Navodimo svojstva naplate

2. Elektri?ni naboj ima diskretne prirode

elementarnog naboja

Struja. Uslovi za postojanje elektri?ne struje. Ja?ina struje i gustina struje

Elektri?na struja je usmjereno kretanje nabijenih ?estica. Dogovoreno je da se smjer kretanja pozitivno nabijenih ?estica smatra smjerom elektri?ne struje. Za kontinuirano postojanje elektri?ne struje u zatvorenom kolu moraju biti ispunjeni sljede?i uvjeti:

Prisustvo slobodnih naelektrisanih ?estica (nosa?a struje);

Prisutnost elektri?nog polja ?ije sile, djeluju?i na nabijene ?estice, tjeraju ih da se kre?u na uredan na?in;

Prisutnost izvora struje unutar kojeg vanjske sile pokre?u slobodne naboje protiv elektrostati?kih (kulonovskih) sila.

Kvantitativne karakteristike elektri?ne struje su ja?ina struje I i gustina struje j.

Ja?ina struje je skalarna fizi?ka veli?ina jednaka omjeru naboja Dq koji prolazi kroz popre?ni presjek provodnika tokom odre?enog vremenskog perioda Dt do ovog intervala:

SI jedinica struje je amper (A).

Ako se ja?ina struje i njen smjer ne mijenjaju s vremenom, tada se struja naziva konstantnom.

Gusto?a struje j je vektorska fizi?ka veli?ina, ?iji je modul jednak omjeru ja?ine struje I u provodniku i povr?ine popre?nog presjeka S vodi?a:

SI jedinica za gustinu struje je amper po kvadratnom metru (A/m2).

Refrakcija svjetlosti u so?ivima

So?ivo je prozirno tijelo ome?eno dvije krivolinijske ili krivolinijske i ravne povr?ine.

U ve?ini slu?ajeva koriste se le?e ?ije povr?ine imaju sferni oblik. Za so?ivo se ka?e da je tanko ako je njegova debljina d mala u odnosu na polumjere zakrivljenosti njegovih povr?ina R1 i R2. Ina?e, so?ivo se naziva debelo. Glavna opti?ka os so?iva naziva se prava linija koja prolazi kroz centre zakrivljenosti njegovih povr?ina. Mo?emo pretpostaviti da se u tankom so?ivu ta?ke preseka glavne opti?ke ose sa obe povr?ine so?iva spajaju u jednu ta?ku O, koja se naziva opti?ki centar so?iva. Tanko so?ivo ima jednu glavnu ravninu zajedni?ku za obje povr?ine so?iva i koja prolazi kroz opti?ki centar so?iva okomito na njegovu glavnu opti?ku os. Sve ravne linije koje prolaze kroz opti?ki centar so?iva i ne poklapaju se s njegovom glavnom opti?kom osom nazivaju se sekundarne opti?ke ose so?iva. Zrake koje putuju du? opti?kih ose so?iva (glavne i sekundarne) ne do?ivljavaju lom.

Formula tankih so?iva:

gdje su n21 = n2 / n1, n2 i n1 apsolutni indeksi loma za materijal so?iva i okolinu, R1 i R2 su polumjeri zakrivljenosti prednje i stra?nje (u odnosu na objekt) povr?ine so?iva, a1 i a2 su udaljenosti do objekta i njegove slike, ra?unati od opti?kog centra so?iva du? njegove glavne opti?ke ose.

Vrijednost se naziva ?i?na daljina so?iva. Ta?ke koje le?e na glavnoj opti?koj osi so?iva s obje strane opti?kog centra na jednakim udaljenostima jednakim f nazivaju se glavnim ?ari?tem linije. Ravnine koje prolaze kroz glavna ?ari?ta F1 i F2 so?iva okomito na njegovu glavnu opti?ku osu nazivaju se fokalne ravni so?iva. To?ke preseka sekundarnih opti?kih ose sa ?i?nim ravnima so?iva nazivaju se sekundarnim ?ari?tima so?iva.

So?ivo se naziva konvergentno (pozitivno) ako je njegova ?i?na daljina f>0. So?ivo se naziva divergentno (negativno) ako je njegova ?i?na daljina f<0.

Za n2 >n1 konvergentna so?iva su bikonveksna, plano-konveksna i konkavno-konveksna (pozitivna meniskusna so?iva), stanjivaju se od centra do ivica; difuzna su bikonkavna, plano-konkavna i konveksno-konkavna so?iva (negativni menisci), zadebljana od centra prema rubovima. Za p2 n1.

Plankova hipoteza. Foton i njegova svojstva. Dualnost talas-?estica

Plankova hipoteza - hipoteza koju je 14. decembra 1900. izneo Max Planck i koja se sastoji u ?injenici da se tokom toplotnog zra?enja energija emituje i apsorbuje ne neprekidno, ve? u odvojenim kvantima (porcijama). Svaki takav dio-kvant ima energiju proporcionalnu frekvenciji n zra?enja:

gdje je h ili koeficijent proporcionalnosti, kasnije nazvan Planckova konstanta. Na osnovu ove hipoteze predlo?io je teorijsku derivaciju odnosa izme?u temperature tijela i zra?enja koje emituje ovo tijelo – Planckovu formulu.

Planckova hipoteza je kasnije eksperimentalno potvr?ena.

Napredak ove hipoteze smatra se trenutkom ro?enja kvantne mehanike.

Foton je materijalna, elektri?ki neutralna ?estica, kvant elektromagnetnog polja (nosa? elektromagnetne interakcije).

Osnovna svojstva fotona

1. Je ?estica elektromagnetnog polja.

2. Kre?e se brzinom svjetlosti.

3. Postoji samo u pokretu.

4. Foton je nemogu?e zaustaviti: on se ili kre?e brzinom jednakom brzini svjetlosti, ili ne postoji; prema tome, masa mirovanja fotona je nula.

Energija fotona:

Prema teoriji relativnosti, energija se uvijek mo?e izra?unati kao,

Otuda - masa fotona.

impuls fotona. Impuls fotona je usmjeren du? svjetlosnog snopa.

Dualnost talas-?estica

Kraj 19. veka: fotoelektri?ni efekat i Komptonov efekat potvrdili su Njutnovu teoriju, a fenomeni difrakcije i interferencije svetlosti potvrdili su Hajgensovu teoriju.

Tako su mnogi fizi?ari po?etkom 20. vijeka. zaklju?io da svjetlost ima dva svojstva:

1. Kada se ?iri, pokazuje svojstva talasa.

2. Kada je u interakciji sa supstancom, ona pokazuje korpuskularna svojstva. Njegova svojstva nisu ograni?ena ni na valove ni na ?estice.

?to je vi?e v, to su kvantna svojstva svjetlosti izra?enija, a valna svojstva manje.

Dakle, svako zra?enje ima i valna i kvantna svojstva. Stoga, kako se foton manifestira - kao val ili kao ?estica - ovisi o prirodi istra?ivanja koje se na njemu provodi.

Rutherfordovi eksperimenti. Planetarni model atoma

Za eksperimentalno prou?avanje raspodjele pozitivnog naboja, a time i mase unutar atoma, Rutherford je 1906. predlo?io primjenu sondiranja atoma uz pomo? a-?estica. Njihova masa je oko 8000 puta ve?a od mase elektrona, a pozitivni naboj je po modulu jednak dvostrukom naboju elektrona. Brzina a-?estica je vrlo velika: iznosi 1/15 brzine svjetlosti. Sa ovim ?esticama, Rutherford je bombardovao atome te?kih elemenata. Elektroni, zbog svoje male mase, ne mogu primjetno promijeniti putanju a-?estice i nisu u stanju primjetno promijeniti njenu brzinu. Rasipanje (promjena smjera kretanja) a-?estica mo?e biti uzrokovano samo pozitivno nabijenim dijelom atoma. Dakle, iz raspr?ivanja a-?estica mo?e se odrediti priroda raspodjele pozitivnog naboja i mase unutar atoma. Unutar olovnog cilindra 1, du? kojeg je izbu?en uski kanal, postavljen je radioaktivni preparat, poput radijuma. Snop a-?estica iz kanala pao je na tanku foliju 2 od ispitivanog materijala (zlato, bakar, itd.). Nakon raspr?ivanja, a-?estice su udarile u poluprovidni ekran 3 oblo?en cink sulfidom. Sudar svake ?estice sa ekranom pratio je bljesak svjetlosti (scintilacija), koji se mogao posmatrati u mikroskopu 4. Cijeli ure?aj je smje?ten u posudu iz koje je evakuiran zrak.

Kada je raspore?en po atomu, pozitivan naboj ne mo?e stvoriti dovoljno intenzivno elektri?no polje sposobno da odbaci a-?esticu nazad. Maksimalna sila odbijanja odre?ena je Coulombovim zakonom:

gdje je qa naboj a-?estice; q je pozitivni naboj atoma; r je njegov polumjer; k - koeficijent proporcionalnosti. Ja?ina elektri?nog polja jednoliko nabijene lopte je maksimalna na povr?ini lopte i smanjuje se na nulu kako se pribli?ava centru. Dakle, ?to je manji polumjer r, to je ve?a sila koja odbija a-?estice. ?ini se da je ova teorija apsolutno neophodna za obja?njenje eksperimenata o rasejanju a-?estica. Ali na osnovu ovog modela nemogu?e je objasniti postojanje atoma, njegovu stabilnost. Uostalom, kretanje elektrona u orbitama doga?a se ubrzanjem, i to prili?no zna?ajno. Prema Maksvelovim zakonima elektrodinamike, ubrzani naboj mora zra?iti elektromagnetne talase sa frekvencijom koja je jednaka frekvenciji njegovog kru?enja oko jezgra. Zra?enje je pra?eno gubitkom energije. Gube?i energiju, elektroni bi se trebali pribli?iti jezgru, ba? kao ?to se satelit pribli?ava Zemlji prilikom ko?enja u gornjim slojevima atmosfere. Kao ?to pokazuju rigorozni prora?uni zasnovani na Njutnovoj mehanici i Maksvelovoj elektrodinamici, elektron mora pasti na jezgro u zanemarljivom vremenu. Atom mora prestati da postoji.

U stvarnosti se ni?ta sli?no ne de?ava. Iz ovoga slijedi da su zakoni klasi?ne fizike neprimjenjivi na fenomene atomske skale. Rutherford je stvorio planetarni model atoma: elektroni se okre?u oko jezgra, ba? kao ?to se planete okre?u oko Sunca. Ovaj model je jednostavan, eksperimentalno opravdan, ali ne dozvoljava obja?njenje stabilnosti atoma.

Koli?ina toplote

Koli?ina toplote je mjera promjene unutra?nje energije koju tijelo prima (ili daje) u procesu prijenosa topline.

Dakle, i rad i koli?ina toplote karakteri?u promjenu energije, ali nisu identi?ni energiji. One ne karakteri?u stanje samog sistema, ve? odre?uju proces prelaska energije iz jednog oblika u drugi (iz jednog tela u drugo) kada se stanje menja i su?tinski zavise od prirode procesa.

Osnovna razlika izme?u rada i koli?ine toplote je u tome ?to rad karakteri?e proces promene unutra?nje energije sistema, pra?en transformacijom energije iz jedne vrste u drugu (iz mehani?ke u unutra?nju). Koli?ina topline karakterizira proces prijenosa unutra?nje energije s jednog tijela na drugo (od zagrijanijeg ka manje zagrijanom), koji nije pra?en energetskim transformacijama.

Iskustvo pokazuje da se koli?ina topline potrebna za zagrijavanje tijela mase m od temperature T1 do temperature T2 izra?unava po formuli gdje je c specifi?na toplina tvari;

SI jedinica specifi?ne toplote je d?ul po kilogramu Kelvina (J/(kg K)).

Specifi?ni toplotni kapacitet c je broj?ano jednak koli?ini toplote koja se mora preneti telu mase 1 kg da bi se zagrejalo za 1 K.

Toplotni kapacitet tijela CT numeri?ki je jednak koli?ini topline koja je potrebna da se temperatura tijela promijeni za 1 K:

SI jedinica toplinskog kapaciteta tijela je d?ul po Kelvinu (J/K).

Za pretvaranje te?nosti u paru na konstantnoj temperaturi potrebna je koli?ina toplote

gdje je L specifi?na toplota isparavanja. Kada se para kondenzuje, osloba?a se ista koli?ina toplote.

Da bi se rastopilo kristalno tijelo mase m na ta?ki topljenja, potrebno je tijelo obavijestiti o koli?ini toplote

gdje je l specifi?na toplina fuzije. Prilikom kristalizacije tijela osloba?a se ista koli?ina toplote.

Koli?ina toplote koja se osloba?a tokom potpunog sagorevanja goriva mase m,

gde je q specifi?na toplota sagorevanja.

SI jedinica za specifi?ne toplote isparavanja, topljenja i sagorevanja je d?ul po kilogramu (J/kg).

Elektri?ni naboj i njegova svojstva. diskretnost. elementarnog elektri?nog naboja. Zakon odr?anja elektri?nog naboja.

Elektri?ni naboj je fizi?ka veli?ina koja karakterizira elektromagnetnu interakciju. Tijelo je negativno nabijeno ako je na njemu vi?ak elektrona, pozitivno - deficit.

Navodimo svojstva naplate

1. Postoje dvije vrste optu?bi; negativno i pozitivno. Suprotna naelektrisanja se privla?e, kao ?to se odbijaju. Nosilac elementarnog, tj. Najmanji, negativni naboj je elektron, ?iji je naboj qe = -1,6 * 10-19 C, a masa me = 9,1 * 10-31 kg. Nosa? elementarnog pozitivnog naboja je proton qr=+1,6*10-19C, mase mr=1,67*10-27kg.

2. Elektri?ni naboj ima diskretne prirode. To zna?i da je naboj bilo kojeg tijela vi?ekratnik naboja elektrona q=Nqe, gdje je N cijeli broj. Me?utim, u pravilu ne primje?ujemo diskretnost naboja, jer je elementarni naboj vrlo mali.

3. U izolovanom sistemu, tj. u sistemu ?ija tijela ne razmjenjuju naboje sa vanjskim tijelima, algebarski zbir naelektrisanja je o?uvan (zakon odr?anja naelektrisanja).

4. Email naelektrisanje se uvek mo?e preneti sa jednog tela na drugo.

5. Jedinica za punjenje u SI je privjesak (C). Po definiciji, 1 privjesak je jednak naboju koji te?e kroz popre?ni presjek provodnika za 1 s pri struji od 1 A.

6. Zakon odr?anja elektri?nog naboja.

Unutar zatvorenog sistema, za bilo koju interakciju, algebarski zbir elektri?nih naboja ostaje konstantan:

Izolovani (ili zatvoreni) sistem nazva?emo sistem tela u koji se nikakvi elektri?ni naboji ne unose izvana i ne uklanjaju iz njega.

Nigdje i nikada u prirodi ne nastaje i nestaje elektri?ni naboj istog znaka. Pojava pozitivnog elektri?nog naboja uvijek je pra?ena pojavom negativnog naboja jednakog po apsolutnoj vrijednosti. Ni pozitivan ni negativan naboj ne mogu nestati odvojeno, mogu se me?usobno neutralizirati samo ako su jednake po apsolutnoj vrijednosti.

Dakle, elementarne ?estice mogu da se transformi?u jedna u drugu. Ali uvijek pri ro?enju nabijenih ?estica uo?ava se pojava para ?estica sa nabojima suprotnog predznaka. Mo?e se uo?iti i istovremeno ro?enje nekoliko takvih parova. Nabijene ?estice nestaju, pretvaraju?i se u neutralne, tako?er samo u parovima. Sve ove ?injenice ne ostavljaju sumnju u striktno sprovo?enje zakona odr?anja elektri?nog naboja.

elementarnog naboja- minimalna naknada koja se ne mo?e podijeliti.

Elementarni elektri?ni naboj je osnovna fizi?ka konstanta, minimalni dio (kvant) elektri?nog naboja. Pribli?no jednako

e=1,602 176 565 (35) 10 -19 C

u Me?unarodnom sistemu jedinica (SI). Usko povezana sa konstantom fine strukture, koja opisuje elektromagnetnu interakciju.

"Svaki elektri?ni naboj uo?en u eksperimentu je uvijek vi?ekratnik elementarnog naboja"- takvu pretpostavku iznio je B. Franklin 1752. godine i kasnije vi?e puta eksperimentalno testiran. Elementarni naboj prvi je eksperimentalno izmjerio Millikan 1910.

?injenica da se elektri?ni naboj u prirodi javlja samo u obliku cijelog broja elementarnih naboja mo?e se nazvati kvantizacijom elektri?nog naboja. Istovremeno, u klasi?noj elektrodinamici, pitanje uzroka kvantizacije naboja se ne raspravlja, budu?i da je naboj vanjski parametar, a ne dinami?ka varijabla. Zadovoljavaju?e obja?njenje za?to se naboj mora kvantizirati jo? nije prona?eno, ali su ve? dobivena brojna zanimljiva zapa?anja.

• · Ako magnetni monopol postoji u prirodi, onda, prema kvantnoj mehanici, njegov magnetni naboj mora biti u odre?enom omjeru sa nabojem bilo koje odabrane elementarne ?estice. Iz ovoga automatski slijedi da samo postojanje magnetnog monopola povla?i za sobom kvantizaciju naboja. Me?utim, nije bilo mogu?e otkriti magnetni monopol u prirodi.
• · U modernoj fizici elementarnih ?estica razvijaju se i drugi modeli u kojima bi se sve poznate fundamentalne ?estice pokazale kao jednostavne kombinacije novih, jo? fundamentalnijih ?estica. U ovom slu?aju, kvantizacija naboja posmatranih ?estica ne izgleda iznena?uju?e, jer nastaje „konstruktivno“.

Tako?e je mogu?e da ?e svi parametri posmatranih ?estica biti opisani u okviru jedinstvene teorije polja, ?iji se pristupi trenutno razvijaju. U takvim teorijama, veli?ina elektri?nog naboja ?estica mora se izra?unati iz izuzetno malog broja fundamentalnih parametara, mo?da povezanih sa strukturom prostor-vremena na ultramalim udaljenostima. Ako se takva teorija konstruira, onda ?e se ono ?to promatramo kao elementarni elektri?ni naboj ispostaviti kao neka diskretna prostorno-vremenska invarijanta. Takav pristup razvijen je, na primjer, u modelu S. Bilson-Thompson, u kojem se fermioni standardnog modela tuma?e kao tri trake prostor-vremena upletene u pletenicu, a elektri?ni naboj (ta?nije, a tre?ina) odgovara vrpci uvijenoj za 180°. Me?utim, unato? eleganciji ovakvih modela, jo? uvijek nisu postignuti konkretni op?eprihva?eni rezultati u ovom pravcu.

Kao i koncept gravitacione mase tela u Njutnovskoj mehanici, koncept naelektrisanja u elektrodinamici je primarni, osnovni koncept.

Elektri?no punjenje je fizi?ka veli?ina koja karakterizira svojstvo ?estica ili tijela da ulaze u interakcije elektromagnetnih sila.

Elektri?ni naboj se obi?no ozna?ava slovima q ili Q.

Ukupnost svih poznatih eksperimentalnih ?injenica omogu?ava nam da izvu?emo sljede?e zaklju?ke:

Postoje dvije vrste elektri?nih naboja, koje se konvencionalno nazivaju pozitivnim i negativnim.

Naboji se mogu prenositi (na primjer, direktnim kontaktom) s jednog tijela na drugo. Za razliku od tjelesne mase, elektri?ni naboj nije inherentna karakteristika datog tijela. Isto tijelo u razli?itim uvjetima mo?e imati razli?it naboj.

Sli?ni naboji odbijaju, za razliku od naboja privla?e. Ovo tako?er pokazuje fundamentalnu razliku izme?u elektromagnetskih i gravitacijskih sila. Gravitacijske sile su uvijek sile privla?enja.

Jedan od temeljnih zakona prirode je eksperimentalno utvr?en zakon odr?anja elektri?nog naboja .

U izolovanom sistemu, algebarski zbir naelektrisanja svih tela ostaje konstantan:

Zakon odr?anja elektri?nog naboja ka?e da se u zatvorenom sistemu tijela ne mogu uo?iti procesi ra?anja ili nestajanja naelektrisanja samo jednog znaka.

Sa moderne ta?ke gledi?ta, nosioci naboja su elementarne ?estice. Sva obi?na tijela sastavljena su od atoma, koji uklju?uju pozitivno nabijene protone, negativno nabijene elektrone i neutralne ?estice - neutrone. Protoni i neutroni su dio atomskih jezgara, elektroni ?ine elektronsku ljusku atoma. Elektri?ni naboji protona i elektrona po modulu su potpuno isti i jednaki elementarnom naboju e.

U neutralnom atomu, broj protona u jezgru jednak je broju elektrona u ljusci. Ovaj broj se zove atomski broj . Atom date supstance mo?e izgubiti jedan ili vi?e elektrona ili dobiti dodatni elektron. U tim slu?ajevima, neutralni atom se pretvara u pozitivno ili negativno nabijeni ion.

Naboj se mo?e prenijeti s jednog tijela na drugo samo u dijelovima koji sadr?e cijeli broj elementarnih naboja. Dakle, elektri?ni naboj tijela je diskretna veli?ina:

Fizi?ke veli?ine koje mogu poprimiti samo diskretni niz vrijednosti nazivaju se kvantizirano . elementarnog naboja e je kvant (najmanji dio) elektri?nog naboja. Treba napomenuti da se u savremenoj fizici elementarnih ?estica pretpostavlja postojanje takozvanih kvarkova – ?estica sa delimi?nim nabojem i Me?utim, kvarkovi u slobodnom stanju jo? nisu uo?eni.

U konvencionalnim laboratorijskim eksperimentima, elektri?ni naboji se detektuju i mjere pomo?u elektrometar ( ili elektroskop) - ure?aj koji se sastoji od metalne ?ipke i strelice koja se mo?e rotirati oko horizontalne ose (slika 1.1.1). Vrh strijele je izoliran od metalnog ku?i?ta. Kada nabijeno tijelo do?e u kontakt sa ?tapom elektrometra, elektri?ni naboji istog znaka se raspore?uju du? ?tapa i strelice. Sile elektri?nog odbijanja uzrokuju rotaciju strelice pod odre?enim uglom, po ?emu se mo?e suditi o naelektrisanju prenesenom na ?tap elektrometra.

Elektrometar je prili?no grub instrument; ne dozvoljava da se istra?e sile interakcije naboja. Prvi put je zakon interakcije fiksnih naelektrisanja otkrio francuski fizi?ar Charles Coulomb 1785. U svojim eksperimentima, Coulomb je mjerio sile privla?enja i odbijanja nabijenih kuglica koriste?i ure?aj koji je dizajnirao - torzionu vagu (sl. 1.1.2), ?to je bilo izuzetno osjetljivo. Tako je, na primjer, greda za ravnote?u rotirana za 1 ° pod djelovanjem sile reda veli?ine 10 -9 N.

Ideja o mjerenjima temeljila se na Coulombovoj briljantnoj pretpostavci da ako se nabijena kugla dovede u dodir s potpuno istom nenabijenom, onda ?e se naboj prve podijeliti podjednako izme?u njih. Tako je nazna?ena metoda za promjenu naboja lopte za dva, tri, itd. puta. Coulombovi eksperimenti mjerili su interakciju izme?u kuglica ?ije su dimenzije mnogo manje od udaljenosti izme?u njih. Takva nabijena tijela se nazivaju ta?kaste naknade.

ta?ka naboj naziva se naelektrisano telo, ?ije se dimenzije mogu zanemariti u uslovima ovog problema.

Na osnovu brojnih eksperimenata, Coulomb je ustanovio sljede?i zakon:

Sile interakcije fiksnih naboja su direktno proporcionalne umno?ku modula naelektrisanja i obrnuto proporcionalne kvadratu udaljenosti izme?u njih:

Interakcione sile po?tuju tre?i Newtonov zakon:

To su sile odbijanja sa istim predznacima naelektrisanja i privla?ne sile razli?itih predznaka (slika 1.1.3). Interakcija fiksnih elektri?nih naboja naziva se elektrostati?ki ili Coulomb interakcija. Odjeljak elektrodinamike koji prou?ava Kulonovu interakciju naziva se elektrostatika .

Za tela sa ta?kastim nabojem va?i Coulombov zakon. U praksi, Coulombov zakon je dobro zadovoljen ako su dimenzije naelektrisanih tijela mnogo manje od udaljenosti izme?u njih.

Faktor proporcionalnosti k u Coulombovom zakonu zavisi od izbora sistema jedinica. U me?unarodnom SI sistemu jedinica naplate je privjesak(CL).

privjesak - ovo je naelektrisanje koje prolazi za 1 s kroz popre?ni presjek provodnika pri jakosti struje od 1 A. Jedinica ja?ine struje (Amper) u SI je, zajedno sa jedinicama du?ine, vremena i mase osnovna jedinica mjere.

Koeficijent k u SI sistemu se obi?no pi?e kao:

Gdje - elektri?na konstanta .

U SI sistemu, elementarni naboj e jednako:

Iskustvo pokazuje da se Kulonove interakcijske sile pokoravaju principu superpozicije:

Ako nabijeno tijelo djeluje istovremeno s nekoliko nabijenih tijela, tada je rezultuju?a sila koja djeluje na ovo tijelo jednaka vektorskom zbroju sila koje na ovo tijelo djeluju od svih ostalih nabijenih tijela.

Rice. 1.1.4 obja?njava princip superpozicije na primjeru elektrostati?ke interakcije tri nabijena tijela.

Princip superpozicije je osnovni zakon prirode. Me?utim, njegova upotreba zahtijeva odre?eni oprez kada je u pitanju interakcija nabijenih tijela kona?ne veli?ine (na primjer, dvije provodljive nabijene kuglice 1 i 2). Ako se tre?a nabijena kuglica podigne u sistem od dvije nabijene kuglice, tada ?e se interakcija izme?u 1 i 2 promijeniti zbog preraspodjela naplate.

Princip superpozicije ka?e da kada zadata (fiksna) distribucija naplate na svim tijelima, sile elektrostati?ke interakcije izme?u bilo koja dva tijela ne zavise od prisustva drugih nabijenih tijela.

Zakoni elektrolize koje je otkrio Faraday svjedo?e u prilog postojanju najmanjih, nedjeljivih koli?ina elektri?ne energije. Tokom elektrolize, jedan mol bilo kog valentnog elementa prenosi naelektrisanje kulona ( - Faradejeva konstanta). Dakle, jedan atom (ta?nije, jon) ima naboj

Jednovalentni jon ima naelektrisanje , za dvovalentno - naelektrisanje, za trovalentno - naelektrisanje itd.

Ovaj obrazac je lako razumjeti ako prihvatimo tu naplatu je najmanji dio naboja, elementarni naboj.

Ali zakoni elektrolize se tako?e mogu shvatiti u smislu da je prose?an deo naelektrisanja koji nosi jednovalentni jon; Svojstvo valentnog jona da nosi mnogostruko ve?i naboj tada bi se moralo objasniti ne atomskom strukturom elektriciteta, ve? samo svojstvima jona. Stoga, da bi se razjasnilo pitanje postojanja elementarnog naboja, potrebni su direktni eksperimenti za mjerenje najmanjih koli?ina elektri?ne energije. Takve eksperimente izveo je ameri?ki fizi?ar Robert Milliken (1868-1953) 1909. godine.

Millikan instalacija je shematski prikazana na Sl. 348. Njegov glavni dio je ravni kondenzator 2.3, na ?ije se plo?e, uz pomo? prekida?a 4, mo?e primijeniti razlika potencijala jednog ili drugog znaka.

Rice. 348. ?ema iskustva u mjerenju elementarnog elektri?nog naboja. Rendgenska cijev 7 slu?i za promjenu naboja kapi; njegovo zra?enje stvara ione u zapremini izme?u plo?a 2 i 3, koji, lepe?i se za kap, menjaju njen naboj

Najmanje kapi ulja ili druge te?nosti prskaju se u posudu 1 pomo?u boce sa raspr?iva?em. Neke od ovih kapi kroz rupu na gornjoj plo?i padaju u prostor izme?u plo?a kondenzatora, osvijetljene lampom 6. Kapljice se posmatraju kroz mikroskop kroz prozor 5; izgledaju kao sjajne zvijezde na tamnoj pozadini.

Kada izme?u plo?a kondenzatora nema elektri?nog polja, kapi padaju konstantnom brzinom. Kada se polje uklju?i, nenabijene kapi nastavljaju da padaju konstantnom brzinom. Ali mnoge kapljice dobijaju naboj kada se raspr?uju (elektrifikacija trenjem). Na takve nabijene kapi, osim sile gravitacije, djeluje i sila elektri?nog polja. Ovisno o predznaku naboja, mo?ete odabrati smjer polja tako da elektri?na sila bude usmjerena prema sili gravitacije. U ovom slu?aju, napunjeni pad nakon uklju?ivanja polja padat ?e manjom brzinom nego u odsustvu polja. Mo?ete odabrati vrijednost ja?ine polja tako da ?e elektri?na sila prema?iti silu gravitacije i pad ?e se pomaknuti prema gore.

U Millikan instalaciji, isti pad se mo?e posmatrati nekoliko sati; Da biste to u?inili, dovoljno je isklju?iti (ili smanjiti) polje ?im se pad po?ne pribli?avati gornjoj plo?i kondenzatora i ponovo ga uklju?iti (ili pove?ati) kada se spusti na donju plo?u.

Ujedna?enost kretanja kapljice ukazuje da je sila koja djeluje na nju uravnote?ena otporom zraka, koji je proporcionalan brzini kapi. Dakle, za takav pad mo?emo napisati jednakost

gdje je sila gravitacije koja djeluje na kap mase , je brzina kapi, je sila otpora zraka (sila trenja), koeficijent koji ovisi o viskoznosti zraka i veli?ini kapi.

Nakon ?to smo mikroskopom izmjerili pre?nik kapi, znaju?i njenu masu i dalje odrediv?i brzinu slobodnog ravnomjernog pada, mo?emo iz (196.1) prona?i vrijednost koeficijenta , koji ostaje nepromijenjen za datu kap. Uslov jednolikog gibanja za kap s nabojem koja raste brzinom u elektri?nom polju ima oblik

(196.2)

Iz (196.2) dobijamo

Dakle, nakon mjerenja sa istim padom u odsustvu polja iu njegovom prisustvu, na?i ?emo naboj kapi . Mo?emo promijeniti ovu naknadu. U tu svrhu koristi se rendgenska cijev 7 (sl. 348) koja se mo?e koristiti za jonizaciju zraka u kondenzatoru. Dobiveni ioni ?e biti zarobljeni od strane kapljice, a njen naboj ?e se promijeniti, postaju?i jednak . U ovom slu?aju, brzina ravnomjernog kretanja kapi ?e se promijeniti i ona ?e postati jednaka , tako da

Ovaj minimalni naboj jednak je, kao ?to vidimo, elementarnom naboju koji se pojavljuje u procesu elektrolize. Va?no je napomenuti da je po?etno naelektrisanje kapljice „elektricitet trenja“, dok su promene u ovom naelektrisanju nastale usled hvatanja kapljicom jona gasa formiranih rendgenskim zracima. Dakle, naelektrisanje formirano tokom trenja, naelektrisanja jona gasa i jona elektrolita sastoje se od identi?nih elementarnih naelektrisanja. Podaci iz drugih eksperimenata nam omogu?avaju da generaliziramo ovaj zaklju?ak: svi pozitivni i negativni naboji koji se javljaju u prirodi sastoje se od cijelog broja elementarnih naboja. .

Konkretno, naboj elektrona je po apsolutnoj vrijednosti jednak jednom elementarnom naboju.

e - =1,6 10 - 19 C (1.9)

Mnoge formule za elektri?nu energiju uklju?uju faktor prostora od 4p. Da bismo ga se rije?ili u prakti?no va?nim formulama, Coulombov zakon je napisan u sljede?em obliku:

Dakle (1.11)

Odakle (1.12)

e 0 - pozvan elektri?na konstanta.

§6: Teorija kratkog dometa. Elektri?no polje.

Iskustvo pokazuje da izme?u elektri?no nabijenih i magnetiziranih tijela, kao i tijela kroz koja teku elektri?ne struje, postoje sile koje se nazivaju elektromagnetske ili elektrodinami?ke. U nauci su iznesena dva suprotna gledi?ta o prirodi ovih sila. Ranija (nazvana teorija dugog dometa) polazila je od ideje o direktnom djelovanju tijela na udaljenosti bez sudjelovanja bilo kakvih posrednih materijalnih posrednika. Istovremeno, bez dokaza se pretpostavljalo da se takva radnja doga?a trenutno, tj. beskona?nom brzinom (v®?)!? Novije gledi?te, koje je trenutno prihva?eno u fizici, proizlazi iz ideje da se interakcije prenose uz pomo? posebnog materijalnog posrednika zvanog elektromagnetno polje (ovo je tzv. teorija kratkog dometa). Prema ovoj teoriji, maksimalna brzina ?irenja interakcija jednaka je brzini svjetlosti u vakuumu: v=c (c je brzina svjetlosti u vakuumu). Teorija djelovanja dugog dometa crpila je svoje ideje iz Newtonove teorije univerzalne gravitacije. Ogromni uspjesi nebeske mehanike s jedne strane i potpuni neuspjeh da se na bilo koji na?in objasne uzroci gravitacije s druge strane, naveli su mnoge nau?nike na ideju da gravitacija i elektromagnetne sile ne trebaju obja?njenje, ve? da su „uro?ene“ svojstva same materije. U matemati?kom smislu, teorija dugog dometa dostigla je visok stepen savr?enstva zahvaljuju?i radovima Laplasa, Gausa, Ostrogradskog, Ampera, Poasoa. Pratila ga je ve?ina fizi?ara sve do kraja 19. veka. Majkl Faradej je bio skoro jedini koji je zauzeo druga?ije mi?ljenje. Osniva? je fizi?ke teorije elektromagnetnog polja. Prema Faradejevoj teoriji, djelovanje jednog tijela na drugo mo?e se vr?iti ili direktno nakon kontakta, ili prenijeti kroz posredni medij. Tako je fokus pa?nje iz prou?avanja naelektrisanja i struja, koji su glavni objekti teorije dugog dometa, Faraday prenio na prou?avanje okolnog prostora. Ovaj prostor sa silama koje djeluju u njemu naziva se elektromagnetno polje.

Elektri?na interakcija se provodi prema shemi:

punjenje ® polje ® punjenje,

one. svaki naboj stvara oko sebe elektri?no polje, koje djeluje silom na sve ostale nabijene ?estice u ovom polju. Maxwell je pokazao da se elektromagnetne interakcije moraju ?iriti brzinom svjetlosti u vakuumu c»3·10 8 m/s. Ovo je glavni argument u korist teorije kratkog dometa. O prirodi elektri?nog polja mo?emo re?i da je materijalno, tj. postoji i ima svojstva inherentna samo njemu. Me?u najva?nijim svojstvima elektromagnetnog polja su sljede?a:

1. Elektri?no polje nastaje elektri?nim nabojem i ispunjava cijeli prostor.

2. Elektri?no polje djeluje na naelektrisanja odre?enom silom.

Princip superpozicije polja. gustina naelektrisanja.

Neka polje stvara naboj q 1 . Ako je za datu ta?ku polja, koja je odre?ena radijus vektorom r 12 , prema Coulombovom zakonu, uzmi omjer

jasno je da ovaj odnos vi?e ne zavisi od probnog naelektrisanja q 2 i stoga izraz na desnoj strani (1.13) mo?e poslu?iti kao karakteristika polja stvorenog naelektrisanjem q 1 . Ova vrijednost se zove ja?ina elektri?nog polja E!

Veli?ina emaila o napetosti. polje na udaljenosti r od naboja q je

Napetost je vektorska veli?ina. U vektorskom obliku, ima oblik:

Uzimaju?i u obzir (1.15), Coulombov zakon (1.4) mo?e se zapisati kao:

Iz (1.17) se vidi da Ja?ina elektri?nog polja jednaka je sili na koju djeluje pojedinacno pozitivno naplatiti.

Dimenzija zatezanja [E]=H/Kl

Princip superpozicije

Iskustvo pokazuje da za elektri?no polje, princip superpozicije polja:

Ako je - intenzitet polja koje stvaraju pojedina?ni naboji u bilo kojoj ta?ki prostora, tada je intenzitet u istoj ta?ki jednak zbiru intenziteta.

gdje je r i radijus vektor usmjeren od naboja q i do ta?ke posmatranja.

Ovaj princip vrijedi do veli?ine jezgara r~10 - 15 m.

Obra?amo pa?nju na ?injenicu da se u (1.18) intenziteti zbrajaju vektor! Koriste?i formule (1.15) i (1.18), mo?e se izra?unati ja?ina elektri?nog polja stvorenog ne samo ta?kastim naelektrisanjem, ve? i naelektrisanim tijelima bilo kojeg oblika.

gustina naelektrisanja.

Ako je napunjeno tijelo veliko i ne mo?e se smatrati to?kastim nabojem, onda izra?unati snagu e-po?te. polju takvog tijela, potrebno je poznavati raspodjelu naelektrisanja unutar ovog tijela. Ovu raspodjelu karakterizira funkcija koja se zove volumetrijska gustina elektri?nih naboja. Po definiciji, zapreminska gustina naboja pozvao

Raspodjela naboja se smatra poznatom ako je poznata funkcija r = r(x,y,z).

Ako se naboji nalaze na povr?ini, onda povr?inska gustina naelektrisanja

Raspodjela naboja po povr?ini smatra se poznatom ako je poznata funkcija s= s(x, y, z).

Ako su naboji raspore?eni du? linije, onda uvodimo linearna gustina naelektrisanja, ?to je po definiciji:

Raspodjela naboja se smatra poznatom ako je poznata funkcija t =t(x,y,z).

§8: Linije elektri?nog polja. Ja?ina polja ta?kastog naboja.

Elektri?no polje se smatra poznatim ako je poznat vektor intenziteta u svakoj ta?ki u prostoru. Mo?ete postaviti ili predstaviti polje na papiru bilo analiti?ki ili grafi?ki koriste?i dalekovod.