Какой буквой обозначается электрический заряд?

Электрический заряд. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона

Какой буквой обозначается электрический заряд?

Знакомство с явлениями электростатики лучше начинать в сухую погоду. Расчесывая волосы, снимая свитер можно наблюдать в темноте проскакивание крошечных искр и слабое потрескивание. Если потереть пластиковую расческу о волосы и поднести ее к мелким кусочкам бумаги, то они начнут притягиваться к расческе.

Электризация – физическое явление, которое приводит к возникновению взаимодействия (притяжения или отталкивания) двух тел, например, при приведении их в плотный контакт или при трении (стекло и кожа, плексиглас и шерсть, резина и шерсть). Обнаружено в Древней Греции при трении янтаря (по-гречески – «электрон») о шерсть.

Взаимодействие наэлектризованных тел в состоянии покоя называется электростатическим взаимодействием.

Опыты по взаимодействию заряженных тел показали, что в природе существуют два вида заряда. Б. Франклин назвал один из них положительным, а другой – отрицательным. Разноименные заряды притягиваются, а одноименные – отталкиваются.

Различают следующие виды электризации:

  1. Трением.
  2. Соприкосновением.
  3. Через влияние
  4. При облучении.

При электризации тел трением всегда одновременно заряжаются оба участвующих в электризации тела (например, стекло и шелк). Причем одно из них приобретает положительный заряд, а другое – отрицательный. Если до электризации оба тела не были заряжены, то величина положительного заряда первого тела оказывается в точности равной величине отрицательного заряда второго тела.

Современная теория объясняет электризацию твердых тел как перемещение электронов, входящих в состав атомов любых тел, с одного тела на другое.

В состав ядра входят положительно заряженные элементарные частицы – протоны. На теле, приобретающем отрицательный заряд, образуется избыточное число электронов по сравнению с числом протонов, а на положительно заряженном теле оказывается недостаток электронов по сравнению с числом протонов.

Электрический заряд – характеристика заряженного тела. Минимальный заряд обозначается буквой e и равен 1,6·10–19 Кл. Такой заряд имеют электрон и протон. Первые, наиболее точные определения заряда электрона были выполнены американским ученым Р. Милликеном и русским физиком А. Ф. Иоффе.

Для обнаружения и измерения электрического заряда используют электрометр. По углу отклонения стрелки модно судить о величине заряда.

Уменьшение числа электронов в одном теле равно увеличению их числа в другом. При этом полный заряд такой системы не изменяется, оставаясь равным нулю.

Читайте также  Можно ли поставить электрическую плиту вместо газовой?

Сохранение числа протонов и электронов на соприкасающихся телах объясняет подтверждающийся опытом закон сохранения заряда: в электрически замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов не меняется.

Количественное исследование взаимодействия заряженных тел осуществил в 1785 году французский физик Ш. Кулон (1736-1806). Он исследовал взаимодействие небольших заряженных металлических шариков при помощи крутильных весов.

На тонкой проволоке была подвешена стеклянная палочка с двумя металлическими шариками на концах. Одному шарику сообщали электрический заряд. Рядом с ним помещали неподвижный заряженный таким же по знаку зарядом шар. По углу поворота стеклянной палочки Ш.Кулон определял силу взаимодействия. Расстояние измерялось между центрами шаров.

Модуль силы взаимодействия F12 между двумя неподвижными точечными электрическими зарядами q1 и q2 в вакууме пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния R12 между ними.

Точечный заряд – модель реальных заряженных тел,  размер которых значительно меньше, чем расстояние между ними.

Если имеется система точечных зарядов, то сила, действующая на каждый из них, определяется как векторная сумма сил, действующих на данный заряд со стороны всех других зарядов системы. При этом сила взаимодействия данного заряда с каким-то конкретным зарядом рассчитывается так, как будто других зарядов нет.

Сила взаимодействия точечных зарядов зависит от свойств среды, в которой они находятся:

Свойства среды определяет диэлектрическая проницаемость среды ε.

Границы применимости закона Кулона:

  • для точечных зарядов
  • для неподвижных зарядов
  • справедлив до расстояний не меньше 10-15 м

Применение электризации

1.Электрофильтры.

Для очистки воздуха от пыли, например,  при производстве цемента, очистки частиц дыма на ТЭС используют электрофильтры. Наэлектризованные частицы пыли притягиваются к заряженному элементу внутри фильтра.

2. Равномерное распыление краски краскопультом.

Электростатическая покраска используется для покрытия металлических поверхностей, например, в покрасочном цехе автомобильных кузовов. Для равномерного распыления краски на краскопульт подают отрицательный заряд, а  кузову автомобиля сообщают положительный заряд. Отрицательно заряженные капельки краски равномерно распределяются по поверхности кузова, образуя прочный, ровный слой.

3. Изготовление наждачной бумаги.

4. Генератор высокого напряжения Ван де Граафа.

Электризация нашла практическое применение в науке и технике. До недавнего времени в ядерных исследованиях на ускорителях элементарных частиц широко применялся генератор Ван-дер-Ваальса. С его помощью удавалось генерировать напряжение до нескольких миллионов вольт. Генератор разработан в 1929 году американским физиком Робертом Ван-дер-Ваальсом. Используется электризация трением. Заряд переносится на движущейся ленте и многократно снимается с нее на полый металлический проводник.

Читайте также  Краскораспылитель электрический как выбрать?

5. Очистка зерна.

6. Дактилоскопия.

7. Лазерный принтер и ксерокс.

Электризация тел при облучении нашла применение в ксерокопирование и лазерном принтере.

8. Медицина.

При работе люстры Чижевского образуется большое количество отрицательных ионов кислорода. При вдыхании воздуха ионы кислорода отдают электрические заряды эритроцитам крови, а затем – клеткам. Вследствие чего улучшается обмен веществ в организме.

Учет электризации

  1. Перевозка топлива.
  2. Электризация нитей на ткацкой фабрике.
  3. Электризация самолета во время полета.
  4. Электризация одежды.

Опорный конспект:

Источник: https://fizclass.ru/elektricheskij-zaryad-vzaimodejstvie-elektricheskix-zaryadov-zakon-kulona/

1. Электрическое поле, заряды и их взаимодействия, закон сохранения электрического заряда

Какой буквой обозначается электрический заряд?

yafizik

Электрическим зарядом называют некоторое свойство тела, которое проявляется в том, что данное тело участвует в электромагнитных взаимодействиях.
Если тело участвует в электромагнитных взаимодействиях, то говорят, что это тело заряжено электрическим зарядом.

Поле

Электрические заряды создают электромагнитное поле, которое действует на заряды. 
Заряд определяет интенсивность взаимодействия заряженных тел или, по-другому, является мерой взаимодействия  заряженного тела с полем.

Две концепции электромагнитных взаимодействий

Когда-то было точно неизвестно, как именно взаимодействуют заряженные тела. Одни утверждали, что заряды взаимодействуют на расстоянии через пустоту, причем взаимодействия осуществляются с бесконечно большой скоростью (теория дальнодействия), другие, что взаимодействия передаются с помощью особых материальных посредников с конечной скоростью (теория близкодействия).
В электродинамике принята теория близкодействия. Электрическое взаимодействие осуществляется на расстоянии, без прямого контакта взаимодействующих тел, и передается с помощью особого носителя – электромагнитного поля, распространяющегося со скоростью света.

Типы заряда

Из опыта установлено, что в природе существует два типа зарядов, которые условно называют положительным и отрицательным.
Заряд обозначают буквой q (ку).
В СИ заряд измеряется в кулонах
[q]=1 Кл (кулон)

Взаимодействие зарядов

Установлено, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются.

Заряд меняется (переносится) дискретно (порциями), причем любой ненулевой заряд кратен элементарному заряду, численно равному заряду электрона (протона)

e = 1,602*10-19 Кл

Закон сохранения заряда

В замкнутой (изолированной) системе полный заряд сохраняется. Причем в результате взаимодействий из исходных частиц могут образовываться новые, но это не меняет заряда системы. Положительно заряженных частиц образуется ровно столько же сколько отрицательно заряженных.
Действие света также не меняет полного заряда системы, так как фотоны не являются носителями заряда.

Как не заблудиться в поле или о путанице в терминологии

Долгое время считалось, что электрическое и магнитное поля имеют разную природу, но оказалось, что это не так. Во-первых, у них один источник – электрический заряд, во-вторых, в природе эти поля не могут существовать друг без друга, то есть одно поле порождает другое, а то порождает первое и тд. Поэтому «общее» поле называют электромагнитным, но для удобства (или большей путаницы) обучение строят исторически, то есть сначала «открывают» электрическое поле, затем магнитное, а потом говорят, что это-то одно и тоже!

Читайте также  Электрический провод для наружной проводки на улице

Интересно, что неподвижный заряд может породить только электрическое поле, без магнитного. Почему это возможно я скажу позже.

yafizik

Закон сохранения электрического заряда справедлив прежде всего потому, что в природе присутствует симметрия заряда. То есть если существует одна частица с определенной величиной заряда, то обязательно найдется другая частица с точно таким же зарядом по величине, но противоположным по знаку. Причем в остальном частицы могут различаться очень сильно.

Например, электрон и протон имеют по модулю одинаковый заряд, причем электрон отрицательно заряжен, а протон положительно. Но частицы столь непохожи друг на друга (чего стоит только их различие в массе), что удивительно, почему величина их заряда вообще равна. Насколько я знаю, это до сих пор не объяснено.

Как же установили, что величина заряда электрона равна заряду протона?Для этого был проведен эксперимент, заключающийся в исследовании электрической нейтральности атома или молекулы водорода. Ученым нужно было попытаться отклонить пучок атомов или молекул электрическим полем. В опыте использовался пучок атомов цезия в высоком вакууме, проходящий через сильное элктрическое поле.

По отсутствию какого-либо наблюдаемого отклонения можно сделать вывод, что полный заряд атома цезия должен быть меньше 10-16 е.

Другой более тонкий эксперимент был сделан так. Большой объем водорода подвергался сжатию в резервуаре, полностью изолированном в электрическом в электрическом отношении от окружающей среды. Затем газ выпускали из резервуара таким образом, чтобы с ним не могли выйти обычные ионы.

Если бы заряд протона отличался от заряда электрона, то молекула водорода перестала бы быть электронейтральной и имела бы какой-то заряд отличный от нуля. Удаление всей массы водорода заметно изменило бы электрический заряд и потенциал резервуара. Наблюдения показали, что на резервуаере никаких зарядов нет, поэтому электрон и протон имеют одиноковые заряды с точностью 1020.

Page 3

yafizik

Интересное видео о том, как услышать электромагнитные волны.

Источник: https://yafizik.livejournal.com/1016.html