Vi listar egenskaperna hos avgifter

2. Elladdning har diskret natur

element?r laddning

Elektricitet. F?ruts?ttningar f?r f?rekomsten av elektrisk str?m. Str?mstyrka och str?mt?thet

En elektrisk str?m ?r en riktad r?relse av laddade partiklar. Man kom ?verens om att betrakta r?relseriktningen f?r positivt laddade partiklar som riktningen f?r den elektriska str?mmen. F?r fortsatt existens av en elektrisk str?m i en sluten krets m?ste f?ljande villkor vara uppfyllda:

N?rvaron av fritt laddade partiklar (str?mb?rare);

N?rvaron av ett elektriskt f?lt, vars krafter, som verkar p? laddade partiklar, f?r dem att r?ra sig p? ett ordnat s?tt;

N?rvaron av en str?mk?lla, inuti vilken yttre krafter flyttar fria laddningar mot elektrostatiska (Coulomb) krafter.

Den elektriska str?mmens kvantitativa egenskaper ?r str?mstyrkan I och str?mt?theten j.

Str?mstyrkan ?r en skal?r fysisk storhet som ?r lika med f?rh?llandet mellan laddningen Dq som passerar genom ledarens tv?rsnitt under en viss tidsperiod Dt till detta intervall:

SI-enheten f?r str?m ?r ampere (A).

Om str?mstyrkan och dess riktning inte ?ndras med tiden, kallas str?mmen konstant.

Str?mt?theten j ?r en vektorfysisk kvantitet, vars modul ?r lika med f?rh?llandet mellan str?mstyrkan I i ledaren och ledarens tv?rsnittsarea S:

SI-enheten f?r str?mt?thet ?r ampere per kvadratmeter (A/m2).

Ljusbrytning i linser

En lins ?r en genomskinlig kropp som avgr?nsas av tv? kurvlinj?ra eller kurvlinj?ra och plana ytor.

I de flesta fall anv?nds linser, vars ytor har en sf?risk form. En lins s?gs vara tunn om dess tjocklek d ?r liten j?mf?rt med kr?kningsradien f?r dess ytor R1 och R2. Annars kallas linsen tjock. Den optiska huvudaxeln f?r en lins kallas en r?t linje som passerar genom kr?kningscentrumen p? dess ytor. Vi kan anta att i en tunn lins g?r sk?rningspunkterna mellan den optiska huvudaxeln och linsens b?da ytor samman till en punkt O, som kallas linsens optiska centrum. En tunn lins har ett huvudplan gemensamt f?r b?da ytorna p? linsen och som g?r genom linsens optiska centrum vinkelr?tt mot dess optiska huvudaxel. Alla raka linjer som passerar genom linsens optiska centrum och som inte sammanfaller med dess optiska huvudaxel kallas linsens sekund?ra optiska axlar. Str?lar som f?rdas l?ngs linsens optiska axlar (huvud och sekund?r) upplever inte brytning.

Formel f?r tunna linser:

d?r n21 \u003d n2 / n1, n2 och n1 ?r de absoluta brytningsindexen f?r linsmaterialet och milj?n, R1 och R2 ?r kr?kningsradier f?r linsens fr?mre och bakre ytor (i f?rh?llande till objektet), a1 och a2 ?r avst?nden till objektet och dess bild, r?knat fr?n linsens optiska centrum l?ngs dess optiska huvudaxel.

V?rdet kallas objektivets br?nnvidd. Punkter som ligger p? linsens optiska huvudaxel p? b?da sidor om det optiska centrumet p? lika avst?nd lika med f kallas linjens huvudfokus. Planen som passerar genom linsens huvudfokus F1 och F2 vinkelr?tt mot dess optiska huvudaxel kallas linsens fokalplan. Sk?rningspunkterna f?r de sekund?ra optiska axlarna med linsens fokalplan kallas linsens sekund?ra br?nnpunkter.

En lins kallas konvergerande (positiv) om dess br?nnvidd f>0. En lins kallas divergerande (negativ) om dess br?nnvidd f<0.

F?r n2 >n1 ?r konvergerande linser bikonvexa, plankonvexa och konkava-konvexa (positiva menisklinser), tunnare fr?n mitten till kanterna; diffuserande ?r bikonkava, plankonkava och konvexa-konkava linser (negativa menisker), tjockare fr?n mitten till kanterna. F?r p2 n1.

Plancks hypotes. Foton och dess egenskaper. V?g-partikeldualitet

Plancks hypotes - en hypotes som lades fram den 14 december 1900 av Max Planck och som best?r i att under v?rmestr?lning emitteras och absorberas energi inte kontinuerligt, utan i separata kvanta (portioner). Varje s?dan del-kvantum har en energi proportionell mot frekvensen n av str?lningen:

d?r h eller ?r proportionalitetskoefficienten, senare kallad Plancks konstant. Baserat p? denna hypotes f?reslog han en teoretisk h?rledning av f?rh?llandet mellan en kropps temperatur och den str?lning som s?nds ut av denna kropp - Plancks formel.

Plancks hypotes bekr?ftades senare experimentellt.

Framg?ngen av denna hypotes anses vara ?gonblicket f?r f?delsen av kvantmekaniken.

En foton ?r en material, elektriskt neutral partikel, ett kvantum av ett elektromagnetiskt f?lt (en b?rare av elektromagnetisk interaktion).

Grundl?ggande egenskaper hos en foton

1. ?r en partikel av det elektromagnetiska f?ltet.

2. R?r sig med ljusets hastighet.

3. Finns bara i r?relse.

4. Det ?r om?jligt att stoppa en foton: den r?r sig antingen med en hastighet som ?r lika med ljusets hastighet eller existerar inte; d?rf?r ?r vilomassan f?r en foton noll.

Fotonenergi:

Enligt relativitetsteorin kan energin alltid ber?knas som ,

D?rav - fotonens massa.

foton momentum. Fotonmomentet riktas l?ngs ljusstr?len.

V?g-partikeldualitet

Slutet av 1800-talet: den fotoelektriska effekten och Compton-effekten bekr?ftade Newtons teori, och fenomenen diffraktion och ljusinterferens bekr?ftade Huygens teori.

Allts? m?nga fysiker i b?rjan av 1900-talet. kom fram till att ljus har tv? egenskaper:

1. N?r den f?r?kar sig uppvisar den v?gegenskaper.

2. N?r det interagerar med ett ?mne uppvisar det korpuskul?ra egenskaper. Dess egenskaper ?r inte begr?nsade till varken v?gor eller partiklar.

Ju mer v, desto mer uttalade ?r ljusets kvantegenskaper och desto mindre ?r v?gegenskaperna.

S?, all str?lning har b?de v?g- och kvantegenskaper. D?rf?r beror hur en foton manifesterar sig - som en v?g eller som en partikel - p? vilken typ av studie som utf?rs p? den.

Rutherfords experiment. Planetarisk modell av atomen

F?r en experimentell studie av f?rdelningen av positiv laddning, och d?rmed massan inuti atomen, f?reslog Rutherford 1906 att man skulle anv?nda sondering av atomen med hj?lp av a-partiklar. Deras massa ?r cirka 8000 g?nger elektronens massa, och den positiva laddningen ?r lika i modul med tv? g?nger laddningen av elektronen. Hastigheten f?r a-partiklar ?r mycket h?g: den ?r 1/15 av ljusets hastighet. Med dessa partiklar bombarderade Rutherford atomerna av tunga grund?mnen. Elektroner kan, p? grund av sin lilla massa, inte m?rkbart ?ndra a-partikelns bana och kan inte m?rkbart ?ndra dess hastighet. Spridning (?ndring av r?relseriktningen) av a-partiklar kan endast orsakas av den positivt laddade delen av atomen. S?lunda, fr?n spridningen av a-partiklar, kan man best?mma karakt?ren av f?rdelningen av positiv laddning och massa inuti atomen. Ett radioaktivt preparat, s?som radium, placerades inuti blycylinder 1, l?ngs vilken en smal kanal borrades. En str?le av a-partiklar fr?n kanalen f?ll p? tunn folie 2 gjord av materialet som studeras (guld, koppar, etc.). Efter spridning tr?ffade a-partiklarna en halvtransparent sk?rm 3 belagd med zinksulfid. Kollisionen av varje partikel med sk?rmen ?tf?ljdes av en ljusblixt (scintillation), som kunde observeras i ett mikroskop 4. Hela anordningen placerades i ett k?rl fr?n vilket luften evakuerades.

N?r den ?r f?rdelad ?ver atomen kan en positiv laddning inte skapa ett tillr?ckligt intensivt elektriskt f?lt som kan kasta a-partikeln tillbaka. Den maximala fr?nst?tande kraften best?ms av Coulombs lag:

d?r qa ?r laddningen av a-partikeln; q ?r atomens positiva laddning; r ?r dess radie; k - proportionalitetskoefficient. Den elektriska f?ltstyrkan f?r en likformigt laddad boll ?r maximal p? bollens yta och minskar till noll n?r den n?rmar sig mitten. D?rf?r, ju mindre radie r, desto st?rre kraft som st?ter bort a-partiklarna. Denna teori verkar absolut oumb?rlig f?r att f?rklara experiment om spridning av a-partiklar. Men p? basis av denna modell ?r det om?jligt att f?rklara atomens existens, dess stabilitet. N?r allt kommer omkring sker r?relsen av elektroner i banor med acceleration, och ganska betydande. Enligt Maxwells elektrodynamiska lagar m?ste en accelererad laddning utstr?la elektromagnetiska v?gor med en frekvens som ?r lika med frekvensen av dess cirkulation runt k?rnan. Str?lning ?tf?ljs av en f?rlust av energi. Om energin f?rloras b?r elektronerna n?rma sig k?rnan, precis som en satellit n?rmar sig jorden n?r den bromsar i den ?vre atmosf?ren. Som rigor?sa ber?kningar baserade p? Newtons mekanik och Maxwells elektrodynamik visar m?ste en elektron falla p? en k?rna p? en f?rsumbar tid. Atomen m?ste upph?ra att existera.

I verkligheten h?nder inget s?dant. Av detta f?ljer att den klassiska fysikens lagar inte ?r till?mpliga p? fenomen i atomskala. Rutherford skapade en planetmodell av atomen: elektroner kretsar runt k?rnan, precis som planeterna kretsar runt solen. Denna modell ?r enkel, motiverad experimentellt, men till?ter inte att f?rklara atomens stabilitet.

M?ngd v?rme

M?ngden v?rme ?r ett m?tt p? f?r?ndringen i inre energi som kroppen tar emot (eller ger bort) i processen f?r v?rme?verf?ring.

B?de arbete och v?rmem?ngd pr?glar allts? energif?r?ndringen, men ?r inte identiska med energi. De karakt?riserar inte sj?lva systemets tillst?nd, utan best?mmer processen f?r energi?verg?ng fr?n en form till en annan (fr?n en kropp till en annan) n?r tillst?ndet f?r?ndras och beror i huvudsak p? processens natur.

Huvudskillnaden mellan arbete och m?ngden v?rme ?r att arbetet k?nnetecknar processen att f?r?ndra systemets inre energi, ?tf?ljd av omvandlingen av energi fr?n en typ till en annan (fr?n mekanisk till intern). M?ngden v?rme k?nnetecknar processen f?r ?verf?ring av intern energi fr?n en kropp till en annan (fr?n mer uppv?rmd till mindre uppv?rmd), inte ?tf?ljd av energiomvandlingar.

Erfarenheten visar att m?ngden v?rme som kr?vs f?r att v?rma en kropp med massa m fr?n temperatur T1 till temperatur T2 ber?knas med formeln d?r c ?r ?mnets specifika v?rme;

SI-enheten f?r specifik v?rme ?r joule per kilogram-kelvin (J/(kg K)).

Den specifika v?rmekapaciteten c ?r numeriskt lika med m?ngden v?rme som m?ste tillf?ras en kropp med massan 1 kg f?r att v?rma den med 1 K.

V?rmekapaciteten hos kroppens CT ?r numeriskt lika med m?ngden v?rme som kr?vs f?r att ?ndra kroppstemperaturen med 1 K:

SI-enheten f?r en kropps v?rmekapacitet ?r joule per Kelvin (J/K).

F?r att ?ndra en v?tska till en ?nga vid en konstant temperatur ?r m?ngden v?rme som kr?vs

d?r L ?r det specifika f?r?ngningsv?rmet. N?r ?nga kondenserar frig?rs samma m?ngd v?rme.

F?r att sm?lta en kristallin kropp med massan m vid sm?ltpunkten ?r det n?dv?ndigt att informera kroppen om m?ngden v?rme

d?r l ?r det specifika fusionsv?rmet. Under kristalliseringen av en kropp frig?rs samma m?ngd v?rme.

M?ngden v?rme som frig?rs under fullst?ndig f?rbr?nning av br?nsle med massan m,

d?r q ?r det specifika f?rbr?nningsv?rmet.

SI-enheten f?r specifika v?rme f?r f?r?ngning, sm?ltning och f?rbr?nning ?r joule per kilogram (J/kg).

Elektrisk laddning och dess egenskaper. diskrethet. element?r elektrisk laddning. Lagen om bevarande av elektrisk laddning.

Elektrisk laddning ?r en fysisk storhet som k?nnetecknar den elektromagnetiska interaktionen. Kroppen ?r negativt laddad om det finns ett ?verskott av elektroner p? den, positivt - ett underskott.

Vi listar egenskaperna hos avgifter

1. Det finns tv? typer av avgifter; negativt och positivt. Motsatta laddningar attraherar, som laddningar st?ter bort. B?raren av det element?ra, dvs. Den minsta, negativa laddningen ?r en elektron, vars laddning ?r qe = -1,6 * 10-19 C, och massan ?r me = 9,1 * 10-31 kg. B?raren av den element?ra positiva laddningen ?r protonen qр=+1,6*10-19C, massa mр=1,67*10-27kg.

2. Elladdning har diskret natur. Detta betyder att laddningen av en kropp ?r en multipel av elektronladdningen q=Nqe, d?r N ?r ett heltal. Men som regel m?rker vi inte diskretiteten i laddningen, eftersom den element?ra laddningen ?r mycket liten.

3. I ett isolerat system, dvs. i ett system vars kroppar inte utbyter laddningar med kroppar utanf?r det, bevaras den algebraiska summan av laddningar (laddningskonserveringslagen).

4. E-post laddning kan alltid ?verf?ras fr?n en kropp till en annan.

5. Laddningsenheten i SI ?r h?nget (C). Per definition ?r 1 pendant lika med laddningen som flyter genom ledarens tv?rsnitt p? 1 s vid en str?m p? 1 A.

6. Lagen om bevarande av elektrisk laddning.

Inuti ett slutet system, f?r alla interaktioner, f?rblir den algebraiska summan av elektriska laddningar konstant:

Ett isolerat (eller slutet) system kommer vi att kalla ett system av kroppar i vilka inga elektriska laddningar inf?rs utifr?n och inte avl?gsnas fr?n det.

Ingenstans och aldrig i naturen uppst?r och f?rsvinner en elektrisk laddning av samma tecken. Uppkomsten av en positiv elektrisk laddning ?tf?ljs alltid av uppkomsten av en negativ laddning lika i absolut v?rde. Varken en positiv eller en negativ laddning kan f?rsvinna separat, de kan endast ?msesidigt neutralisera varandra om de ?r lika i absolut v?rde.

S? elementarpartiklar kan omvandlas till varandra. Men alltid vid f?delsen av laddade partiklar observeras utseendet av ett par partiklar med laddningar av motsatt tecken. Den samtidiga f?delsen av flera s?dana par kan ocks? observeras. Laddade partiklar f?rsvinner och f?rvandlas till neutrala, ocks? bara i par. Alla dessa fakta l?mnar inga tvivel om det strikta genomf?randet av lagen om bevarande av elektrisk laddning.

element?r laddning- den l?gsta avgift som inte kan delas.

En element?r elektrisk laddning ?r en grundl?ggande fysisk konstant, den minsta delen (kvantum) av en elektrisk laddning. Lika ungef?r

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

i International System of Units (SI). N?ra relaterad till den fina strukturkonstanten, som beskriver den elektromagnetiska interaktionen.

"All elektrisk laddning som observeras i ett experiment ?r alltid en multipel av den element?ra laddningen"- ett s?dant antagande gjordes av B. Franklin 1752 och testades d?refter upprepade g?nger experimentellt. Den element?ra laddningen m?ttes f?rst experimentellt av Millikan 1910.

Det faktum att elektrisk laddning f?rekommer i naturen endast i form av ett heltal av element?ra laddningar kan kallas kvantisering av elektrisk laddning. Samtidigt, inom klassisk elektrodynamik, diskuteras inte fr?gan om orsakerna till laddningskvantisering, eftersom laddningen ?r en extern parameter och inte en dynamisk variabel. En tillfredsst?llande f?rklaring till varf?r avgiften m?ste kvantiseras har ?nnu inte hittats, men ett antal intressanta observationer har redan inh?mtats.

• · Om det finns en magnetisk monopol i naturen, s? m?ste, enligt kvantmekaniken, dess magnetiska laddning vara i ett visst f?rh?llande med laddningen av valfri vald elementarpartikel. Av detta f?ljer automatiskt att blotta existensen av en magnetisk monopol medf?r laddningskvantisering. Det var dock inte m?jligt att uppt?cka en magnetisk monopol i naturen.
• · Inom modern elementarpartikelfysik utvecklas andra modeller d?r alla k?nda fundamentala partiklar skulle visa sig vara enkla kombinationer av nya, ?nnu mer fundamentala partiklar. I detta fall verkar kvantiseringen av laddningen av de observerade partiklarna inte f?rv?nande, eftersom den uppst?r "genom konstruktion".

Det ?r ocks? m?jligt att alla parametrar f?r de observerade partiklarna kommer att beskrivas inom ramen f?r en enhetlig f?ltteori, tillv?gag?ngss?tt som f?r n?rvarande utvecklas. I s?dana teorier m?ste storleken p? partiklarnas elektriska laddning ber?knas fr?n ett extremt litet antal fundamentala parametrar, m?jligen relaterade till strukturen av rum-tid p? ultrasm? avst?nd. Om en s?dan teori konstrueras kommer det vi observerar som en element?r elektrisk laddning att visa sig vara n?gon diskret rum-tidsinvariant. Ett s?dant tillv?gag?ngss?tt utvecklas till exempel i modellen av S. Bilson-Thompson, d?r fermionerna i standardmodellen tolkas som tre band av rum-tid fl?tade till en fl?ta, och den elektriska laddningen (mer exakt en tredjedel av det) motsvarar ett band vridet 180°. Men trots elegansen hos s?dana modeller har specifika allm?nt accepterade resultat i denna riktning ?nnu inte erh?llits.

Liksom begreppet gravitationsmassa av en kropp i Newtons mekanik, ?r begreppet laddning inom elektrodynamik det prim?ra, grundl?ggande begreppet.

Elektrisk laddning ?r en fysisk storhet som k?nnetecknar egenskapen hos partiklar eller kroppar att ing? i elektromagnetiska kraftinteraktioner.

Elektrisk laddning betecknas vanligtvis med bokst?verna q eller F.

Helheten av alla k?nda experimentella fakta till?ter oss att dra f?ljande slutsatser:

Det finns tv? typer av elektriska laddningar, konventionellt kallade positiva och negativa.

Avgifter kan ?verf?ras (till exempel genom direktkontakt) fr?n en kropp till en annan. Till skillnad fr?n kroppsmassa ?r elektrisk laddning inte en inneboende egenskap hos en given kropp. Samma kropp under olika f?rh?llanden kan ha olika laddning.

Liknande laddningar st?ter bort, till skillnad fr?n laddningar attraherar. Detta visar ocks? den grundl?ggande skillnaden mellan elektromagnetiska krafter och gravitationskrafter. Gravitationskrafter ?r alltid attraktionskrafter.

En av naturens grundl?ggande lagar ?r den experimentellt etablerade lagen om bevarande av elektrisk laddning .

I ett isolerat system f?rblir den algebraiska summan av laddningarna f?r alla kroppar konstant:

Lagen om bevarande av elektrisk laddning s?ger att i ett slutet system av kroppar kan processer f?r f?delse eller f?rsvinnande av laddningar av endast ett tecken inte observeras.

Ur modern synvinkel ?r laddningsb?rare element?ra partiklar. Alla vanliga kroppar ?r uppbyggda av atomer, som inkluderar positivt laddade protoner, negativt laddade elektroner och neutrala partiklar - neutroner. Protoner och neutroner ?r en del av atomk?rnor, elektroner bildar atomernas elektronskal. De elektriska laddningarna av protonen och elektronmodulen ?r exakt samma och lika med den element?ra laddningen e.

I en neutral atom ?r antalet protoner i k?rnan lika med antalet elektroner i skalet. Detta nummer kallas atomnummer . En atom av ett visst ?mne kan f?rlora en eller flera elektroner eller f? en extra elektron. I dessa fall f?rvandlas den neutrala atomen till en positivt eller negativt laddad jon.

En laddning kan ?verf?ras fr?n en kropp till en annan endast i delar som inneh?ller ett heltal av element?ra laddningar. S?ledes ?r kroppens elektriska laddning en diskret storhet:

Fysiska storheter som bara kan anta en diskret serie av v?rden kallas kvantiseras . element?r laddning e?r ett kvantum (minsta delen) av elektrisk laddning. Det b?r noteras att i modern elementarpartikelfysik antas f?rekomsten av s? kallade kvarkar - partiklar med en fraktionerad laddning och kvarkar i det fria tillst?ndet har dock ?nnu inte observerats.

I konventionella laboratorief?rs?k detekteras och m?ts elektriska laddningar med hj?lp av elektrometer ( eller elektroskop) - en anordning best?ende av en metallst?ng och en pil som kan rotera runt en horisontell axel (Fig. 1.1.1). Pilspetsen ?r isolerad fr?n metallh?ljet. N?r en laddad kropp kommer i kontakt med staven p? en elektrometer, f?rdelas elektriska laddningar av samma tecken l?ngs staven och pilen. Krafterna fr?n elektrisk repulsion f?r pilen att rotera i en viss vinkel, med vilken man kan bed?ma laddningen som ?verf?rs till elektrometerns stav.

Elektrometern ?r ett ganska grovt instrument; det till?ter inte en att unders?ka krafterna i samverkan mellan laddningar. F?r f?rsta g?ngen uppt?cktes lagen om v?xelverkan mellan fasta laddningar av den franske fysikern Charles Coulomb 1785. I sina experiment m?tte Coulomb krafterna f?r attraktion och avst?tning av laddade bollar med hj?lp av en anordning som han designade - en torsionsbalans (Fig. 1.1.2), vilket var extremt k?nsligt. S? till exempel roterades balansstr?len med 1 ° under verkan av en kraft av storleksordningen 10 -9 N.

Id?n med m?tningar baserades p? Coulombs briljanta gissning att om en laddad boll kommer i kontakt med exakt samma oladdade, s? kommer laddningen fr?n den f?rsta att delas lika mellan dem. S?ledes indikerades en metod f?r att ?ndra laddningen av bollen med tv?, tre, etc. g?nger. Coulombs experiment m?tte interaktionen mellan bollar vars dimensioner ?r mycket mindre ?n avst?ndet mellan dem. S?dana laddade kroppar kallas punktavgifter.

punktavgift kallas en laddad kropp, vars dimensioner kan f?rsummas under f?rh?llandena f?r detta problem.

Baserat p? m?nga experiment fastst?llde Coulomb f?ljande lag:

Samverkanskrafterna f?r fasta laddningar ?r direkt proportionella mot produkten av laddningsmoduler och omv?nt proportionella mot kvadraten p? avst?ndet mellan dem:

Interaktionskrafter lyder Newtons tredje lag:

De ?r fr?nst?tande krafter med samma tecken p? laddningar och attraktionskrafter med olika tecken (Fig. 1.1.3). Samspelet mellan fasta elektriska laddningar kallas elektrostatisk eller Coulomb samspel. Den sektion av elektrodynamik som studerar Coulomb-interaktionen kallas elektrostatik .

Coulombs lag ?r giltig f?r punktladdade organ. I praktiken ?r Coulombs lag v?l tillfredsst?lld om dimensionerna p? de laddade kropparna ?r mycket mindre ?n avst?ndet mellan dem.

Proportionalitetsfaktor k i Coulombs lag beror p? valet av enhetssystemet. I det internationella SI-systemet ?r avgiftsenheten h?ngsmycke(CL).

H?ngsmycke - detta ?r laddningen som passerar p? 1 s genom ledarens tv?rsnitt med en str?mstyrka p? 1 A. Enheten f?r str?mstyrka (Ampere) i SI ?r tillsammans med enheter f?r l?ngd, tid och massa grundl?ggande m?ttenhet.

Koefficient k i SI-systemet skrivs vanligtvis som:

Var - elektrisk konstant .

I SI-systemet, den element?ra laddningen e?r lika med:

Erfarenheten visar att Coulombs v?xelverkanskrafter f?ljer superpositionsprincipen:

Om en laddad kropp interagerar samtidigt med flera laddade kroppar, ?r den resulterande kraften som verkar p? denna kropp lika med vektorsumman av krafterna som verkar p? denna kropp fr?n alla andra laddade kroppar.

Ris. 1.1.4 f?rklarar principen f?r superposition med hj?lp av exemplet p? elektrostatisk interaktion mellan tre laddade kroppar.

Superpositionsprincipen ?r en grundl?ggande naturlag. Dess anv?ndning kr?ver dock viss f?rsiktighet n?r det kommer till samverkan mellan laddade kroppar av ?ndlig storlek (till exempel tv? ledande laddade kulor 1 och 2). Om en tredje laddad boll h?js till ett system av tv? laddade bollar s? kommer samspelet mellan 1 och 2 att f?r?ndras p.g.a. avgiftsomf?rdelning.

Superpositionsprincipen s?ger att n?r given (fast) avgiftsf?rdelning p? alla kroppar ?r krafterna fr?n elektrostatisk interaktion mellan tv? kroppar inte beroende av n?rvaron av andra laddade kroppar.

Elektrolyslagarna som uppt?ckts av Faraday vittnar till f?rm?n f?r existensen av de minsta, odelbara m?ngderna elektricitet. Under elektrolys ?verf?r en mol valens element en laddning coulombs ( - Faradays konstant). En atom (n?rmare best?mt en jon) har allts? en laddning

En monovalent jon har en laddning , f?r tv?v?rd - laddning, f?r trev?rd - laddning osv.

Detta m?nster ?r l?tt att f?rst? om vi accepterar att avgiften ?r den minsta delen av laddningen, den element?ra laddningen.

Men elektrolyslagarna kan ocks? f?rst?s i den meningen att ?r den genomsnittliga delen av laddningen som b?rs av en env?rd jon; egenskapen f?r en valensjon att b?ra en laddning m?nga g?nger st?rre skulle d? beh?va f?rklaras inte av elektricitetens atom?ra struktur, utan endast av jonens egenskaper. D?rf?r, f?r att klarg?ra fr?gan om existensen av en element?r laddning, beh?vs direkta experiment f?r att m?ta de minsta m?ngderna elektricitet. S?dana experiment utf?rdes av den amerikanske fysikern Robert Milliken (1868-1953) 1909.

Millikan-installationen visas schematiskt i fig. 348. Dess huvuddel ?r en platt kondensator 2.3, p? vars plattor, med hj?lp av omkopplaren 4, en potentialskillnad av ett eller annat tecken kan appliceras.

Ris. 348. Schema f?r erfarenhet av att m?ta den element?ra elektriska laddningen. R?ntgenr?ret 7 tj?nar till att ?ndra laddningen av dropparna; dess str?lning skapar joner i volymen mellan plattorna 2 och 3, som fastnar p? droppen och ?ndrar dess laddning

De minsta dropparna olja eller annan v?tska sprutas in i k?rl 1 med en sprutpistol. N?gra av dessa droppar genom ett h?l i toppplattan faller in i utrymmet mellan kondensatorplattorna, upplysta av lampa 6. Dropparna observeras genom ett mikroskop genom f?nster 5; de ser ut som ljusa stj?rnor p? en m?rk bakgrund.

N?r det inte finns n?got elektriskt f?lt mellan plattorna p? en kondensator faller dropparna ner med konstant hastighet. N?r f?ltet sl?s p? forts?tter oladdade droppar att falla med konstant hastighet. Men m?nga droppar f?r en laddning n?r de sprutas (elektrifiering genom friktion). S?dana laddade droppar p?verkas, f?rutom tyngdkraften, ?ven av kraften fr?n det elektriska f?ltet. Beroende p? laddningens tecken kan man v?lja f?ltets riktning s? att den elektriska kraften riktas mot tyngdkraften. I detta fall kommer den laddade droppen efter att f?ltet har slagits p? att falla med en l?gre hastighet ?n i fr?nvaro av f?ltet. Du kan v?lja v?rdet p? f?ltstyrkan s? att den elektriska kraften kommer att ?verstiga tyngdkraften och droppen kommer att r?ra sig upp?t.

I Millikan-installationen kan man observera samma fall i flera timmar; F?r att g?ra detta r?cker det att st?nga av (eller minska) f?ltet s? snart droppen b?rjar n?rma sig kondensatorns ?vre platta, och sl? p? (eller ?ka) igen n?r den g?r ner till bottenplattan.

Likformigheten i droppens r?relse indikerar att kraften som verkar p? den balanseras av luftmotst?ndet, vilket ?r proportionellt mot droppens hastighet. D?rf?r, f?r en s?dan droppe, kan vi skriva j?mst?lldheten

var ?r tyngdkraften som verkar p? en droppe med massa , ?r droppens hastighet, ?r luftmotst?ndets kraft (friktionskraft), ?r en koefficient beroende p? luftens viskositet och droppens storlek.

Efter att ha m?tt droppens diameter med ett mikroskop, d?rf?r att veta dess massa och ytterligare best?mma den fria enhetliga fallhastigheten , kan vi hitta v?rdet p? koefficienten , som f?rblir of?r?ndrad f?r en given droppe, fr?n (196.1). Villkoret f?r enhetlig r?relse f?r en droppe med en laddning som stiger med en hastighet i ett elektriskt f?lt har formen

(196.2)

Fr?n (196,2) f?r vi

S?ledes, efter att ha gjort m?tningar med samma droppe i fr?nvaro av ett f?lt och i dess n?rvaro, kommer vi att hitta laddningen f?r droppen. Vi kan ?ndra denna avgift. F?r detta ?ndam?l anv?nds r?ntgenr?r 7 (bild 348), med vilket man kan jonisera luften i kondensorn. De resulterande jonerna kommer att f?ngas av droppen, och dess laddning kommer att f?r?ndras och blir lika med . I det h?r fallet kommer droppens enhetliga r?relse att ?ndras och den blir lika med , s? att

Denna minimiladdning ?r, som vi ser, lika med den element?ra laddningen som uppst?r under elektrolysprocessen. Det ?r viktigt att notera att droppens initiala laddning ?r "friktionselektricitet", medan f?r?ndringar i denna laddning intr?ffade p? grund av inf?ngningen av droppen av gasjoner som bildas av r?ntgenstr?lar. S?ledes ?r laddningen som bildas under friktion, laddningarna av gasjoner och elektrolytjoner sammansatta av identiska element?ra laddningar. Data fr?n andra experiment till?ter oss att generalisera denna slutsats: alla positiva och negativa laddningar som f?rekommer i naturen best?r av ett heltal av element?ra laddningar. .

I synnerhet ?r laddningen av en elektron lika i absolut v?rde som en element?r laddning.

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

M?nga formler f?r el inkluderar en rymdfaktor p? 4p. F?r att bli av med det i praktiskt viktiga formler ?r Coulombs lag skriven i f?ljande form:

Allts? (1.11)

Varifr?n (1.12)

e 0 - ringde elektrisk konstant.

§6: Kortdistansteori. Elektriskt f?lt.

Erfarenhet visar att mellan elektriskt laddade och magnetiserade kroppar, s?v?l som kroppar genom vilka elektriska str?mmar flyter, finns krafter som kallas elektromagnetiska eller elektrodynamiska. Tv? motsatta synpunkter har framf?rts inom vetenskapen ang?ende dessa krafters natur. Den tidigare (kallad l?ngdistansteorin) utgick fr?n id?n om direkt verkan av kroppar p? avst?nd utan deltagande av n?gra mellanliggande materiella medlare. Samtidigt antogs utan bevis att en s?dan ?tg?rd intr?ffar omedelbart, d.v.s. med o?ndlig hastighet (v®?)!? En nyare synpunkt, f?r n?rvarande accepterad inom fysiken, kommer fr?n id?n att interaktioner ?verf?rs med hj?lp av en speciell materialf?rmedlare som kallas det elektromagnetiska f?ltet (detta ?r den s? kallade kortdistansteorin). Enligt denna teori ?r den maximala utbredningshastigheten f?r interaktioner lika med ljusets hastighet i vakuum: v=c (c ?r ljusets hastighet i vakuum). Teorin om l?ngdistansverkan h?mtade sina id?er fr?n Newtons teori om universell gravitation. Himmelmekanikens enorma framg?ngar ? ena sidan och det fullst?ndiga misslyckandet med att p? n?got s?tt f?rklara orsakerna till gravitationen ? andra sidan, har lett m?nga forskare till id?n att gravitation och elektromagnetiska krafter inte beh?ver f?rklaras, utan ?r "medf?dda". egenskaper hos sj?lva materien. I matematiska termer har teorin om l?ngdistanshandling n?tt en h?g grad av perfektion tack vare Laplace, Gaus, Ostrogradsky, Amp?re, Poisseaus arbete. Den f?ljdes av de flesta fysiker fram till slutet av 1800-talet. Michael Faraday var n?stan den enda som hade en annan syn. Han ?r grundaren av den fysikaliska teorin om det elektromagnetiska f?ltet. Enligt Faradays teori kan en kropps handlingar p? en annan utf?ras antingen direkt vid kontakt eller ?verf?ras via ett mellanliggande medium. S?ledes, fokus f?r uppm?rksamhet fr?n studiet av laddningar och str?mmar, som ?r huvudobjekten f?r teorin om l?ngv?ga aktion, ?verf?rde Faraday till studiet av det omgivande rummet. Detta utrymme med de krafter som verkar i det kallas det elektromagnetiska f?ltet.

Elektrisk interaktion utf?rs enligt schemat:

ladda ® f?lt ® ladda,

de d?r. varje laddning skapar ett elektriskt f?lt runt sig, som verkar med kraft p? alla andra laddade partiklar i detta f?lt. Maxwell visade att elektromagnetiska interaktioner m?ste fortplanta sig med ljusets hastighet i ett vakuum c»3·10 8 m/s. Detta ?r huvudargumentet till f?rm?n f?r kortdistansteorin. Om det elektriska f?ltets natur kan vi s?ga att det ?r material, d.v.s. existerar och har egenskaper som bara ?r inneboende. Bland de viktigaste egenskaperna hos det elektromagnetiska f?ltet ?r f?ljande:

1. Det elektriska f?ltet genereras av elektriska laddningar och fyller hela utrymmet.

2. Det elektriska f?ltet verkar p? laddningar med viss kraft.

Principen f?r ?verlagringar av f?lt. laddningst?thet.

L?t f?ltet skapas av laddningen q 1 . Om f?r en given punkt i f?ltet, som best?ms av radievektorn r 12, enligt Coulombs lag, ta f?rh?llandet

det ?r tydligt att detta f?rh?llande inte l?ngre ?r beroende av testladdningen q 2 och s?ledes kan uttrycket p? h?ger sida av (1.13) tj?na som en egenskap f?r f?ltet som skapas av laddningen q 1 . Detta v?rde kallas elektrisk f?ltstyrka E!

Storleken p? sp?nningsmejlet. f?lt p? ett avst?nd r fr?n laddningen q ?r

Sp?nning ?r en vektorstorhet. I vektorform har den formen:

Med h?nsyn till (1.15) kan Coulombs lag (1.4) skrivas som:

Av (1.17) framg?r att den elektriska f?ltstyrkan ?r lika med den kraft som verkar p? singel positiv avgift.

Sp?nningsm?tt [E]=H/Kl

Superpositionsprincipen

Erfarenheten visar att f?r ett elektriskt f?lt, principen om ?verlagring av f?lt:

Om - intensiteten av f?lten som skapas av individuella laddningar vid n?gon punkt i rymden, s? ?r intensiteten vid samma punkt lika med summan av intensiteterna.

d?r r i ?r radievektorn riktad fr?n laddningen qi till observationspunkten.

Denna princip ?r giltig upp till storleken av k?rnor r~10 - 15 m.

Vi uppm?rksammar det faktum att i (1.18) summeras intensiteterna vektor! Med hj?lp av formlerna (1.15) och (1.18) kan man ber?kna styrkan p? det elektriska f?ltet som skapas inte bara av punktladdningar, utan ocks? av laddade kroppar av vilken form som helst.

laddningst?thet.

Om den laddade kroppen ?r stor och inte kan betraktas som en punktladdning, ber?kna styrkan p? e-postmeddelandet. omr?de f?r en s?dan kropp, ?r det n?dv?ndigt att k?nna till f?rdelningen av laddningar inuti denna kropp. Denna f?rdelning k?nnetecknas av en funktion som kallas volymetrisk densitet av elektriska laddningar. Per definition, bulkladdningst?thet kallad

Laddningsf?rdelningen anses vara k?nd om funktionen r ?r k?nd = r(x,y,z).

Om laddningarna ligger p? ytan, d? ytladdningst?thet

F?rdelningen av laddningar ?ver ytan anses vara k?nd om funktionen s= s(x, y, z) ?r k?nd.

Om avgifterna f?rdelas l?ngs linjen, d? introducerar vi linj?r laddningst?thet, som per definition ?r:

Laddningsf?rdelningen anses vara k?nd om funktionen t =t(x,y,z) ?r k?nd.

§8: Elektriska f?ltlinjer. F?ltstyrka f?r en punktladdning.

Det elektriska f?ltet anses k?nt om intensitetsvektorn vid varje punkt i rymden ?r k?nd. Du kan st?lla in eller representera ett f?lt p? papper antingen analytiskt eller grafiskt med hj?lp av kraftledning.