри малі в порівнянні з відстанню R між тілами. Сила їх взаємодії залежить від величини зарядів Q1 і Q2, відстані між ними, а також середовища, в якій знаходяться електричні заряди. Зв'язок між цими величинами була сформульована французьким вченим Кулоном в 1775 р сила взаємодії двох нерухомих то-Чечні заряджених тел прямо пропорційна добутку зарядів цих тіл, обернено пропорційна квадрату расстоя-ня між ними і залежить від середовища.

Закон Кулона виражається наступною формулою:

де Q1 і Q2 - заряди точкових тіл, Кл; R - відстань між їх центрами, м; # 949; а - абсолютна діелектрична проникними-ність середовища (вона враховує вплив середовища, в якій знаходяться заряджені точкові тіла, на силу їх взаємодії).

Сила - величина векторна. Вектори, які мають певний напрям в просторі, позначаються жирним шрифтом.

3. Діелектрична проникність і електрична постійного-ва. Різні речовини мають різну абсолютну діелектричної-ську проникність. Абсолютна діелектрична проникність вакууму (# 949; 0) називається електричної постійної. Її розмір-ність в СІ - фарад * на метр. Дослідним шляхом встановлено, що

Величина, що показує, у скільки разів абсолютна ді-електрична проникність речовини # 949; а більше електричної постійної # 949; 0, називається відносної діелектричної прони-кливість цієї речовини # 949; г = # 949; а / # 949; 0.

Відносна діелектрична проникність не має раз-мірності. Для більшості діелектриків вона лежить в межах 1--10, щодо мало залежить від електричних умов і тим-ператури, а тому вважається постійною. У табл. 1.1 наведені значення # 949; г для деяких речовин. Так як для парафінований-ної паперу # 949; г = 4,3, то абсолютна діелектрична проникними-ність паперу в 4,3 рази більше електричної постійної і становить # 949; а = # 949; г # 949; 0 = 43 · 8,85 · 10-12 = 38 · 10-12 Ф / м.

Невелика група діелектриків, звана сегнетоелектриками (титанат барію, титанат свинцю і ін.), Має дуже висок-кую проникність # 949; г (близько багатьох тисяч), яка сильно залежить від електричних умов і температури.

Приклад 1.1. Визначити силу взаємодії двох точкових тіл з зарядами Q1 = 25 · 10-6 Кл; Q2 = 4 · 10-6 Кл, поміщених в трансформаторне масло на відстані R = 10 см. Один від одного

Рішення. За табл. 1.1 знаходимо відносну діелектричну Прониц-емость трансформаторного масла # 949; г = 2,2. Абсолютна діелектрична прони-кливість трансформаторного масла

Відстань між зарядами

R "10см = 10/100 = 10-10 гм.

Сила взаємодії електричних зарядів

Завдання. Дайте відповідь на питання контрольної карти 1.1 (рі-ня всіх завдань контрольних карт повинно бути записано прискорений-мися в робочий зошит).

Вільном відповіді повторювали рите

В результаті тертя з поверхонь-сті тіла видалено 1012 електронів. Визначити значення і знак зоря-да цього тіла

Є три заряджених точеч-них тіла. Перше і друге притому-ГІВА, а друге і третє Отта-Ківа. Визначити знак заряду тіла: а) першого; б) другого. Тре-тє тіло заряджена негативним електрикою

Сила взаємодії двох то-Чечні заряджених тіл в вакуумі дорівнює F. Яким із зазначених спра-ва способів ця сила може бути зменшена в 2,2 рази?

Обидва зоря-да умень-шити в 2,2 рази

Середу ме-жду заряду-ми заповнити трансформа-раторних мас-лом. Відстань між-ду зарядами зменшити в 2,2 рази

Визначити силу взаимодейст-вия двох точкових тіл з зарядами Q1 і Q2. Відстань між ними R = 30 см. Середовище і значення зоря-дов вказані в таблиці варіантів

Визначити абсолютну ді-електричну проникність ма-териала, зазначеного в кожному ва-Ріанта