ประจุบวกและลบบางส่วนเกิดขึ้นได้อย่างไร? ประจุบวกและลบ

ความคิดเห็น: 0

โดยปกติแล้วอะตอมจะมี หมายเลขเดียวกันโปรตอนและอิเล็กตรอน ในกรณีนี้ อะตอมจะมีความเป็นกลางทางไฟฟ้าเนื่องจากโปรตอนที่มีประจุบวกจะมีความสมดุลพอดีโดยอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี อะตอมจะสูญเสียสมดุลทางไฟฟ้าเนื่องจากการสูญเสียหรือการจับตัวของอิเล็กตรอน เมื่ออิเล็กตรอนสูญหายหรือถูกจับ อะตอมจะไม่เป็นกลางอีกต่อไป มีประจุบวกหรือลบ ขึ้นอยู่กับการสูญเสียหรือการจับตัวของอิเล็กตรอน ดังนั้นประจุจึงมีอยู่ในอะตอมเมื่อจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนไม่ตรงกัน

ภายใต้เงื่อนไขบางประการ อะตอมบางอะตอมอาจสูญเสียอิเล็กตรอนจำนวนเล็กน้อยในช่วงเวลาสั้นๆ อิเล็กตรอนของอะตอมของสสารบางชนิด โดยเฉพาะโลหะ สามารถถูกผลักออกจากวงโคจรด้านนอกได้อย่างง่ายดาย อิเล็กตรอนดังกล่าวเรียกว่าอิเล็กตรอนอิสระและวัสดุที่บรรจุอยู่เรียกว่าตัวนำ เมื่ออิเล็กตรอนออกจากอะตอม อะตอมก็จะได้มา ประจุบวกเนื่องจากอิเล็กตรอนที่มีประจุลบถูกกำจัดออกไป ส่งผลให้สมดุลทางไฟฟ้าในอะตอมเสียไป

อะตอมสามารถจับอิเล็กตรอนเพิ่มเติมได้อย่างง่ายดายเช่นเดียวกัน ในกรณีนี้จะมีประจุลบ

ประจุจึงถูกสร้างขึ้นเมื่อมีอิเล็กตรอนหรือโปรตอนมากเกินไปในอะตอม เมื่ออะตอมหนึ่งมีประจุ และอีกอะตอมมีประจุ เครื่องหมายตรงข้ามอิเล็กตรอนสามารถไหลจากอะตอมหนึ่งไปอีกอะตอมหนึ่งได้ การไหลของอิเล็กตรอนนี้เรียกว่ากระแสไฟฟ้า

อะตอมที่สูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอนถือว่าไม่เสถียร อิเล็กตรอนส่วนเกินจะสร้างประจุลบขึ้นมา การขาดอิเล็กตรอนถือเป็นประจุบวก ประจุไฟฟ้ามีปฏิสัมพันธ์กัน ในรูปแบบต่างๆ- อนุภาคที่มีประจุลบสองตัวจะผลักกัน และอนุภาคที่มีประจุบวกก็จะผลักกันด้วยเช่นกัน ประจุสองอันที่มีเครื่องหมายตรงข้ามกันจะดึงดูดกัน กฎของประจุไฟฟ้าระบุว่า: ประจุกับ สัญญาณที่เหมือนกันขับไล่และสิ่งที่ตรงกันข้ามจะดึงดูด 1.2 ทำหน้าที่เป็นภาพประกอบของกฎหมายประจุไฟฟ้า

อะตอมทั้งหมดมีแนวโน้มที่จะคงความเป็นกลางเนื่องจากอิเล็กตรอนในวงโคจรรอบนอกจะผลักอิเล็กตรอนตัวอื่นออกไป อย่างไรก็ตาม วัสดุหลายชนิดสามารถรับประจุบวกหรือลบได้เนื่องจาก อิทธิพลทางกลเช่นแรงเสียดทาน เสียงหวีดที่คุ้นเคยของหวีกำมะถันที่เคลื่อนผ่านเส้นผมในวันที่อากาศแห้งในฤดูหนาวเป็นตัวอย่างหนึ่งของการสร้างประจุไฟฟ้าผ่านการเสียดสี

« ฟิสิกส์ - ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10"

ขั้นแรก ลองพิจารณากรณีที่ง่ายที่สุด เมื่อวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าหยุดนิ่ง

สาขาวิชาพลศาสตร์ไฟฟ้าที่อุทิศให้กับการศึกษาสภาวะสมดุลของวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าเรียกว่า ไฟฟ้าสถิต.

เกิดอะไรขึ้น ค่าไฟฟ้า?
มีค่าธรรมเนียมอะไรบ้าง?

ด้วยคำพูด ค่าไฟฟ้า, ค่าไฟฟ้า, กระแสไฟฟ้า คุณได้พบหลายครั้งและคุ้นเคยกับพวกเขาแล้ว แต่ลองตอบคำถามว่า “ประจุไฟฟ้าคืออะไร” แนวคิดนั้นเอง ค่าใช้จ่าย- นี่เป็นแนวคิดพื้นฐานหลักที่ไม่สามารถลดทอนลงได้ ระดับทันสมัยการพัฒนาความรู้ของเราให้เป็นแนวคิดเบื้องต้นที่เรียบง่ายยิ่งขึ้น

ก่อนอื่นให้เราลองค้นหาว่าข้อความนี้หมายถึงอะไร: “ ร่างกายนี้หรืออนุภาคมีประจุไฟฟ้า”

ร่างกายทั้งหมดถูกสร้างขึ้นจาก อนุภาคเล็กๆซึ่งแบ่งแยกออกเป็นคำที่เรียบง่ายกว่าจึงเรียกว่า ระดับประถมศึกษา.

อนุภาคมูลฐานมีมวลและด้วยเหตุนี้พวกมันจึงถูกดึงดูดซึ่งกันและกันตามกฎหมาย แรงโน้มถ่วงสากล- เมื่อระยะห่างระหว่างอนุภาคเพิ่มขึ้น แรงโน้มถ่วงจะลดลงในสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างนี้ ส่วนใหญ่ อนุภาคมูลฐานแม้ว่าจะไม่ใช่ทั้งหมด แต่ก็มีความสามารถในการโต้ตอบซึ่งกันและกันด้วยแรงที่ลดลงผกผันกับกำลังสองของระยะทาง แต่แรงนี้มากกว่าแรงโน้มถ่วงหลายเท่า

ดังนั้นในอะตอมไฮโดรเจน ดังแสดงแผนผังในรูปที่ 14.1 อิเล็กตรอนถูกดึงดูดเข้าสู่นิวเคลียส (โปรตอน) ด้วยแรง 10 ถึง 39 เท่า มากกว่าแรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วง

หากอนุภาคมีปฏิสัมพันธ์กันด้วยแรงที่ลดลงตามระยะทางที่เพิ่มขึ้นในลักษณะเดียวกับแรงโน้มถ่วงสากล แต่เกินกว่าแรงโน้มถ่วงหลายครั้ง อนุภาคเหล่านี้จะมีประจุไฟฟ้า อนุภาคนั้นเรียกว่า เรียกเก็บเงิน.

มีอนุภาคที่ไม่มีประจุไฟฟ้า แต่ไม่มีประจุไฟฟ้าหากไม่มีอนุภาค

ปฏิกิริยาของอนุภาคที่มีประจุเรียกว่า แม่เหล็กไฟฟ้า.

ประจุไฟฟ้ากำหนดความเข้ม ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นเดียวกับที่มวลเป็นตัวกำหนดความรุนแรงของอันตรกิริยาโน้มถ่วง

ประจุไฟฟ้าของอนุภาคมูลฐานไม่ใช่กลไกพิเศษในอนุภาคที่สามารถดึงออกจากอนุภาคนั้น สลายตัวเป็นส่วนประกอบแล้วประกอบกลับเข้าไปใหม่ การมีประจุไฟฟ้าบนอิเล็กตรอนและอนุภาคอื่นๆ หมายความว่ามีปฏิกิริยาระหว่างแรงบางอย่างเท่านั้น

โดยพื้นฐานแล้ว เราไม่รู้อะไรเลยเกี่ยวกับข้อกล่าวหาหากเราไม่รู้กฎของการมีปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ ความรู้เกี่ยวกับกฎแห่งปฏิสัมพันธ์ควรรวมอยู่ในแนวคิดของเราเกี่ยวกับการเรียกเก็บเงิน กฎหมายเหล่านี้ไม่ใช่เรื่องง่ายและเป็นไปไม่ได้ที่จะสรุปเป็นคำไม่กี่คำ ดังนั้นจึงไม่สามารถให้ความพึงพอใจได้เพียงพอ คำจำกัดความสั้น ๆแนวคิด ค่าไฟฟ้า.

สัญญาณไฟฟ้าสองประการ

ร่างกายทั้งหมดมีมวลจึงดึงดูดกัน วัตถุที่มีประจุสามารถดึงดูดและขับไล่ซึ่งกันและกันได้ นี้ ข้อเท็จจริงที่สำคัญที่สุดคุ้นเคยกับคุณหมายความว่าในธรรมชาติมีอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าของสัญญาณตรงกันข้าม ในกรณีของประจุที่มีสัญลักษณ์เดียวกัน อนุภาคจะผลักกัน และในกรณีที่มีสัญญาณต่างกัน พวกมันก็จะดึงดูดกัน

ประจุของอนุภาคมูลฐาน - โปรตอนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสของอะตอมทั้งหมด เรียกว่า ประจุบวก และประจุ อิเล็กตรอน- เชิงลบ. ไม่มีความแตกต่างภายในระหว่างประจุบวกและประจุลบ หากสัญญาณของประจุของอนุภาคกลับกัน ธรรมชาติของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าจะไม่เปลี่ยนแปลงเลย

ค่าใช้จ่ายเบื้องต้น

นอกจากอิเล็กตรอนและโปรตอนแล้ว ยังมีอนุภาคมูลฐานที่มีประจุอีกหลายประเภท แต่มีเพียงอิเล็กตรอนและโปรตอนเท่านั้นที่สามารถดำรงอยู่ในสถานะอิสระได้อย่างไม่มีกำหนด อนุภาคที่มีประจุที่เหลือมีชีวิตอยู่ได้น้อยกว่าหนึ่งในล้านวินาที พวกมันถือกำเนิดขึ้นในระหว่างการชนกันของอนุภาคมูลฐานเร็ว และดำรงอยู่ในช่วงเวลาสั้น ๆ ที่ไม่มีนัยสำคัญ ก็สลายตัว และกลายเป็นอนุภาคอื่น ๆ คุณจะคุ้นเคยกับอนุภาคเหล่านี้ในเกรด 11

อนุภาคที่ไม่มีประจุไฟฟ้า ได้แก่ นิวตรอน- มวลของมันมากกว่ามวลของโปรตอนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น นิวตรอนและโปรตอนเป็นส่วนหนึ่งของ นิวเคลียสของอะตอม- หากอนุภาคมูลฐานมีประจุ ค่าของมันจะถูกกำหนดอย่างเคร่งครัด

ร่างกายที่ถูกเรียกเก็บเงินแรงแม่เหล็กไฟฟ้าในธรรมชาติมีบทบาทอย่างมากเนื่องจากวัตถุทั้งหมดมีอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ส่วนประกอบของอะตอม - นิวเคลียสและอิเล็กตรอน - มีประจุไฟฟ้า

การกระทำโดยตรง แรงแม่เหล็กไฟฟ้าตรวจไม่พบระหว่างร่างกาย เนื่องจากร่างกายในสภาวะปกติมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า

อะตอมของสารใดๆ ก็ตามมีความเป็นกลาง เนื่องจากจำนวนอิเล็กตรอนในนั้นเท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส อนุภาคที่มีประจุบวกและประจุลบจะเกาะติดกัน กองกำลังไฟฟ้าและสร้างระบบที่เป็นกลาง

ร่างกายที่มองเห็นด้วยตาเปล่าจะมีประจุไฟฟ้าหากมีอนุภาคมูลฐานมากเกินไปและมีประจุใดๆ ก็ตาม ดังนั้นประจุลบของร่างกายจึงเกิดจากจำนวนอิเล็กตรอนที่มากเกินไปเมื่อเทียบกับจำนวนโปรตอน และประจุบวกเกิดจากการขาดอิเล็กตรอน

เพื่อให้ได้วัตถุที่มีขนาดมหึมาซึ่งมีประจุไฟฟ้า กล่าวคือ เพื่อทำให้เกิดไฟฟ้า จำเป็นต้องแยกประจุลบออกจากประจุบวกที่เกี่ยวข้องกัน หรือถ่ายโอนประจุลบไปยังวัตถุที่เป็นกลาง

ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้แรงเสียดทาน หากคุณสางผมแห้ง ส่วนเล็กๆ ของอนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่มากที่สุดซึ่งก็คืออิเล็กตรอนจะเคลื่อนจากเส้นผมไปยังหวีและประจุประจุลบ และเส้นผมก็จะชาร์จประจุบวก

ความเท่าเทียมกันของประจุระหว่างการใช้ไฟฟ้า

ด้วยความช่วยเหลือของการทดลอง สามารถพิสูจน์ได้ว่าเมื่อถูกไฟฟ้าด้วยแรงเสียดทาน วัตถุทั้งสองได้รับประจุที่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม แต่มีขนาดเท่ากัน

ลองใช้อิเล็กโทรมิเตอร์บนแกนซึ่งมีทรงกลมโลหะมีรูและแผ่นสองอันบนด้ามจับยาว: อันหนึ่งทำจากยางแข็งและอีกอันทำจากลูกแก้ว เมื่อถูกัน จานจะเกิดไฟฟ้า

ลองนำแผ่นเปลือกโลกแผ่นหนึ่งเข้าไปในทรงกลมโดยไม่ต้องสัมผัสผนัง หากเพลตมีประจุบวก อิเล็กตรอนบางส่วนจากเข็มและก้านของอิเล็กโตรมิเตอร์จะถูกดึงดูดไปที่เพลตและสะสมไว้ พื้นผิวด้านในทรงกลม ในเวลาเดียวกัน ลูกศรจะถูกชาร์จประจุบวกและจะถูกผลักออกจากแท่งอิเล็กโทรมิเตอร์ (รูปที่ 14.2, a)

หากคุณนำแผ่นอีกแผ่นเข้าไปในทรงกลมโดยเอาแผ่นแรกออกก่อน จากนั้นอิเล็กตรอนของทรงกลมและแกนจะถูกผลักออกจากแผ่นและจะสะสมเกินที่ลูกศร ซึ่งจะทำให้ลูกศรเบี่ยงเบนไปจากแกนและทำมุมเดียวกันกับการทดลองครั้งแรก

เมื่อลดแผ่นทั้งสองลงในทรงกลมแล้ว เราจะตรวจไม่พบการเบี่ยงเบนของลูกศรเลย (รูปที่ 14.2, b) นี่พิสูจน์ว่าประจุของแผ่นเปลือกโลกมีขนาดเท่ากันและมีเครื่องหมายตรงกันข้าม

กระแสไฟฟ้าของร่างกายและอาการของมันการเกิดกระแสไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญเกิดขึ้นระหว่างการเสียดสีของผ้าใยสังเคราะห์ เมื่อคุณถอดเสื้อที่ทำจากวัสดุสังเคราะห์ออกไปในอากาศแห้ง คุณจะได้ยินเสียงแคร็กที่มีลักษณะเฉพาะ ประกายไฟขนาดเล็กกระโดดไปมาระหว่างบริเวณที่มีประจุของพื้นผิวที่ถู

ในโรงพิมพ์ กระดาษจะถูกไฟฟ้าระหว่างการพิมพ์และแผ่นกระดาษจะติดกัน เพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้น มีการใช้อุปกรณ์พิเศษเพื่อระบายประจุ อย่างไรก็ตาม บางครั้งมีการใช้กระแสไฟฟ้าของวัตถุที่มีการสัมผัสใกล้ชิด เช่น ในการติดตั้งเครื่องถ่ายเอกสารด้วยไฟฟ้าต่างๆ เป็นต้น

กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า

ประสบการณ์กับการใช้พลังงานไฟฟ้าของแผ่นพิสูจน์ว่าในระหว่างการใช้พลังงานไฟฟ้าโดยแรงเสียดทาน การกระจายประจุที่มีอยู่ใหม่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่เป็นกลางก่อนหน้านี้ อิเล็กตรอนส่วนเล็กๆ เคลื่อนที่จากร่างหนึ่งไปยังอีกร่างหนึ่ง ในกรณีนี้อนุภาคใหม่จะไม่ปรากฏขึ้นและอนุภาคที่มีอยู่แล้วจะไม่หายไป

เมื่อร่างกายถูกไฟฟ้าดูด กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า- กฎหมายนี้ใช้ได้สำหรับระบบที่อนุภาคมีประจุไม่เข้ามาจากภายนอกและจากที่พวกมันไม่ออกไปนั่นคือ สำหรับ ระบบแยก.

ในระบบที่แยกออกจากกัน ผลรวมพีชคณิตประจุของศพทั้งหมดได้รับการอนุรักษ์ไว้

คิว 1 + คิว 2 + คิว 3 + ... + คิว n = const (14.1)

โดยที่ q 1, q 2 ฯลฯ เป็นประจุของวัตถุที่มีประจุแต่ละก้อน

กฎการอนุรักษ์ประจุมี ความหมายลึกซึ้ง- หากจำนวนอนุภาคมูลฐานที่มีประจุไม่เปลี่ยนแปลง การปฏิบัติตามกฎหมายอนุรักษ์ประจุก็ชัดเจน แต่อนุภาคมูลฐานสามารถแปลงร่างกัน เกิดและหายไป ทำให้อนุภาคใหม่มีชีวิตได้

อย่างไรก็ตาม ในทุกกรณี อนุภาคที่มีประจุจะเกิดเป็นคู่ที่มีประจุขนาดเท่ากันและมีเครื่องหมายตรงกันข้ามเท่านั้น อนุภาคที่มีประจุก็หายไปเป็นคู่เท่านั้นและกลายเป็นอนุภาคที่เป็นกลาง และในกรณีทั้งหมดนี้ ผลรวมเชิงพีชคณิตของประจุจะยังคงเท่าเดิม

ความถูกต้องของกฎการอนุรักษ์ประจุได้รับการยืนยันโดยการสังเกตการเปลี่ยนแปลงจำนวนมากของอนุภาคมูลฐาน กฎหมายฉบับนี้แสดงถึงคุณสมบัติพื้นฐานที่สุดประการหนึ่งของประจุไฟฟ้า ยังไม่ทราบสาเหตุของการอนุรักษ์ประจุ

คำว่าไฟฟ้ามาจากชื่อกรีกที่แปลว่าอำพัน ελεκτρον .
อำพันเป็นเรซินฟอสซิลของต้นสน คนโบราณสังเกตว่าถ้าคุณใช้ผ้าถูอำพัน มันจะดึงดูดวัตถุที่สว่างหรือฝุ่นเข้ามา ปรากฏการณ์นี้ซึ่งเราเรียกว่าไฟฟ้าสถิตในปัจจุบัน สามารถสังเกตได้โดยการถูไม้มะเกลือหรือแท่งแก้ว หรือเพียงแค่ใช้ผ้าเช็ดไม้บรรทัดพลาสติก

ไม้บรรทัดพลาสติกซึ่งถูด้วยกระดาษเช็ดปากอย่างทั่วถึงจะดึงดูดกระดาษชิ้นเล็ก ๆ (รูปที่ 22.1) อันดับไฟฟ้าสถิตย์ คุณอาจสังเกตเห็นขณะหวีผมหรือถอดเสื้อหรือเสื้อเชิ้ตไนลอนออก เป็นไปได้ว่าคุณรู้สึกการสัมผัสที่จับประตูโลหะหลังจากลงจากเบาะรถยนต์หรือเดินบนพรมสังเคราะห์ ในกรณีทั้งหมดนี้ วัตถุจะได้รับประจุไฟฟ้าผ่านการเสียดสี พวกเขากล่าวว่าการใช้พลังงานไฟฟ้าเกิดขึ้นจากแรงเสียดทาน

ค่าไฟฟ้าทั้งหมดเท่ากันหรือมีหลายประเภท? ปรากฎว่ามีประจุไฟฟ้าอยู่ 2 ประเภท ซึ่งสามารถพิสูจน์ได้ดังนี้ ประสบการณ์ที่เรียบง่าย- แขวนไม้บรรทัดพลาสติกไว้ตรงกลางด้ายแล้วใช้ผ้าถูให้ทั่ว หากเรานำไม้บรรทัดไฟฟ้าอีกอันมาด้วย เราจะพบว่าผู้ปกครองผลักกัน (รูปที่ 22.2, ก)
ในทำนองเดียวกันเมื่อนำแท่งแก้วไฟฟ้าอีกอันมารวมกันเราจะสังเกตการผลักกันของมัน (รูปที่ 22.2,6) หากนำแท่งแก้วที่มีประจุไปที่ไม้บรรทัดพลาสติกที่ใช้ไฟฟ้า แท่งแก้วจะถูกดึงดูด (รูปที่ 22.2, c) ไม้บรรทัดดูเหมือนจะมีประจุที่แตกต่างจากแท่งแก้ว
มีการทดลองพบว่าวัตถุที่มีประจุทั้งหมดถูกแบ่งออกเป็นสองประเภท: วัตถุนั้นถูกดึงดูดด้วยพลาสติกและถูกผลักด้วยแก้ว หรือในทางกลับกัน วัตถุที่ถูกผลักด้วยพลาสติกและถูกดึงดูดด้วยแก้ว ดูเหมือนจะมีประจุสองประเภท ประจุประเภทเดียวกันจะผลักกัน และประจุ ประเภทต่างๆถูกดึงดูด เราบอกว่าเหมือนประจุผลักไส และประจุต่างดึงดูดกัน

อเมริกัน รัฐบุรุษนักปรัชญาและนักวิทยาศาสตร์ เบนจามิน แฟรงคลิน (ค.ศ. 1706-1790) เรียกประจุทั้งสองประเภทนี้ว่าเป็นบวกและลบ มันไม่ได้สร้างความแตกต่างอย่างแน่นอนในการโทร
แฟรงคลินเสนอว่าประจุของแท่งแก้วที่ถูกไฟฟ้าถือเป็นประจุบวก ในกรณีนี้ ประจุที่ปรากฏบนไม้บรรทัดพลาสติก (หรือสีเหลืองอำพัน) จะเป็นค่าลบ ข้อตกลงนี้ยังคงปฏิบัติตามมาจนถึงทุกวันนี้

ทฤษฎีไฟฟ้าของแฟรงคลินมีผลกับแนวคิด "ของเหลวเดียว" โดยมองว่าประจุบวกคือส่วนเกินของ "ของเหลวไฟฟ้า" ที่เกินกว่าปริมาณปกติในวัตถุที่กำหนด และประจุลบคือประจุขาด แฟรงคลินแย้งว่า เมื่อผลของกระบวนการบางอย่าง ประจุบางอย่างเกิดขึ้นในวัตถุหนึ่ง ประจุจำนวนเท่ากันของประจุประเภทตรงข้ามก็จะเกิดขึ้นพร้อมกันในอีกวัตถุหนึ่งด้วย ดังนั้นจึงควรเข้าใจชื่อ "บวก" และ "เชิงลบ" ความรู้สึกเกี่ยวกับพีชคณิตดังนั้นประจุทั้งหมดที่ร่างกายได้รับในกระบวนการใดๆ จะเป็นศูนย์เสมอ

ตัวอย่างเช่น เมื่อไม้บรรทัดพลาสติกถูด้วยกระดาษเช็ดปาก ไม้บรรทัดจะมีประจุลบ และผ้าเช็ดปากจะมีประจุบวกเท่ากัน มีการแยกประจุ แต่ผลรวมเป็นศูนย์
ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นถึงการสถาปนาอย่างมั่นคง กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้าซึ่งอ่านว่า:

ประจุไฟฟ้าทั้งหมดที่เกิดจากกระบวนการใดๆ จะเป็นศูนย์

ไม่เคยมีการเบี่ยงเบนจากกฎนี้ดังนั้นเราจึงสามารถพิจารณาได้ว่ามีการจัดตั้งขึ้นอย่างมั่นคงเช่นเดียวกับกฎการอนุรักษ์พลังงานและโมเมนตัม

ประจุไฟฟ้าในอะตอม

เฉพาะในศตวรรษที่ผ่านมาเท่านั้นที่ชัดเจนว่าสาเหตุของการมีอยู่ของประจุไฟฟ้านั้นอยู่ในอะตอมนั่นเอง ต่อมาเราจะหารือเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมและการพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับมันโดยละเอียด ที่นี่เราจะพูดคุยสั้น ๆ เกี่ยวกับแนวคิดหลักที่จะช่วยให้เราเข้าใจธรรมชาติของไฟฟ้าได้ดีขึ้น

โดย ความคิดที่ทันสมัยอะตอม (ค่อนข้างง่าย) ประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกหนักซึ่งล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนที่มีประจุลบหนึ่งตัวหรือมากกว่า
ใน อยู่ในสภาพดีประจุบวกและลบในอะตอมมีขนาดเท่ากัน และอะตอมโดยรวมมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม อะตอมสามารถสูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอนตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป จากนั้นประจุของมันจะเป็นบวกหรือลบ และอะตอมดังกล่าวเรียกว่าไอออน

ในของแข็ง นิวเคลียสสามารถสั่นสะเทือนโดยคงอยู่ใกล้ตำแหน่งคงที่ ในขณะที่อิเล็กตรอนบางตัวเคลื่อนที่อย่างอิสระโดยสมบูรณ์ กระแสไฟฟ้าจากแรงเสียดทานสามารถอธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่า สารต่างๆนิวเคลียสจับอิเล็กตรอนที่มีจุดแข็งต่างกัน
เมื่อไม้บรรทัดพลาสติกถูด้วยกระดาษเช็ดปากมีประจุลบ หมายความว่ามีอิเล็กตรอนเข้ามา กระดาษเช็ดปากยังคงอ่อนแอกว่าพลาสติก และบางส่วนก็ถ่ายโอนจากผ้าเช็ดปากไปยังไม้บรรทัด ประจุบวกของผ้าเช็ดปากมีขนาดเท่ากับประจุลบที่ไม้บรรทัดได้รับ

โดยทั่วไปแล้ว วัตถุที่เกิดไฟฟ้าจากแรงเสียดทานจะกักประจุไว้เพียงชั่วระยะเวลาหนึ่งและกลับสู่สถานะเป็นกลางทางไฟฟ้าในที่สุด ค่าธรรมเนียมไปไหน? มัน “ระบาย” ไปยังโมเลกุลของน้ำที่มีอยู่ในอากาศ
ความจริงก็คือโมเลกุลของน้ำนั้นมีขั้ว: แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วพวกมันจะเป็นกลางทางไฟฟ้า แต่ประจุในนั้นก็ไม่กระจายสม่ำเสมอ (รูปที่ 22.3) ดังนั้นอิเล็กตรอนส่วนเกินจากไม้บรรทัดที่ถูกไฟฟ้าจะ "ระบาย" ไปในอากาศและถูกดึงดูดไปยังบริเวณที่มีประจุบวกของโมเลกุลน้ำ
ในทางกลับกัน ประจุบวกของวัตถุจะถูกทำให้เป็นกลางโดยอิเล็กตรอน ซึ่งถูกกักไว้อย่างอ่อนโดยโมเลกุลของน้ำในอากาศ ในสภาพอากาศแห้ง อิทธิพลของไฟฟ้าสถิตจะเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น: อากาศประกอบด้วย โมเลกุลน้อยลงน้ำและประจุไม่ระบายเร็วนัก ในสภาพอากาศชื้นและมีฝนตก อุปกรณ์จะไม่สามารถเก็บประจุไว้ได้นาน

ฉนวนและตัวนำ

ให้มีลูกบอลโลหะสองลูก ลูกหนึ่งมีประจุสูงและอีกลูกมีประจุเป็นกลางทางไฟฟ้า ถ้าเราเชื่อมต่อพวกมันด้วยตะปูเหล็ก ลูกบอลที่ไม่มีประจุจะได้รับประจุไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว ถ้าเราสัมผัสลูกบอลทั้งสองพร้อมกันด้วยแท่งไม้หรือชิ้นยาง ลูกบอลที่ไม่มีประจุก็จะไม่มีประจุ สสารเช่นเหล็กเรียกว่าตัวนำไฟฟ้า ไม้และยางเรียกว่าไม่ใช่ตัวนำหรือฉนวน

โดยทั่วไปแล้วโลหะจะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี สารอื่นๆ ส่วนใหญ่เป็นฉนวน (แต่ฉนวนนำไฟฟ้าได้เพียงเล็กน้อย) เป็นเรื่องที่น่าสนใจเกือบทุกคน วัสดุธรรมชาติจัดอยู่ในหนึ่งในสองหมวดหมู่ที่แตกต่างกันอย่างมาก
อย่างไรก็ตาม มีสารต่างๆ (ซึ่งควรกล่าวถึงซิลิคอน เจอร์เมเนียม และคาร์บอน) ที่อยู่ในประเภทสื่อกลาง (แต่ยังแยกออกจากกันอย่างมาก) พวกเขาเรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์

จากมุมมอง ทฤษฎีอะตอมอิเล็กตรอนในฉนวนจะจับกับนิวเคลียสอย่างแน่นหนา ในขณะที่ในตัวนำ อิเล็กตรอนจำนวนมากจะเกาะกันอย่างหลวมๆ และสามารถเคลื่อนที่ภายในสารได้อย่างอิสระ
เมื่อวัตถุที่มีประจุบวกถูกนำเข้ามาใกล้หรือสัมผัสตัวนำ อิเล็กตรอนอิสระจะเคลื่อนที่เข้าหาประจุบวกอย่างรวดเร็ว หากวัตถุมีประจุลบ ในทางกลับกัน อิเล็กตรอนก็มีแนวโน้มที่จะเคลื่อนตัวออกห่างจากวัตถุนั้น ในเซมิคอนดักเตอร์มีอิเล็กตรอนอิสระน้อยมากและในฉนวนนั้นแทบไม่มีเลย

ค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้น อิเล็กทรอสโคป

ลองนำวัตถุโลหะที่มีประจุบวกไปยังวัตถุโลหะ (เป็นกลาง) อีกอันหนึ่ง

เมื่อสัมผัสกัน อิเล็กตรอนอิสระของวัตถุที่เป็นกลางจะถูกดึงดูดไปยังประจุที่มีประจุบวก และบางส่วนจะถ่ายโอนไปยังอิเล็กตรอนนั้น เนื่องจากวัตถุที่สองขาดอิเล็กตรอนที่มีประจุลบจำนวนหนึ่ง จึงได้รับประจุบวก กระบวนการนี้เรียกว่าการใช้พลังงานไฟฟ้าเนื่องจากการนำไฟฟ้า

ตอนนี้ให้เรานำวัตถุที่มีประจุบวกเข้ามาใกล้กับแท่งโลหะที่เป็นกลาง แต่เพื่อไม่ให้วัตถุสัมผัสกัน แม้ว่าอิเล็กตรอนจะไม่ออกจากแท่งโลหะ แต่พวกมันก็จะเคลื่อนที่ไปยังวัตถุที่มีประจุ ประจุบวกจะเกิดขึ้นที่ปลายอีกด้านของแท่ง (รูปที่ 22.4) ในกรณีนี้ ว่ากันว่ามีประจุเกิดขึ้น (หรือถูกเหนี่ยวนำ) ที่ปลายแท่งโลหะ แน่นอนว่าไม่มีประจุใหม่เกิดขึ้น: ประจุแยกจากกัน แต่โดยรวมแล้วแท่งยังคงเป็นกลางทางไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม หากตอนนี้เราตัดไม้วัดตามขวางตรงกลาง เราก็จะได้วัตถุที่มีประจุสองอัน อันหนึ่งมีประจุลบ อีกอันมีประจุบวก

คุณยังสามารถจ่ายประจุให้กับวัตถุที่เป็นโลหะได้ด้วยการต่อสายไฟเข้ากับพื้น (หรือเช่นกับท่อน้ำที่ลงดิน) ดังแสดงในรูปที่ 1 22.5 ก. มีการกล่าวกันว่าวัตถุดังกล่าวถูกต่อสายดิน ด้วยขนาดที่ใหญ่โตของมัน โลกจึงรับและให้อิเล็กตรอนไป มันทำหน้าที่เป็นแหล่งกักเก็บประจุ หากคุณนำวัตถุที่มีประจุเข้ามาใกล้โลหะอิเล็กตรอนอิสระของโลหะจะถูกผลักไสและหลายตัวจะไปตามเส้นลวดลงสู่พื้น (รูปที่ 22.5,6) โลหะจะมีประจุบวก หากคุณถอดสายไฟออก ประจุบวกเหนี่ยวนำจะยังคงอยู่บนโลหะ แต่ถ้าคุณทำเช่นนี้หลังจากนำวัตถุที่มีประจุลบออกจากโลหะแล้ว อิเล็กตรอนทั้งหมดจะมีเวลาที่จะกลับคืนมา และโลหะจะยังคงเป็นกลางทางไฟฟ้า

อิเล็กโทรสโคป (หรืออิเล็กโตรมิเตอร์ธรรมดา) ใช้ในการตรวจจับประจุไฟฟ้า

ดังที่เห็นได้จากรูป ตามมาตรา 22.6 ประกอบด้วยลำตัว ซึ่งภายในมีใบไม้สองใบที่ขยับได้ ซึ่งมักทำด้วยทองคำ (บางครั้งสามารถเคลื่อนย้ายใบไม้ได้เพียงใบเดียว) ใบไม้จะติดอยู่บนแท่งโลหะ ซึ่งหุ้มฉนวนจากลำตัวและปลายด้านนอกด้วยลูกบอลโลหะ หากคุณนำวัตถุที่มีประจุเข้าใกล้ลูกบอล จะมีการแยกประจุออกจากแกน (รูปที่ 22.7, a) ใบไม้จะมีประจุคล้ายกันและผลักกันดังแสดงในรูป

คุณสามารถชาร์จแท่งได้อย่างสมบูรณ์เนื่องจากค่าการนำไฟฟ้า (รูปที่ 22.7, b) ไม่ว่าในกรณีใด ยิ่งมีประจุมากเท่าใด ใบไม้ก็จะยิ่งแยกออกมากขึ้นเท่านั้น

อย่างไรก็ตาม โปรดทราบว่าไม่สามารถระบุสัญลักษณ์ของประจุได้ด้วยวิธีนี้ ประจุลบจะแยกใบไม้ที่มีระยะห่างเท่ากันทุกประการกับประจุบวกที่เท่ากัน และยังสามารถใช้อิเล็กโทรสโคปเพื่อระบุสัญญาณของประจุได้ สำหรับสิ่งนี้ จะต้องให้แท่งประจุลบก่อน (รูปที่ 22.8, a) หากตอนนี้คุณนำวัตถุที่มีประจุลบไปที่ลูกบอลอิเล็กโทรสโคป (รูปที่ 22.8,6) อิเล็กตรอนเพิ่มเติมจะเคลื่อนที่ไปที่ใบและพวกมันจะแยกออกจากกันมากขึ้น ในทางตรงกันข้ามหากมีประจุบวกไปที่ลูกบอล อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ออกจากใบและพวกมันจะเข้ามาใกล้มากขึ้น (รูปที่ 22.8, c) เนื่องจากประจุลบจะลดลง

อิเล็กโทรสโคปถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในช่วงเริ่มต้นของวิศวกรรมไฟฟ้า อิเล็กโทรมิเตอร์สมัยใหม่ที่มีความไวสูงทำงานบนหลักการเดียวกันเมื่อใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์

สิ่งพิมพ์นี้มีพื้นฐานมาจากหนังสือของ D. Giancoli "ฟิสิกส์ในสองเล่ม" พ.ศ. 2527 เล่มที่ 2

ที่จะดำเนินต่อไป สั้น ๆ เกี่ยวกับสิ่งพิมพ์ต่อไปนี้:

ความแข็งแกร่ง เอฟโดยที่วัตถุมีประจุอันหนึ่งกระทำกับวัตถุมีประจุอีกอันหนึ่ง จะเป็นสัดส่วนกับผลคูณของประจุนั้น ถาม 1 และ ถาม 2 และแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง รระหว่างพวกเขา

ความคิดเห็นและข้อเสนอแนะได้รับการยอมรับและยินดีต้อนรับ!

3.1. ค่าไฟฟ้า

แม้แต่ในสมัยโบราณ ผู้คนสังเกตเห็นว่าชิ้นอำพันที่สวมด้วยขนสัตว์เริ่มดึงดูดวัตถุขนาดเล็กต่างๆ เช่น ฝุ่นละออง ด้าย และอื่นๆ คุณสามารถเห็นได้ง่าย ๆ ด้วยตัวคุณเองว่าหวีพลาสติกที่ถูกับผมของคุณเริ่มดึงดูดกระดาษชิ้นเล็ก ๆ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การใช้พลังงานไฟฟ้าและแรงที่กระทำในกรณีนี้คือ กองกำลังไฟฟ้า- ทั้งสองชื่อมาจาก คำภาษากรีก"อิเล็กตรอน" ซึ่งหมายถึง "อำพัน"
เมื่อถูหวีกับผมหรือไม้กำมะถันบนวัตถุที่เป็นขนสัตว์ กำลังชาร์จพวกมันก่อตัว ค่าไฟฟ้า- วัตถุที่มีประจุจะมีปฏิกิริยาต่อกันและแรงไฟฟ้าเกิดขึ้นระหว่างวัตถุเหล่านั้น
ไม่เพียงแต่ของแข็งเท่านั้น แต่ยังรวมถึงของเหลวและแม้แต่ก๊าซที่ทำให้เกิดไฟฟ้าได้ด้วยแรงเสียดทาน
เมื่อร่างกายถูกไฟฟ้า สสารที่ประกอบเป็นร่างกายที่ถูกไฟฟ้าจะไม่เปลี่ยนเป็นสารอื่น ดังนั้นการใช้พลังงานไฟฟ้าจึงเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพ
มีอยู่สองคน ชนิดที่แตกต่างกันค่าไฟฟ้า ค่อนข้างจะตั้งชื่อตามอำเภอใจ " เชิงบวก"ชาร์จและ " เชิงลบ"ค่าใช้จ่าย (และใคร ๆ ก็สามารถเรียกพวกมันว่า "ดำ" และ "ขาว" หรือ "สวยงาม" และ "แย่มาก" หรืออย่างอื่น)
มีประจุบวกเรียกวัตถุที่กระทำกับวัตถุที่มีประจุอื่น ๆ ในลักษณะเดียวกับแก้วที่เกิดไฟฟ้าจากการเสียดสีกับไหม
มีประจุลบเรียกวัตถุที่กระทำกับวัตถุที่มีประจุอื่นๆ ในลักษณะเดียวกับขี้ผึ้งปิดผนึกที่เกิดจากแรงเสียดทานบนขนสัตว์
คุณสมบัติหลักของวัตถุและอนุภาคที่มีประจุ: วัตถุที่มีประจุและอนุภาคน่าจะผลักกัน และวัตถุที่มีประจุตรงข้ามจะดึงดูดกัน ในการทดลองกับแหล่งที่มาของประจุไฟฟ้า คุณจะได้ทำความคุ้นเคยกับคุณสมบัติอื่นๆ ของประจุเหล่านี้: ประจุสามารถ "ไหล" จากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง สะสม การปล่อยประจุไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างวัตถุที่มีประจุ และอื่นๆ คุณจะศึกษาคุณสมบัติเหล่านี้โดยละเอียดในหลักสูตรฟิสิกส์

3.2. กฎของคูลอมบ์

ค่าไฟฟ้า ( ถามหรือ ถาม) คือปริมาณทางกายภาพ ซึ่งอาจมากหรือน้อยก็ได้ จึงสามารถวัดได้ แต่นักฟิสิกส์ยังไม่สามารถเปรียบเทียบประจุระหว่างกันโดยตรงได้ ดังนั้น พวกเขาจึงไม่ได้เปรียบเทียบประจุเอง แต่เปรียบเทียบผลกระทบที่วัตถุที่มีประจุมีต่อกัน หรือต่อวัตถุอื่น เช่น แรงที่วัตถุที่มีประจุหนึ่งกระทำต่ออีกวัตถุหนึ่ง

แรง (F) ที่กระทำต่อวัตถุที่มีประจุสองจุดแต่ละจุดนั้นมีทิศทางตรงกันข้ามในเส้นตรงที่เชื่อมวัตถุเหล่านี้ ค่าของพวกมันเท่ากันซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของประจุของวัตถุเหล่านี้ (q 1 ) และ (ถาม 2 ) และแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่าง (l) ระหว่างพวกมัน

ความสัมพันธ์นี้เรียกว่า "กฎของคูลอมบ์" เพื่อเป็นเกียรติแก่นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Charles Coulomb (1763-1806) ผู้ค้นพบมันในปี 1785 การพึ่งพาแรงคูลอมบ์บนเครื่องหมายของประจุและระยะห่างระหว่างวัตถุที่มีประจุ ซึ่งมีความสำคัญที่สุดสำหรับวิชาเคมี แสดงไว้อย่างชัดเจนในรูปที่ 1 3.1.

หน่วยวัดประจุไฟฟ้าคือคูลอมบ์ (คำจำกัดความในวิชาฟิสิกส์) ประจุ 1 C ไหลผ่านหลอดไฟขนาด 100 วัตต์ในเวลาประมาณ 2 วินาที (ที่แรงดันไฟฟ้า 220 V)

3.3. ประจุไฟฟ้าเบื้องต้น

ถึง ปลาย XIXศตวรรษ ธรรมชาติของไฟฟ้ายังคงไม่ชัดเจน แต่การทดลองจำนวนมากทำให้นักวิทยาศาสตร์สรุปว่าขนาดของประจุไฟฟ้าไม่สามารถเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องได้ พบว่ามีกระแสไฟฟ้าส่วนที่เล็กที่สุดและแบ่งแยกไม่ได้อีก ประจุในส่วนนี้เรียกว่า "ประจุไฟฟ้าเบื้องต้น" (แสดงด้วยตัวอักษร จ- กลายเป็น 1.6 เกรด 10–19 นี่เป็นค่าที่น้อยมาก - ประจุไฟฟ้าพื้นฐานเกือบ 3 พันล้านพันล้านประจุผ่านไส้หลอดของหลอดไฟเดียวกันภายใน 1 วินาที
ประจุใดๆ จะเป็นจำนวนเท่าของประจุไฟฟ้าเบื้องต้น ดังนั้นจึงสะดวกที่จะใช้ประจุไฟฟ้าเบื้องต้นเป็นหน่วยวัดสำหรับประจุขนาดเล็ก ดังนั้น,

1จ= 1.6 เกรด 10–19

บน ช่วงเปลี่ยนผ่านของศตวรรษที่ 19และในศตวรรษที่ 20 นักฟิสิกส์ตระหนักว่าพาหะของประจุไฟฟ้าลบเบื้องต้นนั้นคืออนุภาคขนาดเล็กที่เรียกว่า อิเล็กตรอน(โจเซฟ จอห์น ทอมสัน, 1897) พาหะของประจุบวกเบื้องต้นคืออนุภาคขนาดเล็กที่เรียกว่า โปรตอน- ถูกค้นพบในภายหลังเล็กน้อย (Ernest Rutherford, 1919) ในเวลาเดียวกันได้รับการพิสูจน์แล้วว่าประจุไฟฟ้าเบื้องต้นที่เป็นบวกและลบมีค่าเท่ากันในค่าสัมบูรณ์

ดังนั้นประจุไฟฟ้าเบื้องต้นจึงเป็นประจุของโปรตอน
คุณจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับคุณลักษณะอื่นๆ ของอิเล็กตรอนและโปรตอนในบทถัดไป

แม้ว่าองค์ประกอบของวัตถุทางกายภาพจะรวมถึงอนุภาคที่มีประจุด้วย แต่ในสภาวะปกติร่างกายจะไม่มีประจุหรือ เป็นกลางทางไฟฟ้า- อนุภาคที่ซับซ้อนจำนวนมาก เช่น อะตอมหรือโมเลกุล ก็มีความเป็นกลางทางไฟฟ้าเช่นกัน ประจุรวมของอนุภาคหรือวัตถุดังกล่าวกลายเป็นศูนย์ เนื่องจากจำนวนอิเล็กตรอนและจำนวนโปรตอนที่รวมอยู่ในองค์ประกอบของอนุภาคหรือวัตถุนั้นเท่ากัน

วัตถุหรืออนุภาคจะมีประจุหากประจุไฟฟ้าถูกแยกออกจากกัน: บนวัตถุหนึ่ง (หรืออนุภาค) มีประจุไฟฟ้าส่วนเกินของสัญญาณหนึ่งและอีกสัญญาณหนึ่ง - ของอีกสัญญาณหนึ่ง ในปรากฏการณ์ทางเคมี ประจุไฟฟ้าของเครื่องหมายใดเครื่องหมายหนึ่ง (บวกหรือลบ) ไม่สามารถปรากฏหรือหายไปได้ เนื่องจากพาหะของประจุไฟฟ้าเบื้องต้นของเครื่องหมายเดียวไม่สามารถปรากฏหรือหายไปได้

ประจุไฟฟ้าบวก ประจุไฟฟ้าลบ คุณสมบัติพื้นฐานของวัตถุและอนุภาคที่มีประจุ กฎของคูลอมบ์ ประจุไฟฟ้าเบื้องต้น
1.ผ้าไหมจะชาร์จอย่างไรเมื่อถูกับกระจก? แล้วขนสัตว์เมื่อถูกับแวกซ์ซีลล่ะ?
2. ประจุไฟฟ้าเบื้องต้นมีกี่คูลอมบ์?
3. หาแรงดึงดูดระหว่างวัตถุทั้งสองที่มีประจุ +2 C และ –3 C ซึ่งอยู่ห่างจากกัน 0.15 เมตร
4. วัตถุสองชิ้นที่มีประจุ +0.2 C และ –0.2 C อยู่ห่างกัน 1 ซม. กำหนดแรงที่พวกมันดึงดูด
5. อนุภาคสองตัวที่พากันผลักกันด้วยแรงอะไร? ค่าใช้จ่ายเดียวกันเท่ากับ +3 จและอยู่ห่างจาก 2 E? ค่าคงที่ในสมการของกฎคูลอมบ์ เค= 9. 10 9 น. ม. 2 / Cl 2
6. อิเล็กตรอนดึงดูดโปรตอนด้วยแรงเท่าใดหากระยะห่างระหว่างพวกมันคือ 0.53 E? แล้วโปรตอนถึงอิเล็กตรอนล่ะ?
7. ลูกบอลที่มีประจุเหมือนกันสองลูกเชื่อมต่อกันด้วยด้ายที่ไม่นำไฟฟ้า ด้ายตรงกลางได้รับการแก้ไขอย่างแน่นหนา วาดว่าลูกบอลเหล่านี้จะอยู่ในอวกาศอย่างไรภายใต้เงื่อนไขที่สามารถละเลยแรงโน้มถ่วงได้
8. ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน ลูกบอลที่เหมือนกันสามลูกซึ่งผูกด้วยด้ายที่มีความยาวเท่ากันกับที่รองรับหนึ่งลูกจะอยู่ในอวกาศได้อย่างไร? แล้วสี่ล่ะ?
การทดลองแรงดึงดูดและแรงผลักของวัตถุที่มีประจุ

ค่าไฟฟ้า– ปริมาณทางกายภาพที่แสดงคุณลักษณะความสามารถของวัตถุในการเข้าสู่ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า วัดเป็นคูลอมบ์

ประจุไฟฟ้าเบื้องต้น– ประจุขั้นต่ำที่อนุภาคมูลฐานมี (ประจุโปรตอนและอิเล็กตรอน)

ร่างกายมีประจุหมายความว่ามีอิเล็กตรอนเกินหรือขาดหายไป ค่าธรรมเนียมนี้ถูกกำหนดไว้ ถาม=ne- (เขา เท่ากับจำนวนค่าใช้จ่ายเบื้องต้น)

เติมพลังให้กับร่างกาย– สร้างส่วนเกินและขาดอิเล็กตรอน วิธีการ: กระแสไฟฟ้าโดยแรงเสียดทานและ การใช้พลังงานไฟฟ้าโดยการสัมผัส.

จุดรุ่งอรุณ d คือประจุของวัตถุที่สามารถถือเป็นจุดวัตถุได้

ค่าทดสอบ() – จุด, ประจุเล็กน้อย, เป็นบวกเสมอ – ใช้สำหรับการวิจัย สนามไฟฟ้า.

กฎการอนุรักษ์ประจุ:ในระบบแยก ผลรวมเชิงพีชคณิตของประจุของวัตถุทั้งหมดจะคงที่สำหรับปฏิสัมพันธ์ใดๆ ของวัตถุเหล่านี้ต่อกัน.

กฎของคูลอมบ์:แรงอันตรกิริยาระหว่างประจุสองจุดนั้นเป็นสัดส่วนกับผลคูณของประจุเหล่านี้ ซึ่งแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างประจุทั้งสอง ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวกลางและพุ่งไปตามแนวเส้นตรงที่เชื่อมจุดศูนย์กลางของมัน.

, ที่ไหน
F/m, Cl 2 /นาโนเมตร 2 – อิเล็กทริก เร็ว. เครื่องดูดฝุ่น

- เกี่ยวข้อง ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (>1)

- การซึมผ่านของอิเล็กทริกสัมบูรณ์ สิ่งแวดล้อม

สนามไฟฟ้า– วัสดุตัวกลางที่เกิดอันตรกิริยาของประจุไฟฟ้า

คุณสมบัติของสนามไฟฟ้า:

ลักษณะสนามไฟฟ้า:

ความเครียด(อี) – ปริมาณเวกเตอร์, เท่ากับความแข็งแกร่งกระทำต่อประจุทดสอบหน่วยที่วาง ณ จุดที่กำหนด

วัดเป็น N/C

ทิศทาง– เช่นเดียวกับกำลังรักษาการ

ความตึงเครียดไม่ได้ขึ้นอยู่กับทั้งในด้านความแรงหรือขนาดของประจุทดสอบ

การซ้อนทับของสนามไฟฟ้า: ความแรงของสนามที่สร้างขึ้นโดยประจุหลาย ๆ อันจะเท่ากับผลรวมเวกเตอร์ของความแรงของสนามของแต่ละประจุ:

แบบกราฟิกสนามอิเล็กทรอนิกส์แสดงโดยใช้เส้นแรงดึง

เส้นตึง– เส้นที่แทนเจนต์ในแต่ละจุดตรงกับทิศทางของเวกเตอร์แรงดึง

คุณสมบัติของเส้นแรงดึง: พวกมันไม่ตัดกัน สามารถลากผ่านแต่ละจุดได้เพียงเส้นเดียวเท่านั้น พวกมันไม่ได้ถูกปิด พวกมันจะทิ้งประจุบวกไว้และเข้าสู่ประจุลบ หรือกระจายไปสู่อนันต์

ประเภทของฟิลด์:

สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ– สนามที่มีเวกเตอร์ความเข้มในแต่ละจุดมีขนาดและทิศทางเท่ากัน

สนามไฟฟ้าไม่สม่ำเสมอ– สนามที่เวกเตอร์ความเข้มในแต่ละจุดมีขนาดและทิศทางไม่เท่ากัน

สนามไฟฟ้าคงที่– เวกเตอร์แรงดึงไม่เปลี่ยนแปลง

สนามไฟฟ้าแปรผัน– เวกเตอร์แรงดึงเปลี่ยนไป

งานที่ทำโดยสนามไฟฟ้าเพื่อเคลื่อนย้ายประจุ.

โดยที่ F คือแรง S คือการกระจัด - มุมระหว่าง F และ S

สำหรับ สนามเครื่องแบบ: แรงคงที่

งานไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของวิถี งานที่ทำเพื่อเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางปิดเป็นศูนย์

สำหรับฟิลด์ที่ไม่สม่ำเสมอ:

ศักย์สนามไฟฟ้า– อัตราส่วนของงานที่ทำในสนาม การย้ายประจุไฟฟ้าทดสอบไปเป็นค่าอนันต์ จนถึงขนาดของประจุนี้

-ศักยภาพ– ลักษณะพลังงานของสนาม วัดเป็นโวลต์

ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น:

ถ้า
, ที่

, วิธี

-การไล่ระดับสีที่เป็นไปได้

สำหรับสนามสม่ำเสมอ: ความต่างศักย์ – แรงดันไฟฟ้า:

- มีหน่วยวัดเป็นโวลต์ อุปกรณ์เป็นโวลต์มิเตอร์

ความจุไฟฟ้า– ความสามารถของร่างกายในการสะสมประจุไฟฟ้า อัตราส่วนของประจุต่อศักย์ไฟฟ้า ซึ่งจะคงที่เสมอสำหรับตัวนำที่กำหนด

.

ไม่ขึ้นอยู่กับค่าใช้จ่ายและไม่ขึ้นอยู่กับศักยภาพ แต่ขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างของตัวนำ เกี่ยวกับคุณสมบัติไดอิเล็กตริกของตัวกลาง

โดยที่ r คือขนาด
- การซึมผ่านของสภาพแวดล้อมรอบตัว

ความจุไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นหากมีวัตถุใดๆ - ตัวนำหรือไดอิเล็กทริก - อยู่ใกล้ๆ

ตัวเก็บประจุ– อุปกรณ์สำหรับสะสมประจุ ความจุไฟฟ้า:

ตัวเก็บประจุแบบแบน– แผ่นโลหะสองแผ่นที่มีอิเล็กทริกอยู่ระหว่างนั้น ความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุแบบแบน:

โดยที่ S คือพื้นที่ของแผ่นเปลือกโลก d คือระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลก

พลังงานของตัวเก็บประจุที่มีประจุเท่ากับงานที่ทำโดยสนามไฟฟ้าเมื่อถ่ายโอนประจุจากจานหนึ่งไปยังอีกจานหนึ่ง

การโอนค่าใช้จ่ายเล็กน้อย
แรงดันไฟฟ้าจะเปลี่ยนเป็น
, งานเสร็จแล้ว
- เพราะ
และ C = const
- แล้ว
- มาบูรณาการกัน:

พลังงานสนามไฟฟ้า:
โดยที่ V=Sl คือปริมาตรที่สนามไฟฟ้าครอบครอง

สำหรับสนามที่ไม่เหมือนกัน:
.

ความหนาแน่นของสนามไฟฟ้าเชิงปริมาตร:
- วัดเป็น J/m3

ไดโพลไฟฟ้า– ระบบที่ประกอบด้วยประจุไฟฟ้าที่จุดเท่ากันแต่มีเครื่องหมายตรงข้ามกัน ซึ่งอยู่ห่างจากกันพอสมควร (แขนไดโพล -l)

ลักษณะสำคัญของไดโพลคือ โมเมนต์ไดโพล– เวกเตอร์เท่ากับผลคูณของประจุและแขนไดโพล ซึ่งส่งจากประจุลบไปยังประจุบวก กำหนด
- วัดเป็นคูลอมบ์เมตร

ไดโพลในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ

แรงต่อไปนี้กระทำต่อแต่ละประจุของไดโพล:
และ
- แรงเหล่านี้มุ่งไปในทิศทางตรงข้ามและสร้างช่วงเวลาของแรงคู่หนึ่ง - แรงบิด:, โดยที่

M – แรงบิด F – แรงที่กระทำต่อไดโพล

d – แขนงัว – แขนไดโพล

p – โมเมนต์ไดโพล E – ความตึงเครียด

- มุมระหว่าง p Eq – ประจุ

ภายใต้อิทธิพลของแรงบิด ไดโพลจะหมุนและจัดเรียงตัวเองไปในทิศทางของเส้นแรงดึง เวกเตอร์ p และ E จะขนานกันและมีทิศทางเดียว

ไดโพลในสนามไฟฟ้าไม่สม่ำเสมอ

มีแรงบิดซึ่งหมายความว่าไดโพลจะหมุน แต่แรงจะไม่เท่ากัน และไดโพลจะเคลื่อนไปยังจุดที่มีแรงมากกว่า

-การไล่ระดับความตึงเครียด- ยิ่งการไล่ระดับความตึงสูงเท่าใด แรงด้านข้างที่ดึงไดโพลก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ไดโพลจะวางตัวตามแนวแรง

สนามภายในไดโพล.

แต่ . แล้ว:

.

ให้ไดโพลอยู่ที่จุด O และแขนของมันเล็ก แล้ว:

.

ได้รับสูตรโดยคำนึงถึง:

ดังนั้นความต่างศักย์จึงขึ้นอยู่กับไซน์ ครึ่งมุมซึ่งใต้จุดไดโพลที่มองเห็นได้ และการฉายภาพโมเมนต์ไดโพลบนเส้นตรงที่เชื่อมจุดเหล่านี้

ไดอิเล็กตริกในสนามไฟฟ้า

อิเล็กทริก-เป็นสารที่ไม่มี ค่าธรรมเนียมฟรีจึงไม่นำกระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริงแล้ว การนำไฟฟ้ามีอยู่ แต่ก็ไม่มีนัยสำคัญเลย

คลาสอิเล็กทริก:

กับโมเลกุลที่มีขั้ว (น้ำ ไนโตรเบนซีน): โมเลกุลไม่สมมาตร จุดศูนย์กลางมวลของประจุบวกและประจุลบไม่ตรงกัน ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีโมเมนต์ไดโพลแม้ในกรณีที่ไม่มีสนามไฟฟ้าก็ตาม

ด้วยโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว (ไฮโดรเจน, ออกซิเจน): โมเลกุลมีความสมมาตร จุดศูนย์กลางมวลของประจุบวกและลบตรงกัน ซึ่งหมายความว่าพวกมันไม่มีโมเมนต์ไดโพลในกรณีที่ไม่มีสนามไฟฟ้า

ผลึก (โซเดียมคลอไรด์): การรวมกันของสอง sublattices ซึ่งหนึ่งในนั้นมีประจุบวกและอีกอันมีประจุลบ หากไม่มีสนามไฟฟ้า โมเมนต์ไดโพลรวมจะเป็นศูนย์

โพลาไรซ์– กระบวนการแยกประจุเชิงพื้นที่, การปรากฏตัวของประจุที่ถูกผูกไว้บนพื้นผิวของอิเล็กทริก, ซึ่งนำไปสู่การอ่อนตัวของสนามภายในอิเล็กทริก

วิธีการโพลาไรซ์:

วิธีที่ 1 - โพลาไรซ์เคมีไฟฟ้า:

บนอิเล็กโทรด – การเคลื่อนที่ของแคตไอออนและแอนไอออนเข้าหาพวกมัน, การทำให้สารเป็นกลาง บริเวณที่มีประจุบวกและลบเกิดขึ้น กระแสจะค่อยๆลดลง อัตราการสร้างกลไกการวางตัวเป็นกลางนั้นมีลักษณะเฉพาะคือเวลาผ่อนคลาย - นี่คือเวลาที่แรงเคลื่อนไฟฟ้าของโพลาไรเซชันเพิ่มขึ้นจาก 0 เป็นค่าสูงสุดนับจากช่วงเวลาที่ใช้ฟิลด์ = 10 -3 -10 -2 วิ

วิธีที่ 2 - โพลาไรซ์แบบตะวันออก:

ขั้วที่ไม่ได้รับการชดเชยจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของอิเล็กทริกเช่น ปรากฏการณ์โพลาไรเซชันเกิดขึ้น แรงดันไฟฟ้าภายในอิเล็กทริกน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าภายนอก เวลาพักผ่อน: = 10 -13 -10 -7 วิ ความถี่ 10 เมกะเฮิรตซ์

วิธีที่ 3 - โพลาไรซ์ทางอิเล็กทรอนิกส์:

ลักษณะของโมเลกุลที่ไม่มีขั้วซึ่งกลายเป็นไดโพล เวลาพักผ่อน: = 10 -16 -10 -14 วิ ความถี่ 10 8 MHz.

วิธีที่ 4 - โพลาไรซ์ไอออน:

โครงตาข่ายสองอัน (Na และ Cl) ถูกแทนที่โดยสัมพันธ์กัน

เวลาพักผ่อน:

วิธีที่ 5 - โพลาไรเซชันของโครงสร้างจุลภาค:

ลักษณะของโครงสร้างทางชีววิทยาเมื่อชั้นที่มีประจุและไม่มีประจุสลับกัน มีการกระจายตัวของไอออนบนพาร์ติชันแบบกึ่งซึมผ่านหรือไอออนผ่านไม่ได้

เวลาพักผ่อน: =10 -8 -10 -3 วิ ความถี่ 1KHz

ลักษณะเชิงตัวเลขของระดับโพลาไรเซชัน:

กระแสไฟฟ้า- นี่คือการเคลื่อนย้ายประจุอิสระตามคำสั่งในสสารหรือในสุญญากาศ

สภาวะการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้า:

การปรากฏตัวของค่าใช้จ่ายฟรี

การปรากฏตัวของสนามไฟฟ้าเช่น กองกำลังที่กระทำการต่อข้อกล่าวหาเหล่านี้

ความแรงในปัจจุบัน– ค่าเท่ากับประจุที่ผ่านหน้าตัดใดๆ ของตัวนำต่อหน่วยเวลา (1 วินาที)

วัดเป็นแอมแปร์

n - ความเข้มข้นของประจุ

q – มูลค่าการชาร์จ

S – พื้นที่หน้าตัดของตัวนำ

- ความเร็วของการเคลื่อนที่ในทิศทางของอนุภาค

ความเร็วการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุในสนามไฟฟ้ามีขนาดเล็ก - 7 * 10 -5 m/s ความเร็วการแพร่กระจายของสนามไฟฟ้าคือ 3 * 10 8 m/s

ความหนาแน่นปัจจุบัน– ปริมาณประจุที่ไหลผ่านพื้นที่ 1 m2 ใน 1 วินาที

- วัดเป็น A/m2

- แรงที่กระทำต่อไอออนจากสนามไฟฟ้าเท่ากับแรงเสียดทาน

- การเคลื่อนที่ของไอออน

- ความเร็วของการเคลื่อนที่ในทิศทางของไอออน = การเคลื่อนที่, ความแรงของสนาม

ยิ่งความเข้มข้นของไอออน ประจุและการเคลื่อนที่ของไอออนมากเท่าไร ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของอิเล็กโทรไลต์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่ของไอออนจะเพิ่มขึ้น และค่าการนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น