Uv?dzame vlastnosti n?bojov

2. Elektrick? n?boj m? diskr?tna povaha

element?rny n?boj

Elektrina. Podmienky existencie elektrick?ho pr?du. Pr?dov? sila a pr?dov? hustota

Elektrick? pr?d je riaden? pohyb nabit?ch ?ast?c. Bolo dohodnut? pova?ova? smer pohybu kladne nabit?ch ?ast?c za smer elektrick?ho pr?du. Pre ?al?iu existenciu elektrick?ho pr?du v uzavretom okruhu musia by? splnen? tieto podmienky:

Pr?tomnos? vo?n?ch nabit?ch ?ast?c (nosi?ov pr?du);

Pr?tomnos? elektrick?ho po?a, ktor?ho sily p?sobiace na nabit? ?astice sp?sobuj?, ?e sa pohybuj? usporiadan?m sp?sobom;

Pr?tomnos? zdroja pr?du, vo vn?tri ktor?ho vonkaj?ie sily pres?vaj? vo?n? n?boje proti elektrostatick?m (coulombovsk?m) sil?m.

Kvantitat?vne charakteristiky elektrick?ho pr?du s? pr?dov? sila I a pr?dov? hustota j.

Intenzita pr?du je skal?rna fyzik?lna veli?ina rovnaj?ca sa pomeru n?boja Dq prech?dzaj?ceho prierezom vodi?a za ur?it? ?asov? obdobie Dt k tomuto intervalu:

Jednotkou SI pr?du je amp?r (A).

Ak sa sila pr?du a jeho smer s ?asom nemenia, potom sa pr?d naz?va kon?tantn?.

Pr?dov? hustota j je vektorov? fyzik?lna veli?ina, ktorej modul sa rovn? pomeru sily pr?du I vo vodi?i k ploche prierezu S vodi?a:

Jednotkou SI pre hustotu pr?du je amp?r na meter ?tvorcov? (A/m2).

Lom svetla v ?o?ovk?ch

?o?ovka je prieh?adn? telo ohrani?en? dvoma krivo?iarymi alebo krivo?iarymi a ploch?mi plochami.

Vo v???ine pr?padov sa pou??vaj? ?o?ovky, ktor?ch povrchy maj? sf?rick? tvar. ?o?ovka sa pova?uje za tenk?, ak je jej hr?bka d mal? v porovnan? s polomermi zakrivenia jej povrchov R1 a R2. V opa?nom pr?pade sa ?o?ovka naz?va hrub?. Hlavn? optick? os ?o?ovky sa naz?va priamka prech?dzaj?ca stredmi zakrivenia jej povrchov. M??eme predpoklada?, ?e v tenkej ?o?ovke sa priese?n?ky hlavnej optickej osi s oboma plochami ?o?ovky sp?jaj? do jedn?ho bodu O, naz?van?ho optick? stred ?o?ovky. Tenk? ?o?ovka m? jednu hlavn? rovinu spolo?n? pre oba povrchy ?o?ovky a prech?dzaj?cu cez optick? stred ?o?ovky kolmo na jej hlavn? optick? os. V?etky priamky prech?dzaj?ce optick?m stredom ?o?ovky a nezhoduj?ce sa s jej hlavnou optickou osou sa naz?vaj? sekund?rne optick? osi ?o?ovky. L??e pohybuj?ce sa pozd?? optick?ch os? ?o?ovky (hlavnej a sekund?rnej) sa nelomia.

Vzorec pre tenk? ?o?ovky:

kde n21 \u003d n2 / n1, n2 a n1 s? absol?tne indexy lomu pre materi?l ?o?ovky a prostredie, R1 a R2 s? polomery zakrivenia predn?ho a zadn?ho (vzh?adom na objekt) povrchu ?o?ovky, a1 a a2 s? vzdialenosti k objektu a jeho obrazu, po??tan? od optick?ho stredu ?o?ovky pozd?? jej hlavnej optickej osi.

Hodnota sa naz?va ohniskov? vzdialenos? ?o?ovky. Body le?iace na hlavnej optickej osi ?o?ovky na oboch stran?ch optick?ho stredu v rovnak?ch vzdialenostiach rovn?ch f sa naz?vaj? hlavn? ohnisk? priamky. Roviny prech?dzaj?ce cez hlavn? ohnisk? F1 a F2 ?o?ovky kolm? na jej hlavn? optick? os sa naz?vaj? ohniskov? roviny ?o?ovky. Priese?n?ky sekund?rnych optick?ch os? s ohniskov?mi rovinami ?o?ovky sa naz?vaj? sekund?rne ohnisk? ?o?ovky.

?o?ovka sa naz?va konverguj?ca (pozit?vna), ak jej ohniskov? vzdialenos? f>0. ?o?ovka sa naz?va diverguj?ca (negat?vna), ak jej ohniskov? vzdialenos? f<0.

Pre n2 >n1 s? zbiehav? ?o?ovky bikonvexn?, plankonvexn? a konk?vne konvexn? (pozit?vne meniskusov? ?o?ovky), sten?uj?ce sa od stredu k okrajom; dif?zne s? bikonk?vne, plankonk?vne a konvexne konk?vne ?o?ovky (negat?vne menisky), zhrubnut? od stredu k okrajom. Pre p2 n1.

Planckova hypot?za. Fot?n a jeho vlastnosti. Dualita vlny a ?ast?c

Planckova hypot?za – hypot?za, ktor? predlo?il 14. decembra 1900 Max Planck a ktor? spo??va v tom, ?e pri tepelnom ?iaren? sa energia vy?aruje a absorbuje nie nepretr?ite, ale v samostatn?ch kvant?ch (?astiach). Ka?d? tak?to kvantum porcie m? energiu ?mern? frekvencii n ?iarenia:

kde h alebo je koeficient ?mernosti, nesk?r naz?van? Planckova kon?tanta. Na z?klade tejto hypot?zy navrhol teoretick? odvodenie vz?ahu medzi teplotou telesa a ?iaren?m, ktor? toto teleso vy?aruje – Planckov vzorec.

Planckova hypot?za bola nesk?r experiment?lne potvrden?.

Pokrok tejto hypot?zy sa pova?uje za moment zrodu kvantovej mechaniky.

Fot?n je hmotn?, elektricky neutr?lna ?astica, kvantum elektromagnetick?ho po?a (nosi? elektromagnetickej interakcie).

Z?kladn? vlastnosti fot?nu

1. Je ?asticou elektromagnetick?ho po?a.

2. Pohybuje sa r?chlos?ou svetla.

3. Existuje iba v pohybe.

4. Fot?n nie je mo?n? zastavi?: bu? sa pohybuje r?chlos?ou rovnaj?cou sa r?chlosti svetla, alebo neexistuje; preto je pokojov? hmotnos? fot?nu nulov?.

Fot?nov? energia:

Pod?a te?rie relativity mo?no energiu v?dy vypo??ta? ako ,

Preto - hmotnos? fot?nu.

hybnos? fot?nu. Hybnos? fot?nu smeruje pozd?? sveteln?ho l??a.

Dualita vlny a ?ast?c

Koniec 19. storo?ia: fotoelektrick? jav a Comptonov jav potvrdili Newtonovu te?riu a javy difrakcie a interferencie svetla potvrdili Huygensovu te?riu.

Tak mnoh? fyzici na za?iatku 20. stor. dospel k z?veru, ?e svetlo m? dve vlastnosti:

1. Pri ??ren? prejavuje vlnov? vlastnosti.

2. Pri interakcii s l?tkou vykazuje korpuskul?rne vlastnosti. Jeho vlastnosti nie s? obmedzen? ani na vlny, ani na ?astice.

??m viac v, t?m v?raznej?ie s? kvantov? vlastnosti svetla a t?m men?ie s? vlnov? vlastnosti.

Ak?ko?vek ?iarenie m? teda vlnov? aj kvantov? vlastnosti. Preto to, ako sa fot?n prejavuje - ako vlna alebo ako ?astica - z?vis? od povahy ?t?die, ktor? sa na ?om vykon?va.

Rutherfordove experimenty. Planet?rny model at?mu

Pre experiment?lnu ?t?diu distrib?cie kladn?ho n?boja, a teda aj hmoty vo vn?tri at?mu, Rutherford v roku 1906 navrhol pou?i? sondovanie at?mu pomocou a-?ast?c. Ich hmotnos? je asi 8000-n?sobok hmotnosti elektr?nu a kladn? n?boj sa modulom rovn? dvojn?sobku n?boja elektr?nu. R?chlos? a-?ast?c je ve?mi vysok?: je to 1/15 r?chlosti svetla. T?mito ?asticami Rutherford bombardoval at?my ?a?k?ch prvkov. Elektr?ny v?aka svojej malej hmotnosti nem??u v?razne zmeni? trajekt?riu a-?astice a nie s? schopn? v?razne zmeni? jej r?chlos?. Rozptyl (zmena smeru pohybu) a-?ast?c m??e sp?sobi? len kladne nabit? ?as? at?mu. Z rozptylu a-?ast?c je teda mo?n? ur?i? povahu rozlo?enia kladn?ho n?boja a hmotnosti vo vn?tri at?mu. R?dioakt?vny pr?pravok, ako je r?dium, bol umiestnen? vo vn?tri oloven?ho valca 1, pozd?? ktor?ho bol vyv?tan? ?zky kan?l. L?? a-?ast?c z kan?la dopadol na tenk? f?liu 2 vyroben? zo sk?man?ho materi?lu (zlato, me? at?.). Po rozpt?len? a-?astice dopadli na poloprieh?adn? sito 3 potiahnut? sulfidom zino?nat?m. Zr??ku ka?dej ?astice s tienidlom sprev?dzal z?blesk svetla (scintil?cia), ktor? bolo mo?n? pozorova? v mikroskope 4. Cel? zariadenie bolo umiestnen? v n?dobe, z ktorej bol evakuovan? vzduch.

Pri distrib?cii po celom at?me nem??e kladn? n?boj vytvori? dostato?ne intenz?vne elektrick? pole schopn? vrhn?? a-?asticu sp??. Maxim?lna odpudiv? sila je ur?en? Coulombov?m z?konom:

kde qa je n?boj a-?astice; q je kladn? n?boj at?mu; r je jeho polomer; k - koeficient proporcionality. Intenzita elektrick?ho po?a rovnomerne nabitej gule je maxim?lna na povrchu gule a pri pribli?ovan? sa k stredu kles? na nulu. Preto ??m men?? je polomer r, t?m v???ia je sila, ktor? odpudzuje a-?astice. T?to te?ria sa zd? by? absol?tne nevyhnutn? na vysvetlenie experimentov s rozptylom a-?ast?c. Ale na z?klade tohto modelu nie je mo?n? vysvetli? existenciu at?mu, jeho stabilitu. Koniec koncov, pohyb elektr?nov na obe?n?ch dr?hach nast?va so zr?chlen?m, a to dos? zna?n?m. Pod?a Maxwellov?ch z?konov elektrodynamiky mus? zr?chlen? n?boj vy?arova? elektromagnetick? vlny s frekvenciou rovnaj?cou sa frekvencii jeho obehu okolo jadra. ?iarenie je sprev?dzan? stratou energie. Pri strate energie by sa elektr?ny mali pribl??i? k jadru, rovnako ako sa satelit pribli?uje k Zemi pri brzden? v hornej atmosf?re. Ako ukazuj? rigor?zne v?po?ty zalo?en? na Newtonovej mechanike a Maxwellovej elektrodynamike, elektr?n mus? dopadn?? na jadro v zanedbate?nom ?ase. At?m mus? presta? existova?.

V skuto?nosti sa ni? tak? nedeje. Z toho vypl?va, ?e z?kony klasickej fyziky s? neaplikovate?n? na javy v at?movom meradle. Rutherford vytvoril planet?rny model at?mu: elektr?ny sa to?ia okolo jadra, rovnako ako plan?ty obiehaj? okolo Slnka. Tento model je jednoduch?, experiment?lne opodstatnen?, ale neumo??uje vysvetli? stabilitu at?mu.

Mno?stvo tepla

Mno?stvo tepla je mierou zmeny vn?tornej energie, ktor? telo prij?ma (alebo vyd?va) v procese prenosu tepla.

Pr?ca aj mno?stvo tepla teda charakterizuj? zmenu energie, ale nie s? toto?n? s energiou. Necharakterizuj? stav samotn?ho syst?mu, ale ur?uj? proces energetick?ho prechodu z jednej formy do druhej (z jedn?ho tela do druh?ho), ke? sa stav men? a v podstate z?visia od povahy procesu.

Hlavn? rozdiel medzi pr?cou a mno?stvom tepla je v tom, ?e pr?ca charakterizuje proces zmeny vn?tornej energie syst?mu sprev?dzan? premenou energie z jedn?ho typu na druh? (z mechanickej na vn?torn?). Mno?stvo tepla charakterizuje proces prenosu vn?tornej energie z jedn?ho telesa do druh?ho (od viac ohriateho k menej ohriatemu), nesprev?dzan? energetick?mi premenami.

Sk?senosti ukazuj?, ?e mno?stvo tepla potrebn? na zahriatie telesa s hmotnos?ou m z teploty T1 na teplotu T2 sa vypo??ta pod?a vzorca kde c je ?pecifick? teplo l?tky;

Jednotkou SI ?pecifick?ho tepla je joule na kilogram Kelvina (J/(kg K)).

?pecifick? tepeln? kapacita c sa ??selne rovn? mno?stvu tepla, ktor? sa mus? odovzda? telesu s hmotnos?ou 1 kg, aby sa zohrialo o 1 K.

Tepeln? kapacita telesn?ho CT sa ??selne rovn? mno?stvu tepla potrebn?mu na zmenu telesnej teploty o 1 K:

Jednotkou SI tepelnej kapacity telesa je joule na Kelvin (J/K).

Na premenu kvapaliny na paru pri kon?tantnej teplote je potrebn? mno?stvo tepla

kde L je ?pecifick? teplo vyparovania. Pri kondenz?cii pary sa uvo??uje rovnak? mno?stvo tepla.

Aby sa roztavilo kry?talick? teleso s hmotnos?ou m pri teplote topenia, je potrebn? teleso informova? o mno?stve tepla

kde l je ?pecifick? teplo topenia. Po?as kry?taliz?cie telesa sa uvo??uje rovnak? mno?stvo tepla.

Mno?stvo tepla, ktor? sa uvo?n? pri ?plnom spa?ovan? paliva s hmotnos?ou m,

kde q je ?pecifick? spaln? teplo.

Jednotkou SI ?pecifick?ch tepl?t vyparovania, topenia a spa?ovania je joule na kilogram (J/kg).

Elektrick? n?boj a jeho vlastnosti. diskr?tnos?. element?rny elektrick? n?boj. Z?kon zachovania elektrick?ho n?boja.

Elektrick? n?boj je fyzik?lna veli?ina, ktor? charakterizuje elektromagnetick? interakciu. Telo je negat?vne nabit?, ak je na ?om prebytok elektr?nov, pozit?vne - deficit.

Uv?dzame vlastnosti n?bojov

1. Existuj? dva druhy poplatkov; negat?vne a pozit?vne. Opa?n? n?boje sa pri?ahuj?, rovnako ako n?boje odpudzuj?. Nosite? element?rneho, t.j. Najmen?? z?porn? n?boj je elektr?n, ktor?ho n?boj je qe = -1,6 * 10-19 C a hmotnos? je me = 9,1 * 10-31 kg. Nosi?om element?rneho kladn?ho n?boja je prot?n qр=+1,6*10-19C, hmotnos? mр=1,67*10-27kg.

2. Elektrick? n?boj m? diskr?tna povaha. To znamen?, ?e n?boj ak?hoko?vek telesa je n?sobkom n?boja elektr?nu q=Nqe, kde N je cel? ??slo. Spravidla si v?ak nev?imneme diskr?tnos? n?boja, preto?e element?rny n?boj je ve?mi mal?.

3. V izolovanom syst?me, t.j. v syst?me, ktor?ho teles? si nevymie?aj? n?boje s vonkaj??mi telesami, je algebraick? s??et n?bojov zachovan? (z?kon zachovania n?boja).

4. Email n?boj sa m??e v?dy pren??a? z jedn?ho telesa na druh?.

5. Jednotkou n?boja v SI je pr?vesok (C). Pod?a defin?cie sa 1 pr?vesok rovn? n?boju, ktor? prete?ie prierezom vodi?a za 1 s pri pr?de 1 A.

6. Z?kon zachovania elektrick?ho n?boja.

Vo vn?tri uzavret?ho syst?mu pre ak?ko?vek interakcie zost?va algebraick? s??et elektrick?ch n?bojov kon?tantn?:

Izolovan? (alebo uzavret?) syst?m budeme naz?va? syst?m telies, do ktor?ho sa zvonku nevn??aj? a neodv?dzaj? z neho ?iadne elektrick? n?boje.

Nikde a nikdy v pr?rode nevznik? a nezanik? elektrick? n?boj rovnak?ho znamenia. V?skyt kladn?ho elektrick?ho n?boja je v?dy sprev?dzan? objaven?m sa z?porn?ho n?boja rovnak?ho v absol?tnej hodnote. Ani kladn?, ani z?porn? n?boj nem??e zmizn?? oddelene, m??u sa vz?jomne neutralizova? iba vtedy, ak s? rovnak? v absol?tnej hodnote.

Tak?e element?rne ?astice s? schopn? premeni? sa jedna na druh?. Ale v?dy pri zrode nabit?ch ?ast?c sa pozoruje v?skyt p?ru ?ast?c s n?bojmi opa?n?ho znamienka. Mo?no pozorova? aj s??asn? zrodenie nieko?k?ch tak?chto p?rov. Nabit? ?astice mizn?, menia sa na neutr?lne, tie? len v p?roch. V?etky tieto skuto?nosti nenech?vaj? nikoho na pochyb?ch o pr?snom uplat?ovan? z?kona zachovania elektrick?ho n?boja.

element?rny n?boj- minim?lny poplatok, ktor? nemo?no rozdeli?.

Element?rny elektrick? n?boj je z?kladn? fyzik?lna kon?tanta, minim?lna ?as? (kvantum) elektrick?ho n?boja. Rovn? sa pribli?ne

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

v Medzin?rodnej s?stave jednotiek (SI). ?zko s?vis? s kon?tantou jemnej ?trukt?ry, ktor? popisuje elektromagnetick? interakciu.

"Ak?ko?vek elektrick? n?boj pozorovan? v experimente je v?dy n?sobkom element?rneho n?boja"- tak?to predpoklad vyslovil B. Franklin v roku 1752 a n?sledne opakovane experiment?lne testovan?. Element?rny n?boj prv?kr?t experiment?lne zmeral Millikan v roku 1910.

Skuto?nos?, ?e elektrick? n?boj sa v pr?rode vyskytuje iba vo forme celo??seln?ho po?tu element?rnych n?bojov, mo?no nazva? kvantovan?m elektrick?ho n?boja. Z?rove? sa v klasickej elektrodynamike nehovor? o ot?zke pr??in kvantovania n?boja, preto?e n?boj je vonkaj?? parameter a nie dynamick? premenn?. Uspokojiv? vysvetlenie, pre?o treba n?boj kvantova?, sa zatia? nena?lo, ale u? sa podarilo z?ska? mno?stvo zauj?mav?ch pozorovan?.

• · Ak v pr?rode existuje magnetick? monop?l, potom pod?a kvantovej mechaniky mus? by? jeho magnetick? n?boj v ur?itom pomere s n?bojom ?ubovo?nej vybranej element?rnej ?astice. Z toho automaticky vypl?va, ?e samotn? existencia magnetick?ho monop?lu znamen? kvantovanie n?boja. V pr?rode v?ak nebolo mo?n? odhali? magnetick? monop?l.
• · V modernej fyzike element?rnych ?ast?c sa vyv?jaj? ?al?ie modely, v ktor?ch by sa v?etky zn?me z?kladn? ?astice uk?zali ako jednoduch? kombin?cie nov?ch, e?te z?sadnej??ch ?ast?c. V tomto pr?pade sa kvantovanie n?boja pozorovan?ch ?ast?c nezd? prekvapiv?, ke??e vznik? „kon?trukciou“.

Je tie? mo?n?, ?e v?etky parametre pozorovan?ch ?ast?c bud? op?san? v r?mci jednotnej te?rie po?a, ku ktorej pr?stupy sa v s??asnosti vyv?jaj?. V tak?chto te?ri?ch mus? by? ve?kos? elektrick?ho n?boja ?ast?c vypo??tan? z extr?mne mal?ho po?tu z?kladn?ch parametrov, ktor? m??u s?visie? so ?trukt?rou ?asopriestoru na ultramal?ch vzdialenostiach. Ak sa tak?to te?ria skon?truuje, potom to, ?o pozorujeme ako element?rny elektrick? n?boj, sa uk??e ako nejak? diskr?tny ?asopriestorov? invariant. Tak?to pr?stup je vyvinut? napr?klad v modeli S. Bilsona-Thompsona, v ktorom s? fermi?ny ?tandardn?ho modelu interpretovan? ako tri stuhy ?asopriestoru spleten? do vrko?a a elektrick? n?boj (presnej?ie jeho tretina) zodpoved? stuhe skr?tenej o 180°. Napriek elegancii tak?chto modelov v?ak v tomto smere e?te neboli dosiahnut? konkr?tne v?eobecne akceptovan? v?sledky.

Rovnako ako koncept gravita?nej hmotnosti telesa v newtonovskej mechanike, koncept n?boja v elektrodynamike je prim?rny, z?kladn? koncept.

Nab?ja?ka je fyzik?lna veli?ina, ktor? charakterizuje vlastnos? ?ast?c alebo telies vst?pi? do elektromagnetick?ch silov?ch interakci?.

Elektrick? n?boj sa zvy?ajne ozna?uje p?smenami q alebo Q.

S?hrn v?etk?ch zn?mych experiment?lnych faktov n?m umo??uje vyvodi? tieto z?very:

Existuj? dva druhy elektrick?ch n?bojov, be?ne naz?van? kladn? a z?porn?.

N?boje je mo?n? pren??a? (napr?klad priamym kontaktom) z jedn?ho tela na druh?. Na rozdiel od telesnej hmotnosti, elektrick? n?boj nie je inherentnou charakteristikou dan?ho telesa. To ist? teleso v r?znych podmienkach m??e ma? r?zny n?boj.

Ako n?boje odpudzuj?, na rozdiel od n?bojov pri?ahuj?. To tie? ukazuje z?sadn? rozdiel medzi elektromagnetick?mi silami a gravita?n?mi silami. Gravita?n? sily s? v?dy sily pr??a?livosti.

Jeden zo z?kladn?ch pr?rodn?ch z?konov je experiment?lne stanoven? z?kon zachovania elektrick?ho n?boja .

V izolovanom syst?me zost?va algebraick? s??et n?bojov v?etk?ch telies kon?tantn?:

Z?kon zachovania elektrick?ho n?boja hovor?, ?e v uzavretom syst?me telies nemo?no pozorova? procesy zrodu alebo z?niku n?bojov iba jedn?ho znamenia.

Z modern?ho poh?adu s? nosi?e n?boja element?rne ?astice. V?etky be?n? teles? s? zlo?en? z at?mov, medzi ktor? patria kladne nabit? prot?ny, z?porne nabit? elektr?ny a neutr?lne ?astice – neutr?ny. Prot?ny a neutr?ny s? s??as?ou at?mov?ch jadier, elektr?ny tvoria elektr?nov? obal at?mov. Elektrick? n?boje prot?nov?ho a elektr?nov?ho modulu s? ?plne rovnak? a rovnaj? sa element?rnemu n?boju e.

V neutr?lnom at?me sa po?et prot?nov v jadre rovn? po?tu elektr?nov v obale. Toto ??slo sa vol? at?mov? ??slo . At?m danej l?tky m??e strati? jeden alebo viac elektr?nov alebo z?ska? elektr?n navy?e. V t?chto pr?padoch sa neutr?lny at?m zmen? na kladne alebo z?porne nabit? i?n.

N?boj sa m??e pren??a? z jedn?ho telesa na druh? len po ?astiach obsahuj?cich cel? ??slo element?rnych n?bojov. Elektrick? n?boj tela je teda diskr?tna veli?ina:

Fyzik?lne veli?iny, ktor? m??u nadobudn?? iba diskr?tny rad hodn?t, sa naz?vaj? kvantovan? . element?rny n?boj e je kvantum (najmen?ia ?as?) elektrick?ho n?boja. Treba si uvedomi?, ?e v modernej fyzike element?rnych ?ast?c sa predpoklad? existencia takzvan?ch kvarkov – ?ast?c s frak?n?m n?bojom a Kvarky vo vo?nom stave v?ak zatia? neboli pozorovan?.

V konven?n?ch laborat?rnych experimentoch sa elektrick? n?boje zis?uj? a meraj? pomocou elektromer ( alebo elektroskop) - zariadenie pozost?vaj?ce z kovovej ty?e a ??pky, ktor? sa m??e ot??a? okolo vodorovnej osi (obr. 1.1.1). Hrot ??pu je izolovan? od kovov?ho puzdra. Ke? sa nabit? teleso dostane do kontaktu s ty?ou elektromera, elektrick? n?boje rovnak?ho znamienka sa rozlo?ia pozd?? ty?e a ??pky. Sily elektrick?ho odpudzovania sp?sobuj?, ?e sa ??pka ot??a pod ur?it?m uhlom, pod?a ktor?ho je mo?n? pos?di? n?boj pren??an? na ty? elektromera.

Elektrometer je dos? hrub? pr?stroj; neumo??uje sk?ma? sily vz?jomn?ho p?sobenia n?bojov. Prv?kr?t z?kon interakcie pevn?ch n?bojov objavil franc?zsky fyzik Charles Coulomb v roku 1785. Vo svojich experimentoch Coulomb meral sily pr??a?livosti a odpudzovania nabit?ch gu???ok pomocou zariadenia, ktor? navrhol - torznej v?hy (obr. 1.1.2), ktor? bol mimoriadne citliv?. Napr?klad kladina bola oto?en? o 1 ° p?soben?m sily r?dovo 10-9 N.

My?lienka meran? bola zalo?en? na Coulombovom brilantnom odhade, ?e ak sa nabit? gu?a dostane do kontaktu s presne tou istou nenabitou, potom sa n?boj prvej rozdel? medzi ne rovnomerne. Bola teda indikovan? met?da na zmenu n?boja lopty dvakr?t, trikr?t at?. Coulombove experimenty merali interakciu medzi lopti?kami, ktor?ch rozmery s? ove?a men?ie ako vzdialenos? medzi nimi. Takto nabit? teles? sa naz?vaj? bodov? poplatky.

bodov? poplatok naz?van? nabit? teleso, ktor?ho rozmery mo?no v podmienkach tohto probl?mu zanedba?.

Na z?klade mnoh?ch experimentov Coulomb stanovil nasleduj?ci z?kon:

Sily interakcie pevn?ch n?bojov s? priamo ?mern? s??inu n?bojov?ch modulov a nepriamo ?mern? ?tvorcu vzdialenosti medzi nimi:

Interak?n? sily sa riadia tret?m Newtonov?m z?konom:

S? to odpudiv? sily s rovnak?mi znamienkami n?bojov a pr??a?liv? sily s r?znymi znamienkami (obr. 1.1.3). Interakcia pevn?ch elektrick?ch n?bojov je tzv elektrostatick? alebo Coulomb interakcia. Sekcia elektrodynamiky, ktor? ?tuduje Coulombovu interakciu, sa naz?va elektrostatika .

Pre bodovo nabit? teles? plat? Coulombov z?kon. V praxi je Coulombov z?kon dobre splnen?, ak s? rozmery nabit?ch telies ove?a men?ie ako vzdialenos? medzi nimi.

Faktor proporcionality k v Coulombovom z?kone z?vis? od v?beru s?stavy jednotiek. V medzin?rodnom syst?me SI je jednotkou n?boja pr?vesok(CL).

Pr?vesok - je to n?boj, ktor? prejde za 1 s prierezom vodi?a pri sile pr?du 1 A. Jednotkou sily pr?du (Amp?r) v SI je spolu s jednotkami d??ky, ?asu a hmotnosti z?kladn? mern? jednotka.

Koeficient k v s?stave SI sa zvy?ajne p??e ako:

Kde - elektrick? kon?tanta .

V s?stave SI element?rny n?boj e rovn? sa:

Sk?senosti ukazuj?, ?e Coulombove interak?n? sily sa riadia princ?pom superpoz?cie:

Ak nabit? teleso interaguje s??asne s viacer?mi nabit?mi telesami, potom v?sledn? sila p?sobiaca na toto teleso sa rovn? vektorov?mu s??tu s?l p?sobiacich na toto teleso od v?etk?ch ostatn?ch nabit?ch telies.

Ry?a. 1.1.4 vysvet?uje princ?p superpoz?cie na pr?klade elektrostatickej interakcie troch nabit?ch telies.

Princ?p superpoz?cie je z?kladn?m pr?rodn?m z?konom. Jeho pou?itie si v?ak vy?aduje ur?it? opatrnos?, pokia? ide o interakciu nabit?ch telies kone?nej ve?kosti (napr?klad dvoch vodiv?ch nabit?ch gu???ok 1 a 2). Ak sa tretia nabit? gu?a zdvihne do syst?mu dvoch nabit?ch lopti?iek, potom sa interakcia medzi 1 a 2 zmen? v d?sledku prerozdelenie poplatkov.

Princ?p superpoz?cie hovor?, ?e ke? dan? (pevn?) rozdelenie poplatkov na v?etk?ch teles?ch, sily elektrostatickej interakcie medzi ak?miko?vek dvoma telesami nez?visia od pr?tomnosti in?ch nabit?ch telies.

Faradayom objaven? z?kony elektrol?zy sved?ia v prospech existencie najmen??ch, nedelite?n?ch mno?stiev elektriny. Pri elektrol?ze pren??a jeden m?l ?ubovo?n?ho - valen?n?ho prvku n?boj coulomby ( - Faradayova kon?tanta). Jeden at?m (presnej?ie i?n) m? teda n?boj

Jednomocn? i?n m? n?boj , pre dvojmocn? - n?boj, pre trojmocn? - n?boj at?.

Tento vzor je ?ahko pochopite?n?, ak pripust?me, ?e poplatok je najmen?ia ?as? n?boja, element?rny n?boj.

Ale z?kony elektrol?zy mo?no ch?pa? aj v tom zmysle, ?e ide o priemern? ?as? n?boja nesen?ho jednomocn?m i?nom; vlastnos? valen?n?ho i?nu nies? mnohon?sobne v???? n?boj by potom musela by? vysvetlen? nie at?movou ?trukt?rou elektriny, ale iba vlastnos?ami i?nu. Preto na objasnenie ot?zky existencie element?rneho n?boja s? potrebn? priame experimenty na meranie najmen??ch mno?stiev elektriny. Tak?to experimenty uskuto?nil americk? fyzik Robert Milliken (1868-1953) v roku 1909.

In?tal?cia Millikan je schematicky zn?zornen? na obr. 348. Jeho hlavnou ?as?ou je ploch? kondenz?tor 2.3, na dosk?ch ktor?ho je mo?n? pomocou sp?na?a 4 aplikova? potenci?lny rozdiel jedn?ho alebo druh?ho znamienka.

Ry?a. 348. Sch?ma sk?senost? z merania element?rneho elektrick?ho n?boja. R?ntgenov? trubica 7 sl??i na zmenu n?boja kvapiek; jeho ?iarenie vytv?ra v objeme medzi plat?ami 2 a 3 i?ny, ktor? pri?nut?m na kvapku menia svoj n?boj

Najmen?ie kvapky oleja alebo inej tekutiny sa nastriekaj? do n?doby 1 pomocou rozpra?ovacej f?a?e. Niektor? z t?chto kvapiek padaj? cez otvor v hornej doske do priestoru medzi doskami kondenz?tora, osvetlen?ho lampou 6. Kvapky sa pozoruj? mikroskopom cez okienko 5; vyzeraj? ako jasn? hviezdy na tmavom pozad?.

Ke? medzi doskami kondenz?tora nie je ?iadne elektrick? pole, kvapky padaj? kon?tantnou r?chlos?ou. Ke? je pole zapnut?, nenabit? kvapky na?alej padaj? kon?tantnou r?chlos?ou. Mnoh? kvapky v?ak z?skavaj? n?boj pri rozpra?ovan? (elektrifik?cia tren?m). Na takto nabit? kvapky p?sob? okrem gravita?nej sily aj sila elektrick?ho po?a. V z?vislosti od znamienka n?boja si m??ete zvoli? smer po?a tak, aby elektrick? sila smerovala k sile gravit?cie. V tomto pr?pade bude nabit? kvapka po zapnut? po?a klesa? ni??ou r?chlos?ou ako pri absencii po?a. M??ete si zvoli? hodnotu intenzity po?a tak, ?e elektrick? sila prev??i gravita?n? silu a kvapka sa bude pohybova? nahor.

V in?tal?cii Millikan je mo?n? pozorova? rovnak? pokles nieko?ko hod?n; Na to sta?? vypn?? (alebo zn??i?) pole hne?, ako sa kvapka za?ne pribli?ova? k hornej doske kondenz?tora, a znova ju zapn?? (alebo zv??i?), ke? klesne na spodn? dosku.

Rovnomernos? pohybu kvapky nazna?uje, ?e sila, ktor? na ?u p?sob?, je vyv??en? odporom vzduchu, ktor? je ?mern? r?chlosti kvapky. Preto pre tak?to pokles m??eme nap?sa? rovnos?

kde je gravita?n? sila p?sobiaca na kvapku s hmotnos?ou , je r?chlos? kvapky, je sila odporu vzduchu (trecia sila), je koeficient z?visl? od viskozity vzduchu a ve?kosti kvapky.

Po zmeran? priemeru kvapky mikroskopom, pozn?me teda jej hmotnos? a ?alej ur??me rovnomern? r?chlos? vo?n?ho p?du , zist?me z (196.1) hodnotu koeficientu , ktor? zost?va pre dan? kvapku nezmenen?. Podmienka rovnomern?ho pohybu kvapky s n?bojom st?paj?cim r?chlos?ou v elektrickom poli m? tvar

(196.2)

Z (196,2) dostaneme

Po vykonan? meran? s rovnak?m poklesom v nepr?tomnosti po?a a v jeho pr?tomnosti teda n?jdeme n?boj kvapky . Tento poplatok m??eme zmeni?. Na tento ??el sa pou??va r?ntgenov? trubica 7 (obr. 348), pomocou ktorej je mo?n? ionizova? vzduch v kondenz?tore. V?sledn? i?ny bud? zachyten? kvap??kou a jej n?boj sa zmen? na hodnotu . V tomto pr?pade sa r?chlos? rovnomern?ho pohybu kvapky zmen? a bude sa rovna? , tak?e

Tento minim?lny n?boj sa rovn?, ako vid?me, element?rnemu n?boju, ktor? sa objavuje v procese elektrol?zy. Je d?le?it? poznamena?, ?e po?iato?n? n?boj kvapky je „trecia elektrina“, pri?om zmeny v tomto n?boji nastali v d?sledku zachyt?vania i?nov plynu vytvoren?ch r?ntgenov?m ?iaren?m kvapkou. N?boj vznikaj?ci pri tren?, n?boje plynov?ch i?nov a elektrolytov?ch i?nov s? teda zlo?en? z rovnak?ch element?rnych n?bojov. ?daje z in?ch experimentov n?m umo??uj? zov?eobecni? tento z?ver: v?etky kladn? a z?porn? n?boje vyskytuj?ce sa v pr?rode pozost?vaj? z cel?ho ??sla element?rnych n?bojov. .

Najm? n?boj elektr?nu sa v absol?tnej hodnote rovn? jedn?mu element?rnemu n?boju.

e - = 1,6 10 - 19 C (1,9)

Mnoh? vzorce pre elektrinu zah??aj? priestorov? faktor 4p. Aby sme sa ho zbavili v prakticky d?le?it?ch vzorcoch, Coulombov z?kon je nap?san? v tejto forme:

Tak?e (1.11)

Odkia? (1.12)

e 0 - volan? elektrick? kon?tanta.

§6: Te?ria kr?tkeho dosahu. Elektrick? pole.

Sk?senosti ukazuj?, ?e medzi elektricky nabit?mi a zmagnetizovan?mi telesami, ako aj telesami, ktor?mi pretekaj? elektrick? pr?dy, existuj? sily naz?van? elektromagnetick? alebo elektrodynamick?. Pokia? ide o povahu t?chto s?l, vo vede boli predlo?en? dva protichodn? n?zory. Skor?ia te?ria (naz?van? te?ria dlh?ho dosahu) vych?dzala z my?lienky priameho p?sobenia telies na dia?ku bez ??asti ak?chko?vek sprostredkovate?ov materi?lu. Z?rove? sa bez d?kazov predpokladalo, ?e k tak?muto konaniu doch?dza okam?ite, t.j. s nekone?nou r?chlos?ou (v®?)!? Nov?? poh?ad, v s??asnosti akceptovan? vo fyzike, poch?dza z my?lienky, ?e interakcie sa pren??aj? pomocou ?peci?lneho materi?lov?ho sprostredkovate?a naz?van?ho elektromagnetick? pole (ide o tzv. te?riu kr?tkeho dosahu). Pod?a tejto te?rie sa maxim?lna r?chlos? ??renia interakci? rovn? r?chlosti svetla vo v?kuu: v=c (c je r?chlos? svetla vo v?kuu). Te?ria p?sobenia na ve?k? vzdialenosti ?erpala svoje my?lienky z Newtonovej te?rie univerz?lnej gravit?cie. Obrovsk? ?spechy nebeskej mechaniky na jednej strane a ?pln? neschopnos? vysvetli? ak?mko?vek sp?sobom pr??iny gravit?cie na strane druhej viedli mnoh?ch vedcov k my?lienke, ?e gravit?cia a elektromagnetick? sily nepotrebuj? vysvetlenie, ale s? „vroden?“ vlastnosti samotnej hmoty. Z matematick?ho h?adiska te?ria p?sobenia na ve?k? vzdialenosti dosiahla vysok? stupe? dokonalosti v?aka pr?cam Laplacea, Gausa, Ostrogradsk?ho, Amp?ra, Poisseaua. Po ?om nasledovala v???ina fyzikov a? do konca 19. storo?ia. Michael Faraday bol takmer jedin?, kto zaujal in? n?zor. Je zakladate?om fyzik?lnej te?rie elektromagnetick?ho po?a. Pod?a Faradayovej te?rie m??e by? p?sobenie jedn?ho tela na druh? uskuto?nen? bu? priamo pri kontakte, alebo prenesen? cez stredn? m?dium. Teda ?a?isko pozornosti zo ?t?dia n?bojov a pr?dov, ktor? s? hlavn?mi objektmi te?rie p?sobenia na ve?k? vzdialenosti, Faraday preniesol do ?t?dia okolit?ho priestoru. Tento priestor so silami, ktor? v ?om p?sobia, sa naz?va elektromagnetick? pole.

Elektrick? interakcia sa vykon?va pod?a sch?my:

n?boj ® pole ® n?boj,

tie. ka?d? n?boj vytv?ra okolo seba elektrick? pole, ktor? p?sob? silou na v?etky ostatn? nabit? ?astice v tomto poli. Maxwell uk?zal, ?e elektromagnetick? interakcie sa musia ??ri? r?chlos?ou svetla vo v?kuu c»3·10 8 m/s. Toto je hlavn? argument v prospech te?rie kr?tkeho dosahu. O charaktere elektrick?ho po?a m??eme poveda?, ?e je hmotn?, t.j. existuje a m? vlastnosti, ktor? s? mu vlastn?. Medzi najd?le?itej?ie vlastnosti elektromagnetick?ho po?a patria:

1. Elektrick? pole je generovan? elektrick?mi n?bojmi a vyp??a cel? priestor.

2. Elektrick? pole p?sob? na n?boje nejakou silou.

Princ?p superpoz?ci? pol?. hustota n?boja.

Nech je pole vytvoren? n?bojom q 1 . Ak pre dan? bod po?a, ktor? je ur?en? vektorom polomeru r 12 pod?a Coulombovho z?kona vezmite pomer

je zrejm?, ?e tento pomer u? nie je z?visl? od sk??obn?ho n?boja q 2 a teda v?raz na pravej strane (1.13) m??e sl??i? ako charakteristika po?a vytvoren?ho n?bojom q 1 . T?to hodnota sa naz?va intenzita elektrick?ho po?a E!

Ve?kos? e-mailu s nap?t?m. po?a vo vzdialenosti r od n?boja q je

Nap?tie je vektorov? veli?ina. Vo vektorovej forme m? tvar:

Ber?c do ?vahy (1.15), Coulombov z?kon (1.4) mo?no zap?sa? ako:

Z (1.17) je vidie?, ?e intenzita elektrick?ho po?a sa rovn? sile p?sobiacej na jedin? pozit?vny poplatok.

Rozmer ?ahu [E]=H/Kl

Princ?p superpoz?cie

Sk?senosti ukazuj?, ?e pre elektrick? pole, princ?p superpoz?cie pol?:

Ak - intenzita pol? vytvoren?ch jednotliv?mi n?bojmi v ?ubovo?nom bode priestoru, potom sa intenzita v tom istom bode rovn? s??tu intenz?t.

kde r i je vektor polomeru smeruj?ci z n?boja q i do bodu pozorovania.

Tento princ?p plat? do ve?kosti jadier r~10 - 15 m.

D?vame do pozornosti, ?e v (1.18) sa intenzity s??tavaj? vektor! Pomocou vzorcov (1.15) a (1.18) je mo?n? vypo??ta? silu elektrick?ho po?a vytvoren?ho nielen bodov?mi n?bojmi, ale aj nabit?mi telesami ak?hoko?vek tvaru.

hustota n?boja.

Ak je nabit? telo ve?k? a nemo?no ho pova?ova? za bodov? poplatok, vypo??tajte silu e-mailu. poli tak?hoto telesa, je potrebn? pozna? rozlo?enie n?bojov vo vn?tri tohto telesa. Toto rozdelenie je charakterizovan? funkciou naz?vanou objemov? hustota elektrick?ch n?bojov. Pod?a defin?cie, objemov? hustota n?boja volal

Rozlo?enie n?boja sa pova?uje za zn?me, ak je zn?ma funkcia r = r(x,y,z).

Ak s? n?boje umiestnen? na povrchu, potom hustota povrchov?ho n?boja

Rozlo?enie n?bojov po povrchu sa pova?uje za zn?me, ak je zn?ma funkcia s= s(x, y, z).

Ak s? poplatky rozdelen? pozd?? ?iary, potom zav?dzame line?rna hustota n?boja, ?o je pod?a defin?cie:

Rozlo?enie n?boja sa pova?uje za zn?me, ak je zn?ma funkcia t =t(x,y,z).

§8: Elektrick? silo?iary. Sila po?a bodov?ho n?boja.

Elektrick? pole sa pova?uje za zn?me, ak je zn?my vektor intenzity v ka?dom bode v priestore. Pole m??ete nastavi? alebo zn?zorni? na papieri bu? analyticky alebo graficky elektrick? vedenie.