Электрический заряд и его свойства

Основные свойства электрического заряда

Основные свойства электрического заряда:

1.  Заряд инвариантен – его величина одинакова при измерении в любой инерциальной системе отсчёта.

2.  Заряд сохраняется – суммарный заряд изолированной систе-мы тел не изменяется.

3.  Заряд аддитивен – заряд системы тел равен сумме зарядов отдельных тел.

4.  Заряд дискретен – заряд любого тела по величине кратен ми-нимальному заряду, который обозначается символом e и ра —

вен 1,6 10 19 Кл.

12

5.  Существуют заряды двух разных «сортов». Заряды одного «сорта» названы положительными, а другого «сорта» – отрицательными. Одноимённые заряды отталкиваются, а раз-ноимённые – притягиваются.

Если вблизи одной заряженной частицы (заряда q1 ), располо-

женной в начале координат, будет находиться вторая заряженная час-тица (заряд q2 ), то на второй заряд будет действовать электрическая

(кулоновская) F , определяемая законом Кулона:

F 4 q1q2r 2 er ,

где r – радиус-вектор точки наблюдения;

er – единичный радиус-вектор, направленный в точку наблюде-ния;

0 – электрическая постоянная; – диэлектрическая проницаемость среды (в вакууме 1).

Напряжённость электрического поля – характеристика силового действия электрического поля на заряд. Напряжённость электриче-ского поля, создаваемого зарядом q1 , есть векторная величина, обо-

значаемая символом E(q1 ) и определяемая соотношением:

F ,
E(q )
1 q2
где – сила, действующая на заряд q2 .
F

Силовые линии или линии напряжённости – линии, в любой точке которых вектор напряжённости электрического поля направлен по касательной к ним.

Электрическое поле подчиняется принципу суперпозиции: на-пряжённость электрического поля нескольких источников является суммой векторов напряжённости поля, создаваемого независимо каж-дым источником:

E Ei .

i

Потоком электрического поля называется интеграл по некото-рой поверхности S от скалярного произведения напряжённости элек-трического поля на элемент поверхности:

ФЕ EdS ,

S

где вектор dS направлен по нормали к поверхности.

13

Дипольный (электрический) момент есть произведение

Закон Гаусса для электрического поля: поток электрического поля через замкнутую поверхность S0 пропорционален суммарному

заряду, расположенному внутри объёма, ограниченного поверхно-стью интегрирования потока V (S0 ) :

Линии напряжённости электрического поля точечного заряда представляют собой прямые линии, идущие от заряда (положительно-го) или к заряду.

Потенциалом данной точки r электрического поля называется скалярная величина, численно равная работе сил поля по перемеще-нию единичного положительного заряда из данной точки в другую

фиксированную точку r0 , в которой потенциал принят за 0 (напри-мер, в бесконечность):

(r ) Edr .

r

Уравнение, выражающее напряжённость через потенциал:

E grad( ) , где оператор градиента grad ; ; .
x y
z

Диполь есть два одинаковых по величине, но противоположных по знаку точечных заряда q , расположенных на расстоянии L ( L

| pe | qL .

Вектор дипольного момента направлен от отрицательного к положи-тельному заряду.

На линии, проходящей через центр диполя, перпендикулярно электрическому моменту диполя и на большом расстоянии r от его центра напряжённость равна:

Методика и порядок измерений

Рассмотрите рисунок 2.1 и зарисуйте необходимое в конспект.

14

Рис. 2.1. Взаимодействие зарядов

Эксперимент 1. Исследование поля точечного заряда

1. Запустите эксперимент «Взаимодействие электрических заря-

дов».

2. Зацепив мышью, перемещайте заряд q1 и зафиксируйте его

вблизи левой границы экспериментального поля. Зацепив мышью, перемещайте движок регулятора величины первого заряда и устано-вите величину заряда q1 , указанную в таблице 2.1, для вашей брига-

ды. Заряд q3 поместите под первым, а его величину установите рав-ной 0. Заряд q2 установите равным 10-8 Кл.

3. Перемещайте, нажав левую кнопку мыши, заряд q2 вправо, устанавливая расстояния r12 до первого заряда, указанные в табли-

це 2.1. Измеренные в данных точках значения E1 F12 / q2 занесите в
соответствующую строку таблицы 2.2.
Таблица 2.1
Значения величины заряда q 10 8 Кл (не перерисовывать)
1
Бригада q1, Кл
1 и 5 4 6 8 10
2 и 6 4 5 9 10
3 и 7 -4 -5 -7 -9
4 и 8 -4 -6 -8 -10
15
Результаты измерений Таблица 2.2
r , 10 2 м 10 20

Источник: http://fiziku5.ru/uchebnye-materialy-po-fizike/osnovnye-svojstva-elektricheskogo-zaryada

Электрический заряд и его свойства. Электрическое поле и его характеристики. Закон Кулона. Электрическое поле точечного заряда. Принцип суперпозиции

Электростатика.

Электростатика – это учение о свойствах и взаимодействии электрических зарядов, неподвижных по отношению к избранной инерциальной системе отсчёта.

Закон сохранения электрического заряда. Проводники, диэлектрики, полупроводники.

Существуют два типа заряда: положительный и отрицательный. Опытным путём было установлено, что элементарный заряд дискретен, то есть заряд любого тела составляет целое, кратное от некоторого электрического заряда.

Электрон и протон являются носителями элементарных отрицательного и положительного зарядов. Из обобщённых опытных данных был установлен фундаментальный закон природы, впервые сформулированный английским физиком Фарадеем.

Закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остаётся неизменной, какие бы процессы не проходили внутри этой системы.

Система называется замкнутой, если она не обменивается электрическими зарядами с внешними телами.

Электрический заряд – величина релятивистская, инвариантная, то есть не зависит от выбранной системы отсчёта. А значит, не зависит от того, движется этот заряд или покоится.

Наличие носителя заряда (электронов и ионов) является условием того, что тело проводит электрический ток. В зависимости от способности проводить электрический ток, тела делятся на:

– проводники

– диэлектрики

– полупроводники.

Проводники – тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объёму. Проводники делятся на две группы:

1) проводники первого рода (металлы) – перенос в них электрических зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями;

2) проводники второго рода (расплавы солей, растворы солей и кислот и другие) – перенос в них зарядов (положительно и отрицательно заряженных ионов) ведёт к химическим изменениям.

Диэлектрики (стекло, пластмасса) – тела, которые не проводят электрический ток, если к этим телам не приложено сильное внешнее электрическое поле; в них практически отсутствуют свободные заряды.

Полупроводники(германий, кремний) – занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Их проводимость сильно зависит от внешних условий (температура, ионизирующее излучение и т.д.).

Единица электрического заряда – Кулон (Кл) – электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при токе в 1 ампер за время 1 секунда.

Электрический заряд и его свойства. Электрическое поле и его характеристики. Закон Кулона. Электрическое поле точечного заряда. Принцип суперпозиции.

Электрическим зарядом называется величина, характеризующая взаимодействия между частицами и телами посредством электрических и магнитных полей (электромагнитное взаимодействие).

Особенностью электромагнитных взаимодействий является то, что они являются более интенсивными, чем гравитационные. Они занимают второе место (после ядерных сил) по взаимодействию.

1 – ядерные взаимодействия 1

2 – электромагнитные взаимодействия 0,1

3 – слабо ядерные взаимодействия

4 – гравитационные взаимодействия

Электрический заряд является неотъемлемым свойством элементарных частиц. Все элементарные частицы являются носителями положительного или отрицательного электрических зарядов.Кл. Заряд любого тела обусловлен суммой электрических зарядов, входящих в него.

Появление зарядов у тел происходит в результате взаимодействия тел между собой или со средой (передача электрических зарядов от заряженных тел – электризация; передача электрических зарядов между разнородными телами, при этом они заряжаются положительно или отрицательно; передача электрических зарядов на расстояние – электрическая индукция).

В замкнутой системе суммарный заряд не изменяется входе любых химических и физических процессов.

Электрический заряд – инвариантная физическая характеристика (не зависит от выбора системы отсчёта).

Взаимодействие электрических зарядов осуществляется посредством электромагнитных полей.

Движущиеся электрические заряды создают в пространстве электрические и магнитные поля, что приводит к возникновению электрических и магнитных сил и взаимодействий (Кулоновские силы и силы Лоренца).

Наиболее простое взаимодействие осуществляется для неподвижных по отношению друг к другу – статическое взаимодействие.

Поля, которые создают заряды – электростатические. Характеристиками электростатических полей являются напряжённость и потенциал.

Напряжённость электростатического поля – величина, равная отношению силы, действующей на пробный заряд, помещённый в другую точку поля к величине этого заряда.

, где- пробный заряд.

Потенциалом называется величина, равная отношению потенциальной энергии пробного заряда, помещённого в данную точку поля к величине этого заряда.

Реферат

Читайте также:  Системы счисления чисел

На тему Електростатистика

Підготовив Учень

Групи ТМ-11

Бора В.В

Перевірила; Данку Габріела С

Источник: https://megaobuchalka.ru/5/51459.html

открытая библиотека учебной информации

Основные понятия и законы.

Введение.

Электромагнетизм.

Лекции по курсу общей физики (электричество и магнетизм)

В.К. Ли-Орлов

Лекция 1.

По современным представлениям материя существует в двух видах: вещество и поле. Вещество обладает дискретной структурой, а поле является непрерывным, заполняющим всё пространство. Частицы взаимодействуют между собой с помощью полей.

Впервые понятие поля ввёл английский физик М.Фарадей (1791-1867) в 30-е годы ХIХ века для описания электромагнитных явлений. К настоящему времени известно несколько разновидностей полей: электромагнитное, гравитационное, поле ядерных сил, волновые поля, соответствующие различным элементарным частицам.

В этом курсе мы ограничимся рассмотрением электромагнитного поля.

Среди четырёх видов фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое; электромагнитное занимает первое место по широте и разнообразию проявлений. Это силы трения и силы упругости, мышечная сила.

Существование атомов и молекул, конденсированного состояния вещества обязано электромагнитному взаимодействию. Сама жизнь была бы невозможна без сил электромагнитной природы.

К созданию электромагнитной теории поля привела длинная цепь случайных открытий и планомерных кропотливых исследований, начиная с обнаружения способности янтаря, натёртого о шёлк, притягивать лёгкие предметы, открытием элементарного закона взаимодействия точечных электрических зарядов французским физиком Ш.

Кулоном (1785), обнаружением магнитного поля электрического тока датским физиком Эрстедом (1820), открытием явления электромагнитной индукции английским физиком Фарадеем (1831). Теорию электромагнитного поля создал английский физик-теоретик Д.

Максвелл в 1860-1865гг, который ввёл новое понятие – ток смещения, теоретически предсказав существование электромагнитных волн.

После создания Максвеллом электромагнитной теории поля, началось широкое практическое использование электромагнитных явлений, что способствовало ускоренному развитию человеческой цивилизации.

Предмет курса «Электромагнетизм».

В этом курсе мы будем изучать явления, связанные с движением и взаимодействием заряженных частиц и тел, свойства электрического и магнитного поля, их взаимосвязь и действие на вещество.

Электрическое взаимодействие обязано существованию у частиц электрического заряда, который в СИ измеряется в Кулонах ( )

1. Существует два вида электрического заряда: положительный и отрицательный.

2. Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые – притягиваются

3. Существует минимальная порция электрического заряда, равная . Этот заряд называют элементарным. Носителями элементарного заряда являются элементарные частицы. К примеру, у электрона он отрицательный, у протона – положительный, у нейтрона – нулевой.

4. Обычно в веществе количество отрицательных зарядов равно количеству положительных. По этой причине вещество электрически нейтрально. Но при избытке в телœе зарядов одного знака, тело становится заряженным, то есть оно проявляет электрические свойства. Заряд тела всœегда кратен величинœе е.

5. Электрический заряд является инвариантной величиной, то есть величина заряда, измеренная в различных инœерциальных системах отсчета оказывается одинаковой.

6. Электрический заряд подчиняется закону сохранения. В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов сохраняется.

7. Заряженные частицы взаимодействуют, согласно закону Кулона.

Взаимодействие заряженных частиц. Закон Кулона (1785г).

Точечным зарядом принято называть заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстояниями до других заряженных тел.

Заряженные частицы (тела) притягиваются или отталкиваются. Элементарный закон был экспериментально открыт французским физиком Шарлем Кулоном в 1785 году при помощи крутильных весов.

Закон Кулона: сила взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами в вакууме пропорциональна электрическим зарядам, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена по линии, соединяющей заряды.

.

– расстояние между точечными зарядами.

, .

,

– электрическая постоянная, численно равная, силе взаимодействия двух точечных зарядов по 1Кл на расстоянии в вакууме: , при , .

, . Из эксперимента , ᴛ.ᴇ. сила взаимодействия двух точечных зарядов по 1Кл в вакууме на расстоянии 1м равна . Это очень большая сила. Постоянная характеризует интенсивность электрического взаимодействия.

В «СИ» используется электрическая постоянная , которая связана с постоянной соотношением: .

Введение новой постоянной упрощает наиболее употребляемые в технике формулы. Закон Кулона в вакууме принимает вид:

,

Электрические силы спадают до нуля при , ᴛ.ᴇ. их радиус действия бесконечно большой, так же как у гравитационных сил. Интенсивность электрических сил значительно превышает гравитационные силы.

Сравним силы гравитационного и электрического взаимодействия между электроном и протоном:

,

.

Силами тяготения в мире атомов можно пренебречь в сравнении с электрическими. Устойчивость атомов, молекул и макротел обязана электрическим силам.

В случае если точечные заряды находятся в однородной непроводящей и неограниченной изотропной среде (газ, жидкость), то сила взаимодействия между зарядами уменьшается по сравнению с силой взаимодействия между этими зарядами в вакууме, ᴛ.ᴇ.

.

Здесь – характеризует среду, принято называть диэлектрической проницаемостью, является величиной безразмерной. Уменьшение силы взаимодействия связано с явлением поляризации среды.

Закон Кулона для точечных зарядов в неограниченном диэлектрике:

.

Экспериментально закон Кулона проверен для расстояний: .

Нет оснований отрицать, что данный закон не выполняется и для больших расстояний.

Понятие напряжённости электрического поля. Напряжённость электрического поля точечного заряда.

По современным представлениям заряженные частицы (тела) взаимодействуют с помощью электрического поля, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ создаётся зарядами и действует на заряды.

Электрическое поле непрерывно заполняет всё пространство или его часть.

Электрическое поле, созданное неподвижными зарядами, принято называть электростатическим.

Раздел «Электромагнетизма», изучающий свойства неподвижных зарядов принято называть «электростатикой».

Электростатическое поле характеризуется напряжённостью и потенциалом , которые являются функциями координат точек пространства.

Введём понятие напряжённости. Обнаружить наличие электрического поля можно, поместив в точку пространства электрический заряд. По силе, действующей на заряд, можно судить об интенсивности поля в данной точке пространства.

Заряд, с помощью которого исследуется электрическое поле, принято называть пробным. Пробный заряд должен быть точечным и небольшим по величинœе, чтобы не искажать распределœение зарядов, создающих поле.

Пробный заряд выбирают положительного знака.

Отношение силы, действующей на пробный заряд, к величинœе пробного заряда, не зависит от величины пробного заряда. По этой причине это отношение характеризует точку пространства и принято называть напряжённостью:

.

Напряжённость равна силе, действующей на единичный положительный заряд, и является силовой характеристикой электрического поля.

Отметим, что направление определяется направлением силы, действующей на положительный заряд.

Напряжённость в единицах СИ измеряется: .

Электрическое поле задаётся совокупностью значений во всœех точках пространства для любого момента времени: .

В случае если не зависит от времени, то такое поле принято называть статическим. Как мы уже отмечали, электростатическое поле создаётся неподвижными электрическими зарядами.

Зная , можно найти силу, действующую на точечный заряд , помещённый в данную точку поля:

.

Читайте также

  • – Электрический заряд и его свойства.

    Основные понятия и законы. Введение. Электромагнетизм. Лекции по курсу общей физики (электричество и магнетизм) В.К. Ли-Орлов Лекция 1. По современным представлениям материя существует в двух видах: вещество и поле. Вещество обладает дискретной… [читать подробенее]

  • – Электрический заряд и его свойства

    Гл. 1. Электростатическое поле ЛЕКЦИЯ № 1 Раздел 4. Электричество и магнетизмЭлектрический заряд q – неотъемлемое свойство элементарных частиц, определяющее их электромагнитное взаимодействие. Единицу электрического заряда в СИ называют кулоном (Кл). Существует… [читать подробенее]

  • – Электрический заряд и его свойства.

    Основные понятия и законы. Введение. Электромагнетизм. Лекции по курсу общей физики (электричество и магнетизм) В.К. Ли-Орлов Лекция 1. По современным представлениям материя существует в двух видах: вещество и поле. Вещество обладает дискретной… [читать подробенее]

  • – Электрический заряд и его свойства

    Гл. 1. Электростатическое поле ЛЕКЦИЯ № 1 Раздел 4. Электричество и магнетизмЭлектрический заряд q – неотъемлемое свойство элементарных частиц, определяющее их электромагнитное взаимодействие. Единицу электрического заряда в СИ называют кулоном (Кл). Существует… [читать подробенее]

  • – Электростатика, ее предмет и основные понятия. Электрический заряд и его свойства.

    Предметом электростатики является электростатическое поле (ЭСП) – простейший вид (состояние) электромагнитного поля, порождаемый и неразрывно связанный с неподвижными (в данной системе отсчета) электрически заряженными телами, существующий в окружающем их пространстве… [читать подробенее]

    Читайте также:  Лазерная сварка
  • Источник: http://oplib.ru/random/view/1238672

    Свойства электрических зарядов

    Физика > Свойства электрических зарядов

    Электрический заряд выступает фундаментальным физическим свойством материи.

    Задача обучения

    • Дать характеристику электрическому заряду и описать релятивистскую инвариантность и сбережение в замкнутых системах.

    Основные пункты

    • Заряд вычисляется в кулонах (С) и достигает 6.242 х 1018е, где е – заряд протона. Заряды бывают положительными и отрицательными. Сингулярный протон обладает зарядом 1.602 х 10-19С, а у электрона -1.602 х 10-19С.
    • Электрический заряд, как и масса, сберегается. Сила, сформированная двумя зарядами, приобретает тот же вид, что и две массы. Сила от электрического поля выступает консервативной и центральной.
    • Электрический заряд – релятивистский инвариант. То есть, он не зависит от скорости. А вот масса будет расти экспоненциально по мере приближения скорости к световой (заряд останется стабильным).

    Термины

    • Сила тяжести – результирующая сила на земной поверхности, созданная вращением планеты.
    • Кулон – производная единица электрического заряда. Это перенос 1 Ампера за секунду. Передается символом С.
    • Электрическое поле – участок пространства вокруг заряженной частички или между двумя напряжениями. Воздействуют на заряженные объекты, расположенные рядом.

    Свойства электрического заряда

    Электрический заряд выступает свойством материи. Единица передается кулоном (С), достигающим 6.242 х 1018е, где е – заряд протона. Заряды бывают положительными и отрицательными. Сингулярный протон обладает зарядом 1.602 х 10-19С, а у электрона -1.602 х 10-19С.

    Неизменность

    Подобно массе, электрический заряд сберегается в системе. Пока она остается непроницаемой, количество заряда будет стабильным. Но не стоит забывать, что электрический заряд выступает релятивистским инвариантом. То есть, на него не влияет скорость. Масса частички будет расти экспоненциально по мере приближения скорости к световой, но заряд остается стабильным.

    Независимость электрического заряда от скорости сумели доказать экспериментально. Для этого брали быстро перемещающиеся ядра гелия и два отдельных медленных дейтерия.

    Притяжение и отталкивание

    Электрический заряд способен создавать силы, которые привлекают и отражают материю. Масса может только притягивать материю. Но их формулы удивительно похожи. Для электрических полей сила связана с зарядами и дистанцией через уравнение:

     (π и ε0 – постоянные). Перед вами закон Кулона.

    Силы (F1 и F2) суммируют для выведения полной силы, рассчитываемой по закону Кулона. Она выступает пропорциональной произведению зарядов (q1 и q2) и обратно пропорциональной квадрату дистанции между ними

    Формула гравитационной силы обладает той же формой, что и закон Кулона, но связывает две массы и применяет другую постоянную.

    Обе функционируют в вакууме и представляют собою центральные и консервативные силы. Если сравниваете подобные термины, то не забывайте, что зарядный контакт намного превосходит массовый.

    Например, отталкивание между двумя электронами в 1042 раз мощнее их гравитационного притяжения.

    (Пока оценок нет)

    Источник: http://v-kosmose.com/fizika/svoystva-elektricheskih-zaryadov/

    Свойства электрического заряда

    Заряд бывает двух видов, называемых положительным и отрицательным:

    заряды одного вида отталкиваются друг от друга, заряды разных видов – притягиваются, причем сила отталкивания равна по модулю силе притягивания;

    число положительных и отрицательных зарядов во Вселенной одинаковое.

    Полный электрический заряд изолированной системы сохраняется.

    Электрический заряд релятивистски инвариантен, т. е. его величина не зависит от скорости системы отсчета, как бы велика она ни была.

    Величина заряда может принимать только дискретные значения:

    минимальный заряд частицы e = 1.60·1019 Кл;

    любой заряд q кратен минимальному, т.е. q=Ne, где N – целое число;

    минимальные положительный и отрицательный заряды равны по абсолютной величине.

    Зако́н Куло́на — это закон о взаимодействии точечных электрических зарядов.

    Был открыт Шарлем Кулоном в 1785 г. Проведя большое количество опытов с металлическими шариками, Шарль Кулон дал такую формулировку закона:

    Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей заряды, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.[1]

    Важно отметить, что для того, чтобы закон был верен, необходимы:

    1. точечность зарядов — то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров — впрочем, можно доказать, что сила взаимодействия двух объёмно распределённых зарядов со сферически симметричными непересекающимися пространственными распределениями равна силе взаимодействия двух эквивалентных точечных зарядов, размещённых в центрах сферической симметрии;

    2. их неподвижность. Иначе уже надо учитывать дополнительные эффекты: возникающее магнитное поле движущегося заряда и соответствующую ему дополнительную силу Лоренца, действующую на другой движущийся заряд;

    3. взаимодействие в вакууме.

    Однако, с некоторыми корректировками закон справедлив также для взаимодействий зарядов в среде и для движущихся зарядов.

    В векторном виде в формулировке Ш.Кулона закон записывается следующим образом:

    где— сила, с которой заряд 1 действует на заряд 2;— величина зарядов;— радиус-вектор (вектор, направленный от заряда 1 к заряду 2, и равный, по модулю, расстоянию между зарядами —);— коэффициент пропорциональности. Таким образом, закон указывает, что одноименные заряды отталкиваются (а разноименные – притягиваются).

    В СИ (точно) Н·м2/Кл2 (или Ф-1·м) и записывается следующим образом:

    где— диэлектрическая постоянная.

    Опыт Милликена.

    Его экспериментальная установка представляла собой большой и емкий плоский конденсатор из двух металлических пластин с камерой между ними.

    На обкладки конденсатора Милликен подавал постоянное напряжение от мощной батареи, создавая на них высокую разность потенциалов, а между обкладками помещал мелко распыленные капли — сначала воды, а затем масла, которое, как выяснилось, ведет себя в электростатическом поле значительно устойчивее, а главное — испаряется гораздо медленнее.

    Сначала Милликен измерил предельную скорость падения капель — то есть скорость, при которой сила земного притяжения, действующая на капли, уравновешивается силой сопротивления воздуха. По этой скорости ученый определил объем и массу капель аэрозольной взвеси.

    После этого он распылил идентичный аэрозоль в присутствии электростатического поля, то есть при подключенной батарее. В этом случае масляные капли оставались в подвешенном состоянии достаточно долго, поскольку силы гравитационного притяжения Земли уравновешивались силами электростатического отталкивания между каплями аэрозоля.

    Причина, по которой капли масляного аэрозоля электризуются, банальна: это простой электростатический заряд, подобный тому, который накапливается, скажем, на белье, которое мы достаем из сушильной центрифуги, в результате того что ткань трется о ткань — он возникает в результате трения капель о воздух, заполняющий камеру. Однако из-за микроскопического размера масляных капель в камере они не могут получить большого заряда, а величина заряда капель будет кратна единичному заряду электрона. Значит, постепенно понижая внешнее напряжение, мы будем наблюдать, как капли масла периодически «выпадают в осадок», и по градациям шкалы напряжения, при которых осаждается очередная порция аэрозоля, мы можем судить об абсолютной величине единичного заряда, поскольку дробного заряда наэлектризованные капли нести на себе не могут.

    Наконец, накопив достаточно экспериментальных данных для статистической обработки, Милликен вычислил величину единичного заряда и опубликовал полученные результаты, которые содержали максимально точно для тех лет рассчитанный заряд электрона.

    Опыт Милликена был крайне трудоемок. Ученому приходилось, в частности, постоянно измерять и учитывать влажность воздуха и атмосферное давление — и так на протяжении всех пяти лет непрерывного наблюдения за своей установкой. Наградой за титанический труд стала Нобелевская премия по физике за 1923 год, присужденная Милликену за публикацию 1913 года.

    Напряжённость электри́ческого по́ля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силыдействующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q:

    .

    Также иногда называется силовой характеристикой электрического поля. Математически зависимость вектора от координат пространства сама задаёт векторное поле.

    Модуль напряжённости электрического поля в СИ измеряется в В/м (Вольт на метр)

    Читайте также:  Оптические бесконтактные выключатели

    Линией напряженности электрического поля называется линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором напряженности

    Линии напряженности электростатического поля начинаются на положительных электрических зарядах и кончаются на отрицательных электрических зарядах или уходят в бесконечность.

    Распределение линий напряженности вокруг точечного заряда показано на рис. 106 а, б.

    Определяя направление векторав различных точках пространства, можно представить картину распределения линий напряженности электрического поля.

    Для двух одноименных зарядов эта картина имеет вид, показанный на рис. 107, для разноименных — на рис. 108.

    Число линий вектора E, пронизывающих некоторую поверхность S, называется потоком вектора напряженности NE.

    Для вычисления потока вектора E необходимо разбить площадь S на элементарные площадки dS, в пределах которых поле будет однородным (рис.13.4).

    Поток напряженности через такую элементарную площадку будет равен по определению(рис.13.5).

    где- угол между силовой линией и нормальюк площадке dS;- проекция площадки dS на плоскость, перпендикулярную силовым линиям. Тогда поток напряженности поля через всю поверхность площадки S будет равен

    Так как, то

    где- проекция векторана нормаль и к поверхности dS.

    Теорема Гаусса.

    Общая формулировка: Поток вектора напряжённости электрического поля через любую, произвольно выбранную замкнутую поверхность пропорционален заключённому внутри этой поверхности электрическому заряду.

    СИ

    где

    • — поток вектора напряжённости электрического поля через замкнутую поверхность S.
    • Q — полный заряд, содержащийся в объёме, который ограничивает поверхность S.
    • — электрическая постоянная.

    Данное выражение представляет собой теорему Гаусса в интегральной форме.

    В дифференциальной форме теорема Гаусса выражается следующим образом:

    СИ

    Здесь ρ — объёмная плотность заряда (в случае присутствия среды — суммарная плотность свободных и связанных зарядов), а— оператор набла.

    Для теоремы Гаусса справедлив принцип суперпозиции, то есть поток вектора напряжённости через поверхность не зависит от распределения заряда внутри поверхности.

    Физической основой теоремы Гаусса является закон Кулона или, иначе, теорема Гаусса является интегральной формулировкой закона Кулона.

    Источник: https://studopedya.ru/1-79324.html

    Электрический заряд. Его свойства

    Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия. Эл з. обычно обозначается буквами q или Q. Совокупность всех известных экспериментальных фактов позволяет сделать следующие выводы:

    -Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.

    -Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.

    -Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. В этом также проявляется принципиальное отличие электромагнитных сил от гравитационных. Гравитационные силы всегда являются силами притяжения.

    Одним из фундаментальных законов природы является экспериментально установленный закон сохранения электрического заряда .

    В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной:

    q1 + q2 + q3 + … +qn = const.

    Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака.

    С современной точки зрения, носителями зарядов являются элементарные частицы.

    Все обычные тела состоят из атомов, в состав которых входят положительно заряженные протоны, отрицательно заряженные электроны и нейтральные частицы – нейтроны.

    Протоны и нейтроны входят в состав атомных ядер, электроны образуют электронную оболочку атомов. Электрические заряды протона и электрона по модулю в точности одинаковы и равны элементарному заряду e.

    В нейтральном атоме число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке. Это число называется атомным номером . Атом данного вещества может потерять один или несколько электронов или приобрести лишний электрон. В этих случаях нейтральный атом превращается в положительно или отрицательно заряженный ион.

    Заряд может передаваться от одного тела к другому только порциями, содержащими целое число элементарных зарядов. Таким образом, электрический заряд тела – дискретная величина :

    Физические величины, которые могут принимать только дискретный ряд значений, называются квантованными . Элементарный заряд e является квантом (наименьшей порцией) электрического заряда.

    Следует отметить, что в современной физике элементарных частиц предполагается существование так называемых кварков – частиц с дробным зарядомиОднако, в свободном состоянии кварки до сих пор наблюдать не удалось.

    В обычных лабораторных опытах для обнаружения и измерения электрических зарядов используется электрометр– прибор, состоящий из металлического стержня и стрелки, которая может вращаться вокруг горизонтальной оси.

    Электрометр является достаточно грубым прибором; он не позволяет исследовать силы взаимодействия зарядов. Впервые закон взаимодействия неподвижных зарядов был открыт французским физиком Ш. Кулоном в 1785 г.

    В своих опытах Кулон измерял силы притяжения и отталкивания заряженных шариков с помощью сконструированного им прибора – крутильных весов (рис. 1.1.2), отличавшихся чрезвычайно высокой чувствительностью.

    Так, например, коромысло весов поворачивалось на 1° под действием силы порядка 10–9 Н.

    Идея измерений основывалась на блестящей догадке Кулона о том, что если заряженный шарик привести в контакт с точно таким же незаряженным, то заряд первого разделится между ними поровну.

    Таким образом, был указан способ изменять заряд шарика в два, три и т. д. раз. В опытах Кулона измерялось взаимодействие между шариками, размеры которых много меньше расстояния между ними.

    Такие заряженные тела принято называть точечными зарядами .

    Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.

    Еще бывают: линейный заряд т(тау)=dq/dl, l-длина, dq-заряд нити

    Поверхностный заряд : σ =dq/ds s-площадь поверхности(кл/м2)

    Объемный заряд p(ро)=dq/dv (кл/м3)

    На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:

    Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:

    Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона:Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках (рис. 1.1.3).

    Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическимили кулоновскимвзаимодействием.

    Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой .

    Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел. Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними.

    Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон(Кл).

    Кулон– это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения .

    Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде:

    где– электрическая постоянная .

    В системе СИ элементарный заряд e равен:

    e = 1,602177·10–19 Кл ≈ 1,6·10–19 Кл.

    Опыт показывает, что силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции.

    Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.

    Принцип суперпозиции является фундаментальным законом природы.

    Однако, его применение требует определенной осторожности, в том случае, когда речь идет о взаимодействии заряженных тел конечных размеров (например, двух проводящих заряженных шаров 1 и 2).

    Если к системе из двух заряженных шаров поднсти третий заряженный шар, то взаимодействие между 1 и 2 изменится из-за перераспределения зарядов .

    Принцип суперпозиции утверждает, что при заданном (фиксированном) распределении зарядовна всех телах силы электростатического взаимодействия между любыми двумя телами не зависят от наличия других заряженных тел.

    свойства:

    -Величина электрического заряда q всегда является величиной кратной некоторому минимальному значению е=|е|: q=n|e|, n=±1,±2..,где|e|=1,6·10-19[Кл].

    -Равенство положительных и отрицательных элементарных зарядов.

    -Электрический заряд обладает свойством аддитивности.

    -Величина электрического заряда инвариантна относительно преобразований Лоренца, т.е. не зависит от его скорости.

    Источник: https://studlib.info/fizika/1038233-yelektricheskiy-zaryad-ego-svoystva/

    Ссылка на основную публикацию