sarcină electrică. legea lui Coulomb
La fel ca și conceptul de corp de masă gravitațională în mecanica newtoniană, conceptul de electrodinamică de sarcină este primar, conceptul de bază.
sarcină electrică - o cantitate fizică ce caracterizează proprietățile particulelor sau organismele intră în vigoare interacțiune electromagnetică.
Sarcina electrică este, de obicei, desemnat de q litere și Q.
Colectarea tuturor faptelor experimentale cunoscute conduce la următoarele concluzii:
Există două tipuri de sarcini electrice, numite convențional pozitive și negative.
Acuzațiile pot fi transferate (de exemplu, prin contact direct), de la un corp la altul. Spre deosebire de sarcina electrica in greutate nu este o caracteristică inerentă a corpului. Același organism în medii diferite pot avea o sarcină diferită.
Ca resping taxe, spre deosebire de taxele - atrag. Aceasta se manifestă, de asemenea, diferența fundamentală dintre forța electromagnetică de gravitație. Forțele gravitaționale sunt întotdeauna forțe de atracție.
Una dintre legile fundamentale ale naturii este stabilit experimental legea de conservare a sarcinii electrice.
Într-un sistem izolat, suma algebrică a taxelor tuturor organismelor rămâne constantă: q1 + q2 + q3 +. + Qn = const.
Legea conservării sarcinii electrice prevede că într-un sistem închis de corpuri nu se poate observa procesul de naștere sau dispariția a taxei de un singur semn.
Din punct de vedere actual, purtătorii de sarcină sunt particule elementare. Toate corpurile obișnuite sunt compuse din atomi. care conțin protoni încărcate pozitiv. electroni încărcați negativ și particule neutre - neutroni. Protonii și neutronii fac parte din nucleele atomice, electronii formează învelișul de electroni al atomilor. sarcini electrice protonul și electronul în valoare absolută sunt exact la fel și egală cu sarcina electrica elementara e.
Numărul atom neutru de protoni din nucleu este egal cu numărul de electroni în coajă. Acest număr se numește numărul atomic. Atomii din materialul poate pierde unul sau mai mulți electroni, sau achiziționați un electron suplimentar. În aceste cazuri, un atom neutru este convertit într-un ion încărcat pozitiv sau negativ.
Taxa poate fi transferat de la un organism la altul, numai porțiuni conținând numărul întreg de sarcini elementare. Astfel, sarcina electrică a corpului - o cantitate discretă: q = ± n e (n = 0, 1, 2).
cantități fizice, care pot lua doar un număr discret de valori se numesc cuantificată. E este elementar cuantumul de încărcare (partea inferioară) a unei sarcini electrice. Rețineți că în fizica modernă a particulelor presupune existența unor așa-numite cuarci - particule cu sarcină fracționară ± 1 martie e și ± 2 martie e. Cu toate acestea, quarcii nu a reușit până în prezent să respecte într-o stare liberă.
In experimentele de laborator obișnuite pentru detectarea și măsurarea sarcinii electrice utilizate electrometru - (. Figura 1.1.1) un dispozitiv alcătuit dintr-o tijă metalică și acul, care se poate roti în jurul unei axe orizontale. Rod cu o săgeată izolată din carcasa metalică. Atunci când un organism încărcat în contact cu tija electrometru sarcinile electrice de același semn și sunt distribuite de-a lungul direcției arborelui. forțe de repulsie electrice provoacă rotirea săgeții printr-un anumit unghi, prin care să judece transferat taxa tija electrometru.
Transferul gratuit de la un organism încărcat la electrometru
Electrometru este dispozitivul relativ grosier; nu este posibil de a investiga forțele de interacțiune între încărcări. Pentru prima dată legea interacțiunii tarifelor fixe a fost descoperit de către fizicianul francez C. Coulomb în 1785. În experimentele sale Coulomb măsurat forțele de atracție și repulsie de bile încărcate cu ajutorul dispozitivului au proiectat - un echilibru de torsiune (Figura 1.1.2.), Caracterizată printr-o sensibilitate extrem de mare. De exemplu, barna a fost transformat de 1 ° sub forța de ordinul a 10 -9 H.
Ideea sa bazat pe măsurători ale unei presupuneri Coulomb genial că, dacă o minge încărcată este adusă în contact cu exact la fel nu este încărcată, taxa de prima împărțit în mod egal între ele. Astfel, metoda a fost specificată pentru a modifica taxa de minge în două, trei și așa mai departe. D. Timpul. In experimentele măsurate interacțiunea Coulomb dintre bilele, dimensiunile sunt mult mai mici decât distanța între acestea. Aceste organisme încărcate sunt numite sarcini punctiforme.
Punctul de încărcare este numit un corp încărcat, dimensiunea care, în ceea ce privește această problemă poate fi ignorată.
Forțele de interacțiune Dispozitiv Coulomb de taxe și opuși
Pe baza a numeroase experimente Pendant a stabilit următoarea lege:
Forțele de interacțiune a taxelor fixe este direct proporțională cu produsul taxelor și invers proporțională cu pătratul distanței modulului dintre ele: F = k | q 1 | ċ | q 2 | r 2.
Forțele de interacțiune ascultă legea a treia a lui Newton: F → 1 = - F → 2. Ele sunt forțe repulsive sub același semn al încărcăturii și a forțelor de atracție pentru diferite semne (Figura 1.1.3.). Interacțiunea sarcinilor electrice fixe numite electrostatică sau interacțiune Coulomb. electrodinamica CATEGORY studiază interacțiunea Coulomb, se numește electrostatică.
legea lui Coulomb este valabilă pentru corpurile de puncte încărcat. Aproape legea lui Coulomb este bine îndeplinită, în cazul în care dimensiunea organismelor care sunt mult mai mici decât distanța dintre ele.
Factorul de proporționalitate k din legea lui Coulomb depinde de alegerea unităților de sistem. In sistemul SI taxa unitate trecut pandantiv (Cl).
Pandantiv - este sarcina care trece prin 1, cu o secțiune transversală, la un curent de 1 A. Unitatea de curent (amperi) în unități SI este, împreună cu durata de timp și măsurarea greutății unității principale.
Coeficientul k în sistemul SI este scris de obicei în forma: k = 1 4 π ε 0 0. unde ε = 8,85 ċ 10 - 12 Cl 2 Hc m 2 - dielectric constant.
IS este sarcina elementară e:
e = 1,602177ċ10 -19 kD ≈ 1,6ċ10 -19 Kl.
Experiența a demonstrat că puterea interacțiunii Coulomb supun principiului superpoziției.
În cazul în care organismul acuzat interacționează cu mai multe corpuri încărcate, forța rezultantă care acționează asupra unui corp dat, este suma vectorială a forțelor care acționează asupra corpului tuturor celorlalte organisme încărcate.
Fig. 1.1.4 ilustrează principiul superpoziției un exemplu al interacțiunii electrostatice a trei corpuri încărcate.
Principiul superpoziției forțelor electrostatice F → 1 = F → 21 + F → 31; F → 2 = F → 12 + F → 32; F → 3 = F → F → + 13, 23. Interacțiunea dintre sarcini punctiforme
Principiul superpoziției este o lege fundamentală a naturii. Cu toate acestea, aplicarea sa necesită o anumită îngrijire în cazul în care este vorba de interacțiunea corpurilor încărcate dimensiuni finite (de exemplu, cele două acuzat efectuarea bile 1 și 2). În cazul în care un sistem de două bile încărcate podnsti încărcat treia minge, interacțiunea dintre 1 și 2 se va schimba din cauza redistribuirea încărcare.
Principiul superpoziției prevede că pentru un anumit (fix) distribuție de sarcină în toate corpurile forțelor electrostatice între oricare două corpuri sunt independente de prezența altor organisme încărcate.