Điện tích - dương và âm. Định luật bảo toàn điện tích

3.1. Sạc điện

Ngay cả trong thời cổ đại, người ta đã nhận thấy rằng một mảnh hổ phách được bọc bằng len bắt đầu thu hút nhiều vật thể nhỏ khác nhau: các hạt bụi, sợi chỉ, v.v. Bạn có thể dễ dàng nhận thấy rằng một chiếc lược nhựa cọ vào tóc sẽ bắt đầu hút những mảnh giấy nhỏ. Hiện tượng này được gọi là điện khí hóa, và các lực tác dụng trong trường hợp này là lực điện. Cả hai tên đều bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp electron, có nghĩa là hổ phách.
Khi chà lược lên tóc hoặc que ebonite lên đồ vật bằng len sạc, chúng tạo thành phí điện. Các vật nhiễm điện tương tác với nhau và xuất hiện lực điện giữa chúng.
Không chỉ chất rắn mà cả chất lỏng và thậm chí chất khí cũng có thể bị nhiễm điện do ma sát.
Khi cơ thể bị nhiễm điện, các chất tạo nên cơ thể bị nhiễm điện không chuyển hóa thành chất khác. Như vậy, điện khí hóa là một hiện tượng vật lý.
Có hai loại điện tích khác nhau. Khá tùy tiện họ được đặt tên " tích cực" tính phí và " tiêu cực" tính phí (và người ta có thể gọi chúng là “đen” và “trắng”, hoặc “đẹp” và “khủng khiếp”, hoặc một cái gì đó khác).
tích điện dương gọi các vật tác dụng lên vật tích điện khác giống như thủy tinh bị nhiễm điện do ma sát với lụa.
tích điện âm gọi các vật thể tác dụng lên các vật tích điện khác giống như cách làm kín sáp bị nhiễm điện do ma sát trên len.
Tính chất chính của vật thể và hạt tích điện: Các vật thể và hạt tích điện có khả năng đẩy nhau, và các vật thể tích điện trái dấu thì hút nhau. Trong các thí nghiệm với nguồn điện tích, bạn sẽ làm quen với một số tính chất khác của các điện tích này: điện tích có thể “chảy” từ vật này sang vật khác, tích tụ, có thể xảy ra hiện tượng phóng điện giữa các vật tích điện, v.v. Bạn sẽ nghiên cứu những tính chất này một cách chi tiết trong một khóa học vật lý.

3.2. định luật Cu lông

Sạc điện ( Q hoặc q) là một đại lượng vật lý, nó có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn và do đó có thể đo được. Nhưng các nhà vật lý vẫn chưa thể so sánh trực tiếp các điện tích với nhau, vì vậy họ không so sánh bản thân các điện tích mà so sánh tác dụng của các vật tích điện lên nhau hoặc lên các vật thể khác, chẳng hạn như lực mà một vật tích điện tác dụng lên. khác.

Các lực (F) tác dụng lên mỗi vật trong số hai vật tích điện điểm có hướng ngược nhau dọc theo đường thẳng nối hai vật này. Giá trị của chúng bằng nhau, tỷ lệ thuận với tích điện tích của các vật này (q 1 ) và (q 2 ) và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách (l) giữa chúng.

Mối quan hệ này được gọi là "định luật Coulomb" để vinh danh nhà vật lý người Pháp Charles Coulomb (1763-1806), người đã phát hiện ra nó vào năm 1785. Sự phụ thuộc của lực Coulomb vào dấu của điện tích và khoảng cách giữa các vật tích điện, điều này quan trọng nhất đối với hóa học, được thể hiện rõ ràng trong hình 2. 3.1.

Đơn vị đo điện tích là coulomb (định nghĩa trong giáo trình vật lý). Một điện tích 1 C chạy qua bóng đèn 100 watt trong khoảng 2 giây (ở hiệu điện thế 220 V).

3.3. Điện tích cơ bản

Cho đến cuối thế kỷ 19, bản chất của điện vẫn chưa rõ ràng, nhưng nhiều thí nghiệm đã khiến các nhà khoa học kết luận rằng độ lớn của điện tích không thể thay đổi liên tục. Người ta phát hiện ra rằng có một phần điện nhỏ nhất và không thể phân chia được. Điện tích của phần này được gọi là “điện tích cơ bản” (ký hiệu bằng chữ e). Hóa ra là 1.6. Lớp 10–19 Đây là một giá trị rất nhỏ - gần 3 tỷ tỷ điện tích cơ bản truyền qua dây tóc của cùng một bóng đèn trong 1 giây.
Bất kỳ điện tích nào cũng là bội số của điện tích cơ bản, vì vậy sẽ thuận tiện khi sử dụng điện tích cơ bản làm đơn vị đo cho các điện tích nhỏ. Như vậy,

1e= 1,6. Lớp 10–19

Vào đầu thế kỷ 19 và 20, các nhà vật lý nhận ra rằng chất mang điện tích âm cơ bản là một vi hạt, được gọi là điện tử(Joseph John Thomson, 1897). Chất mang điện tích dương cơ bản là một vi hạt gọi là proton- được phát hiện muộn hơn một chút (Ernest Rutherford, 1919). Đồng thời chứng minh được điện tích cơ bản âm và dương có giá trị tuyệt đối bằng nhau

Như vậy, điện tích cơ bản là điện tích của proton.
Bạn sẽ tìm hiểu về các đặc tính khác của electron và proton trong chương tiếp theo.

Mặc dù thực tế là thành phần của vật thể bao gồm các hạt tích điện, nhưng ở trạng thái bình thường, vật thể đó không được tích điện, hoặc trung hòa về điện. Nhiều hạt phức tạp, chẳng hạn như nguyên tử hoặc phân tử, cũng trung hòa về điện. Tổng điện tích của hạt hoặc vật thể đó hóa ra bằng 0 vì số electron và số proton có trong thành phần của hạt hoặc vật thể đó bằng nhau.

Các vật thể hoặc hạt sẽ tích điện nếu các điện tích bị tách ra: trên một vật thể (hoặc hạt) có quá nhiều điện tích của một dấu hiệu này và trên vật thể kia (hoặc một dấu hiệu khác). Trong các hiện tượng hóa học, điện tích của bất kỳ một dấu nào (dương hoặc âm) không thể xuất hiện cũng như biến mất, vì các điện tích cơ bản chỉ có một dấu không thể xuất hiện hoặc biến mất.

Điện tích dương, điện tích âm, tính chất cơ bản của vật và hạt tích điện, định luật COULLOMB, điện tích sơ cấp
1. Khi cọ xát vào thủy tinh, lụa nhiễm điện như thế nào? Còn len khi cọ xát với sáp bịt kín thì sao?
2.1 Coulomb có bao nhiêu điện tích cơ bản?
3. Xác định lực hút của hai vật có điện tích +2 C và -3 C đặt cách nhau 0,15 m.
4. Hai vật có điện tích +0,2 C và -0,2 C cách nhau 1 cm. Xác định lực mà chúng thu hút.
5. Hai hạt mang cùng điện tích +3 sẽ đẩy nhau bằng lực nào? e, và nằm ở khoảng cách 2 E? Giá trị của hằng số trong phương trình định luật Coulomb k= 9. 10 9 N.m2 / Cl 2.
6. Một electron bị hút vào một proton với lực bao nhiêu nếu khoảng cách giữa chúng là 0,53 E? Thế còn proton thành electron thì sao?
7. Hai quả cầu cùng loại và nhiễm điện giống nhau được nối với nhau bằng một sợi dây không dẫn điện. Giữa sợi được cố định cố định. Hãy vẽ cách đặt những quả bóng này trong không gian với điều kiện lực hấp dẫn có thể bỏ qua.
8. Trong cùng những điều kiện, làm thế nào ba quả bóng giống hệt nhau được buộc bằng những sợi chỉ có chiều dài bằng nhau vào một giá đỡ sẽ được đặt trong không gian? Thế còn bốn thì sao?
Thí nghiệm về lực hút và lực đẩy của các vật nhiễm điện.

Liên kết với một phương tiện vận chuyển vật liệu; đặc tính bên trong của hạt cơ bản quyết định tương tác điện từ của nó.

Điện tích là một đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất của vật thể hoặc hạt tham gia vào các tương tác điện từ và xác định giá trị của lực và năng lượng trong quá trình tương tác đó. Điện tích là một trong những khái niệm cơ bản trong nghiên cứu về điện. Toàn bộ tập hợp các hiện tượng điện là biểu hiện của sự tồn tại, chuyển động và tương tác của các điện tích. Điện tích là một tính chất vốn có của một số hạt cơ bản.

Có hai loại điện tích, thường được gọi là điện tích dương và điện tích âm. Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, các điện tích khác dấu thì hút nhau. Điện tích của một thanh thủy tinh nhiễm điện thường được coi là dương, và điện tích của thanh nhựa (đặc biệt là thanh hổ phách) được coi là âm. Theo điều kiện này, điện tích của electron là âm (tiếng Hy Lạp “electron” - màu hổ phách).

Điện tích của một vật thể vĩ mô được xác định bởi tổng điện tích của các hạt cơ bản tạo nên vật thể đó. Để tích điện cho một vật vĩ mô, bạn cần thay đổi số lượng hạt cơ bản tích điện mà nó chứa, nghĩa là truyền vào hoặc loại bỏ khỏi nó một số điện tích nhất định cùng dấu. Trong điều kiện thực tế, quá trình như vậy thường gắn liền với sự chuyển động của các electron. Một vật chỉ được coi là tích điện nếu nó chứa một lượng vượt quá các điện tích cùng dấu, tạo thành điện tích của vật đó, thường được ký hiệu bằng chữ cái q hoặc Q Nếu các điện tích được đặt trên các vật thể điểm thì lực tương tác giữa chúng có thể được xác định bằng định luật Coulomb. Đơn vị điện tích trong hệ SI là coulomb - Cl.

Sạc điện q của bất kỳ vật thể nào đều rời rạc, có một điện tích cơ bản, tối thiểu - e, trong đó mọi điện tích của vật thể đều là bội số:

\(q = n e\)

Điện tích tối thiểu tồn tại trong tự nhiên là điện tích của các hạt cơ bản. Trong đơn vị SI, mô đun của điện tích này bằng: e= 1, 6,10 -19 Cl. Bất kỳ điện tích nào cũng là một số nguyên lớn hơn các điện tích cơ bản. Tất cả các hạt cơ bản tích điện đều có điện tích cơ bản. Vào cuối thế kỷ 19. người ta phát hiện ra electron, chất mang điện tích âm, và vào đầu thế kỷ 20, người ta phát hiện ra proton, chất mang điện tích dương tương tự; Do đó, người ta đã chứng minh rằng điện tích không tồn tại riêng lẻ mà liên kết với các hạt và là một tính chất bên trong của hạt (các hạt cơ bản khác mang điện tích dương hoặc âm có cùng độ lớn đã được phát hiện sau đó). Điện tích của tất cả các hạt cơ bản (nếu nó khác 0) thì có giá trị tuyệt đối như nhau. Các hạt giả thuyết cơ bản - quark, có điện tích là 2/3 e hoặc +1/3 e, chưa được quan sát thấy, nhưng sự tồn tại của chúng được giả định trong lý thuyết về các hạt cơ bản.

Tính bất biến của điện tích đã được chứng minh bằng thực nghiệm: độ lớn của điện tích không phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của nó (tức là độ lớn của điện tích là bất biến đối với hệ quy chiếu quán tính, và không phụ thuộc vào việc nó đang chuyển động hay đứng yên).

Điện tích có tính chất cộng, nghĩa là điện tích của bất kỳ hệ vật thể (hạt) nào đều bằng tổng điện tích của các vật thể (hạt) có trong hệ.

Điện tích tuân theo định luật bảo toàn, được xác lập sau nhiều thí nghiệm. Trong một hệ thống kín bằng điện, tổng điện tích được bảo toàn và không đổi trong bất kỳ quá trình vật lý nào xảy ra trong hệ thống. Định luật này có giá trị đối với các hệ thống điện khép kín cách ly trong đó các điện tích không được đưa vào hoặc loại bỏ. Định luật này cũng áp dụng cho các hạt cơ bản, chúng sinh ra và hủy diệt theo cặp, tổng điện tích của chúng bằng không.

Từ điện xuất phát từ tên tiếng Hy Lạp có nghĩa là hổ phách - ελεκτρον .
Hổ phách là nhựa hóa thạch của cây lá kim. Người xưa nhận thấy rằng nếu bạn chà xát hổ phách với một mảnh vải, nó sẽ hút các vật nhẹ hoặc bụi. Hiện tượng này, mà ngày nay chúng ta gọi là tĩnh điện, có thể được quan sát bằng cách cọ xát một thanh ebonite hoặc thủy tinh hoặc đơn giản là một thước nhựa với một miếng vải.

Một thước nhựa đã được cọ xát kỹ bằng khăn giấy sẽ hút những mảnh giấy nhỏ (Hình 22.1). Bạn có thể đã từng thấy sự phóng tĩnh điện khi chải tóc hoặc cởi áo hoặc áo sơ mi bằng nylon. Bạn có thể đã bị điện giật khi chạm vào tay nắm cửa kim loại sau khi đứng dậy khỏi ghế ô tô hoặc đi trên thảm tổng hợp. Trong tất cả các trường hợp này, vật đều nhiễm điện do ma sát; họ nói rằng điện khí hóa xảy ra do ma sát.

Có phải tất cả các điện tích đều giống nhau hay có nhiều loại khác nhau? Hóa ra có hai loại điện tích, điều này có thể được chứng minh bằng thí nghiệm đơn giản sau. Treo thước nhựa ở giữa vào một sợi chỉ và dùng một mảnh vải chà kỹ. Nếu bây giờ chúng ta mang một thước đo nhiễm điện khác đến nó, chúng ta sẽ thấy rằng các thước đẩy nhau (Hình 22.2, a).
Tương tự như vậy, đưa một thanh thủy tinh nhiễm điện khác vào một thanh, chúng ta sẽ quan sát lực đẩy của chúng (Hình 22.2,6). Nếu đưa một thanh thủy tinh tích điện vào một thước nhựa nhiễm điện thì chúng sẽ bị hút (Hình 22.2, c). Cây thước dường như có một loại điện tích khác với thanh thủy tinh.
Người ta đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng tất cả các vật tích điện được chia thành hai loại: hoặc chúng bị nhựa hút và bị thủy tinh đẩy, hoặc ngược lại, bị nhựa đẩy và bị thủy tinh hút. Dường như có hai loại điện tích, các điện tích cùng loại thì đẩy nhau và các điện tích khác loại thì hút nhau. Chúng ta nói rằng các điện tích cùng loại thì đẩy nhau và các điện tích khác loại thì hút nhau.

Chính khách, triết gia và nhà khoa học người Mỹ Benjamin Franklin (1706-1790) gọi hai loại điện tích này là dương và âm. Hoàn toàn không có gì khác biệt khi gọi mức phí nào;
Franklin đề xuất rằng điện tích của một thanh thủy tinh nhiễm điện được coi là điện tích dương. Trong trường hợp này, điện tích xuất hiện trên thước nhựa (hoặc hổ phách) sẽ âm. Thỏa thuận này vẫn được tuân theo cho đến ngày nay.

Lý thuyết về điện của Franklin trên thực tế là một khái niệm "một chất lỏng": điện tích dương được coi là phần dư của "chất lỏng điện" so với hàm lượng bình thường của nó trong một vật thể nhất định, và điện tích âm là phần thiếu hụt của nó. Franklin lập luận rằng khi, do kết quả của một quá trình nào đó, một điện tích nhất định phát sinh trong một cơ thể, thì cùng một lượng điện tích thuộc loại ngược lại cũng đồng thời phát sinh trong một cơ thể khác. Do đó, tên “dương” và “âm” nên được hiểu theo nghĩa đại số, sao cho tổng điện tích mà các vật thu được trong bất kỳ quá trình nào luôn bằng 0.

Ví dụ, khi cọ xát một thước nhựa với một tờ giấy ăn, thước sẽ nhiễm điện âm và tờ khăn ăn cũng mang điện tích dương bằng. Có sự phân tách các điện tích, nhưng tổng của chúng bằng không.
Ví dụ này minh họa cho quan điểm vững chắc định luật bảo toàn điện tích, có nội dung:

Tổng điện tích do bất kỳ quá trình nào tạo ra đều bằng không.

Những sai lệch so với định luật này chưa bao giờ được quan sát thấy, do đó chúng ta có thể coi rằng nó được thiết lập vững chắc như các định luật bảo toàn năng lượng và động lượng.

Điện tích trong nguyên tử

Chỉ đến thế kỷ trước người ta mới biết rõ rằng lý do tồn tại của điện tích nằm ở chính các nguyên tử. Sau này chúng ta sẽ thảo luận về cấu trúc của nguyên tử và sự phát triển các ý tưởng về nó một cách chi tiết hơn. Ở đây chúng ta sẽ thảo luận ngắn gọn những ý chính giúp chúng ta hiểu rõ hơn về bản chất của điện.

Theo các khái niệm hiện đại, một nguyên tử (có phần đơn giản hóa) bao gồm một hạt nhân nặng tích điện dương được bao quanh bởi một hoặc nhiều electron tích điện âm.
Ở trạng thái bình thường, điện tích dương và điện tích âm trong nguyên tử có độ lớn bằng nhau và toàn bộ nguyên tử trung hòa về điện. Tuy nhiên, một nguyên tử có thể mất hoặc thu thêm một hoặc nhiều electron. Khi đó điện tích của nó sẽ dương hoặc âm và nguyên tử đó được gọi là ion.

Trong chất rắn, hạt nhân có thể dao động, giữ nguyên ở những vị trí cố định, trong khi một số electron chuyển động hoàn toàn tự do. Hiện tượng điện khí hóa bằng ma sát có thể được giải thích là do trong các chất khác nhau, hạt nhân giữ các electron có cường độ khác nhau.
Khi một thước nhựa cọ xát với khăn giấy thu được điện tích âm, điều này có nghĩa là các electron trong khăn giấy được giữ kém chặt hơn so với trong nhựa và một số chúng chuyển từ khăn ăn sang thước. Điện tích dương của chiếc khăn ăn có độ lớn bằng điện tích âm mà thước đo thu được.

Thông thường, các vật bị nhiễm điện do ma sát chỉ giữ điện tích trong một thời gian và cuối cùng trở về trạng thái trung hòa về điện. Phí sẽ đi đâu? Nó “chảy” vào các phân tử nước có trong không khí.
Thực tế là các phân tử nước có tính phân cực: mặc dù nhìn chung chúng trung hòa về điện nhưng điện tích trong chúng phân bố không đồng đều (Hình 22.3). Vì vậy, các electron thừa từ thước đo nhiễm điện sẽ “thoát” vào không khí, bị hút vào vùng tích điện dương của phân tử nước.
Mặt khác, điện tích dương của vật sẽ bị trung hòa bởi các electron, chúng bị các phân tử nước trong không khí giữ yếu. Trong thời tiết khô ráo, tác động của tĩnh điện dễ nhận thấy hơn nhiều: không khí chứa ít phân tử nước hơn và điện tích không thoát ra nhanh chóng. Trong thời tiết ẩm ướt, mưa nhiều, vật phẩm không thể tích điện lâu.

Chất cách điện và dây dẫn

Cho hai quả cầu kim loại, một quả mang điện tích cao và quả còn lại trung hòa về điện. Ví dụ: nếu chúng ta nối chúng với một chiếc đinh sắt, quả bóng không tích điện sẽ nhanh chóng tích điện. Nếu chúng ta đồng thời chạm vào cả hai quả bóng bằng một thanh gỗ hoặc một miếng cao su thì quả bóng không mang điện sẽ không được tích điện. Những chất như sắt được gọi là chất dẫn điện; gỗ và cao su được gọi là chất không dẫn điện hoặc chất cách điện.

Kim loại nói chung là chất dẫn điện tốt; Hầu hết các chất khác đều là chất cách điện (tuy nhiên, chất cách điện dẫn điện một chút). Điều thú vị là hầu hết tất cả các vật liệu tự nhiên đều thuộc một trong hai loại hoàn toàn khác nhau này.
Tuy nhiên, có những chất (trong đó phải kể đến silicon, germanium và carbon) thuộc loại trung gian (nhưng cũng được phân tách rõ ràng). Chúng được gọi là chất bán dẫn.

Theo quan điểm của lý thuyết nguyên tử, các electron trong chất cách điện liên kết rất chặt với hạt nhân, trong khi ở chất dẫn điện, nhiều electron liên kết rất yếu và có thể chuyển động tự do trong chất.
Khi một vật tích điện dương được đưa lại gần hoặc chạm vào dây dẫn, các electron tự do sẽ nhanh chóng di chuyển về phía điện tích dương. Nếu một vật nhiễm điện âm thì ngược lại, các electron có xu hướng di chuyển ra xa vật đó. Trong chất bán dẫn có rất ít electron tự do và trong chất cách điện thực tế không có chúng.

Cảm ứng phí. Điện nghiệm

Chúng ta hãy mang một vật kim loại tích điện dương sang một vật kim loại (trung tính) khác.

Khi tiếp xúc, các electron tự do của một vật trung tính sẽ bị hút vào một vật tích điện dương và một số trong chúng sẽ chuyển sang vật đó. Vì vật thứ hai bây giờ thiếu một số electron tích điện âm nhất định nên nó mang điện tích dương. Quá trình này được gọi là điện khí hóa do tính dẫn điện.

Bây giờ chúng ta đưa vật tích điện dương lại gần thanh kim loại trung tính nhưng sao cho chúng không chạm vào nhau. Mặc dù các electron sẽ không rời khỏi thanh kim loại nhưng chúng sẽ chuyển động về phía vật tích điện; một điện tích dương sẽ xuất hiện ở đầu đối diện của thanh (Hình 22.4). Trong trường hợp này, người ta nói rằng một điện tích được cảm ứng (hoặc cảm ứng) ở hai đầu của thanh kim loại. Tất nhiên, không có điện tích mới nào phát sinh: các điện tích chỉ đơn giản tách ra, nhưng nhìn chung thanh vẫn trung hòa về điện. Tuy nhiên, nếu bây giờ chúng ta cắt thanh theo chiều ngang ở giữa, chúng ta sẽ có hai vật tích điện - một vật mang điện tích âm, vật kia mang điện tích dương.

Bạn cũng có thể truyền điện tích cho một vật kim loại bằng cách nối nó bằng một sợi dây với mặt đất (hoặc, ví dụ, với một ống nước đi vào lòng đất), như trong Hình 2. 22,5, a. Chủ đề được cho là có căn cứ. Do có kích thước khổng lồ nên trái đất nhận và nhường electron; nó hoạt động như một bể chứa điện tích. Nếu bạn mang một vật mang điện âm, chẳng hạn, đến gần kim loại, thì các electron tự do của kim loại sẽ bị đẩy lùi và nhiều electron sẽ đi dọc theo dây dẫn xuống đất (Hình 22.5,6). Kim loại sẽ nhiễm điện dương. Nếu bây giờ bạn ngắt dây, điện tích dương cảm ứng sẽ vẫn còn trên kim loại. Nhưng nếu bạn làm điều này sau khi vật tích điện âm được lấy ra khỏi kim loại, thì tất cả các electron sẽ có thời gian quay trở lại và kim loại sẽ trung hòa về điện.

Một máy đo điện (hoặc điện kế đơn giản) được sử dụng để phát hiện điện tích.

Như có thể thấy từ hình. 22.6, nó bao gồm một phần thân, bên trong có hai lá có thể di chuyển được, thường được làm bằng vàng. (Đôi khi chỉ có một lá có thể di chuyển được.) Các lá được gắn trên một thanh kim loại, được cách nhiệt với thân và kết thúc ở bên ngoài bằng một quả bóng kim loại. Nếu bạn mang một vật tích điện đến gần quả bóng, thì các điện tích sẽ xuất hiện trong thanh (Hình 22.7, a), các lá sẽ mang điện tích tương tự và đẩy nhau, như trong hình.

Bạn hoàn toàn có thể sạc thanh do tính dẫn điện (Hình 22.7, b). Trong mọi trường hợp, điện tích càng lớn thì lá càng phân kỳ.

Tuy nhiên, lưu ý rằng dấu của điện tích không thể được xác định theo cách này: điện tích âm sẽ tách các lá một khoảng cách chính xác bằng khoảng cách với điện tích dương tương đương. Chưa hết, có thể sử dụng máy đo điện để xác định dấu của điện tích; để làm được điều này, trước tiên thanh phải được cho một điện tích âm (Hình 22.8, a). Nếu bây giờ bạn mang một vật tích điện âm đến quả cầu điện nghiệm (Hình 22.8,6), thì các electron bổ sung sẽ di chuyển đến các lá và chúng sẽ di chuyển xa nhau hơn. Ngược lại, nếu đưa một điện tích dương vào quả bóng thì các electron sẽ di chuyển ra khỏi lá và chúng sẽ đến gần hơn (Hình 22.8, c), vì điện tích âm của chúng sẽ giảm.

Máy quang điện được sử dụng rộng rãi vào buổi bình minh của kỹ thuật điện. Các điện kế hiện đại rất nhạy hoạt động theo nguyên tắc tương tự khi sử dụng các mạch điện tử.

Ấn phẩm này dựa trên tài liệu từ cuốn sách của D. Giancoli. "Vật lý hai tập" 1984 Tập 2.

Còn tiếp. Nói ngắn gọn về ấn phẩm sau:

Lực lượng F, khi một vật tích điện tác dụng lên một vật tích điện khác, tỷ lệ thuận với tích các điện tích của chúng Q 1 và Q 2 và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách r giữa họ.

Ý kiến và đề xuất được chấp nhận và chào đón!

Các thí nghiệm đơn giản về quá trình điện khí hóa các vật thể khác nhau minh họa các điểm sau.

1. Có hai loại điện tích: dương (+) và âm (-). Điện tích dương xảy ra khi thủy tinh cọ sát vào da hoặc lụa, và điện tích âm xảy ra khi hổ phách (hoặc ebonit) cọ sát vào len.

2. Phí (hoặc vật thể tích điện) tương tác với nhau. Phí tương tựđẩy đi và không giống như phíđang bị thu hút.

3. Trạng thái nhiễm điện có thể được chuyển từ cơ thể này sang cơ thể khác, gắn liền với việc truyền điện tích. Trong trường hợp này, một điện tích lớn hơn hoặc nhỏ hơn có thể được truyền vào cơ thể, tức là điện tích có độ lớn. Khi bị nhiễm điện do ma sát, cả hai vật đều nhiễm điện, một vật tích điện dương và một vật tích điện âm. Cần nhấn mạnh rằng giá trị tuyệt đối của điện tích của các vật nhiễm điện do ma sát là bằng nhau, điều này được xác nhận bằng nhiều phép đo điện tích bằng điện kế.

Người ta có thể giải thích tại sao các vật thể trở nên nhiễm điện (tức là tích điện) trong quá trình ma sát sau khi phát hiện ra electron và nghiên cứu cấu trúc của nguyên tử. Như bạn đã biết, mọi chất đều bao gồm các nguyên tử; đến lượt các nguyên tử lại bao gồm các hạt cơ bản - mang điện tích âm điện tử, tích điện dương proton và các hạt trung hòa - neutron. Electron và proton là những chất mang điện tích cơ bản (tối thiểu).

Điện tích sơ cấp ( e) là điện tích nhỏ nhất, dương hoặc âm, bằng điện tích electron:

e = 1.6021892(46) 10 -19 C.

Có rất nhiều hạt cơ bản mang điện và hầu hết chúng đều mang điện tích +e hoặc -e tuy nhiên, những hạt này có thời gian tồn tại rất ngắn. Họ sống chưa đến một phần triệu giây. Chỉ có electron và proton tồn tại ở trạng thái tự do vô thời hạn.

Proton và neutron (nucleon) tạo thành hạt nhân tích điện dương của nguyên tử, xung quanh đó các electron tích điện âm quay, số lượng bằng số proton, do đó toàn bộ nguyên tử là một nhà máy điện.

Trong điều kiện bình thường, các vật thể bao gồm các nguyên tử (hoặc phân tử) trung hòa về điện. Tuy nhiên, trong quá trình ma sát, một số electron rời khỏi nguyên tử của chúng có thể di chuyển từ vật này sang vật khác. Chuyển động của electron không vượt quá khoảng cách giữa các nguyên tử. Nhưng nếu các vật bị tách ra sau ma sát, chúng sẽ nhiễm điện; vật đã nhường một số electron của nó sẽ nhiễm điện dương và vật thu được chúng sẽ nhiễm điện âm.

Vì vậy, các vật thể trở nên nhiễm điện, nghĩa là chúng nhận được điện tích khi mất hoặc nhận thêm electron. Trong một số trường hợp, điện khí hóa là do sự chuyển động của các ion. Điện tích mới không phát sinh trong trường hợp này. Chỉ có sự phân chia các điện tích hiện có giữa các vật nhiễm điện: một phần điện tích âm truyền từ vật này sang vật khác.

Xác định phí.

Cần đặc biệt nhấn mạnh rằng điện tích là một tính chất không thể thiếu của hạt. Bạn có thể tưởng tượng một hạt không có điện tích, nhưng bạn không thể tưởng tượng một điện tích không có hạt.

Các hạt tích điện biểu hiện ở dạng lực hút (điện tích trái dấu) hoặc lực đẩy (như điện tích) với các lực có độ lớn lớn hơn lực hấp dẫn nhiều bậc. Như vậy, lực hút điện của electron lên hạt nhân trong nguyên tử hydro lớn gấp 10 lần 39 lần lực hút hấp dẫn của các hạt này. Sự tương tác giữa các hạt tích điện được gọi là tương tác điện từ và điện tích xác định cường độ tương tác điện từ.

Trong vật lý hiện đại, điện tích được định nghĩa như sau:

Sạc điện là một đại lượng vật lý là nguồn của điện trường qua đó xảy ra tương tác giữa các hạt với điện tích.

Tóm tắt về kỹ thuật điện

Hoàn thành bởi: Agafonov Roman

Cao đẳng Nông nghiệp Luga

Không thể đưa ra một định nghĩa ngắn gọn về điện tích thỏa đáng về mọi mặt. Chúng ta đã quen với việc tìm ra những lời giải thích dễ hiểu cho những sự hình thành và quá trình rất phức tạp như nguyên tử, tinh thể lỏng, sự phân bố của các phân tử theo tốc độ, v.v. Nhưng những khái niệm cơ bản, cơ bản nhất, không thể chia thành những khái niệm đơn giản hơn, theo khoa học ngày nay, không có bất kỳ cơ chế bên trong nào, không còn có thể được giải thích ngắn gọn một cách thỏa đáng. Đặc biệt là nếu các vật thể không được giác quan của chúng ta cảm nhận trực tiếp. Điện tích đề cập đến những khái niệm cơ bản này.

Trước tiên chúng ta hãy cố gắng tìm hiểu không phải điện tích là gì mà là điều ẩn giấu đằng sau câu nói: vật thể hoặc hạt này có điện tích.

Bạn biết rằng mọi vật thể đều được cấu tạo từ những hạt cực nhỏ, không thể phân chia thành những hạt đơn giản hơn (theo như khoa học hiện nay biết), do đó chúng được gọi là hạt cơ bản. Tất cả các hạt cơ bản đều có khối lượng và do đó chúng hút nhau. Theo định luật vạn vật hấp dẫn, lực hấp dẫn giảm tương đối chậm khi khoảng cách giữa chúng tăng lên: tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Ngoài ra, hầu hết các hạt cơ bản, tuy không phải tất cả, đều có khả năng tương tác với nhau với một lực cũng giảm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách, nhưng lực này lớn gấp rất nhiều lần lực hấp dẫn. . Do đó, trong nguyên tử hydro, được biểu diễn dưới dạng sơ đồ trong Hình 1, electron bị hút vào hạt nhân (proton) với một lực lớn gấp 1039 lần lực hấp dẫn.

Nếu các hạt tương tác với nhau với lực giảm dần khi khoảng cách ngày càng tăng và lớn hơn nhiều lần so với lực hấp dẫn, thì những hạt này được cho là có điện tích. Bản thân các hạt được gọi là tích điện. Có những hạt không mang điện, nhưng không có điện tích nếu không có hạt.

Tương tác giữa các hạt tích điện được gọi là điện từ. Khi chúng ta nói rằng các electron và proton mang điện tích, điều này có nghĩa là chúng có khả năng tương tác thuộc một loại nhất định (điện từ), và không có gì hơn thế. Việc thiếu điện tích trên các hạt có nghĩa là nó không phát hiện được những tương tác như vậy. Điện tích xác định cường độ tương tác điện từ, cũng như khối lượng xác định cường độ tương tác hấp dẫn. Điện tích là đặc tính quan trọng thứ hai (sau khối lượng) của các hạt cơ bản, quyết định hành vi của chúng trong thế giới xung quanh.

Như vậy

Điện tích là một đại lượng vật lý vô hướng đặc trưng cho tính chất của các hạt hoặc vật thể tham gia vào các tương tác lực điện từ.

Điện tích được ký hiệu bằng chữ q hoặc Q.

Cũng giống như trong cơ học, khái niệm điểm vật chất thường được sử dụng, điều này giúp đơn giản hóa đáng kể việc giải nhiều bài toán, khi nghiên cứu sự tương tác của các điện tích, ý tưởng về điện tích điểm có hiệu quả. Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước nhỏ hơn đáng kể so với khoảng cách từ vật này đến điểm quan sát và các vật tích điện khác. Đặc biệt, nếu họ nói về sự tương tác của hai điện tích điểm, thì họ cho rằng khoảng cách giữa hai vật tích điện đang xét lớn hơn đáng kể so với kích thước tuyến tính của chúng.

Điện tích của một hạt cơ bản không phải là một “cơ chế” đặc biệt trong hạt có thể tách ra khỏi nó, phân hủy thành các bộ phận cấu thành của nó và tập hợp lại. Sự hiện diện của điện tích trên electron và các hạt khác chỉ có nghĩa là sự tồn tại của những tương tác nhất định giữa chúng.

Trong tự nhiên có những hạt mang điện tích trái dấu. Điện tích của proton được gọi là dương và điện tích của electron được gọi là âm. Tất nhiên, dấu dương của điện tích trên một hạt không có nghĩa là nó có bất kỳ ưu điểm đặc biệt nào. Việc đưa ra hai điện tích dấu chỉ đơn giản thể hiện một thực tế là các hạt tích điện có thể vừa hút vừa đẩy nhau. Nếu dấu điện tích giống nhau thì các hạt đẩy nhau, nếu dấu điện tích khác nhau thì chúng hút nhau.

Hiện tại chưa có lời giải thích nào về lý do tồn tại của hai loại điện tích. Trong mọi trường hợp, không có sự khác biệt cơ bản nào được tìm thấy giữa điện tích dương và điện tích âm. Nếu dấu điện tích của các hạt thay đổi ngược lại thì bản chất của tương tác điện từ trong tự nhiên sẽ không thay đổi.

Các điện tích dương và âm rất cân bằng trong Vũ trụ. Và nếu Vũ trụ là hữu hạn thì tổng điện tích của nó rất có thể bằng 0.

Điều đáng chú ý nhất là điện tích của tất cả các hạt cơ bản hoàn toàn giống nhau về độ lớn. Có một điện tích tối thiểu, gọi là điện tích cơ bản, mà tất cả các hạt cơ bản mang điện đều có. Điện tích có thể dương, giống như proton, hoặc âm, như electron, nhưng mô đun điện tích là như nhau trong mọi trường hợp.

Chẳng hạn, không thể tách một phần điện tích ra khỏi electron. Đây có lẽ là điều đáng ngạc nhiên nhất. Không có lý thuyết hiện đại nào có thể giải thích tại sao điện tích của mọi hạt đều giống nhau và không thể tính được giá trị điện tích tối thiểu. Nó được xác định bằng thực nghiệm bằng cách sử dụng các thí nghiệm khác nhau.

Vào những năm 1960, sau khi số lượng hạt cơ bản mới được phát hiện bắt đầu tăng lên một cách đáng báo động, người ta đưa ra giả thuyết rằng tất cả các hạt tương tác mạnh đều là hạt tổng hợp. Các hạt cơ bản hơn được gọi là quark. Điều đáng chú ý là các quark có điện tích nhỏ: 1/3 và 2/3 điện tích cơ bản. Để tạo ra proton và neutron, chỉ cần hai loại quark là đủ. Và số lượng tối đa của chúng dường như không vượt quá sáu.

Không thể tạo ra một tiêu chuẩn vĩ mô của một đơn vị điện tích, tương tự như tiêu chuẩn về chiều dài - mét, do sự rò rỉ điện tích không thể tránh khỏi. Sẽ là điều tự nhiên nếu coi điện tích của một electron là một (điều này hiện đã được thực hiện trong vật lý nguyên tử). Nhưng vào thời Coulomb, người ta vẫn chưa biết đến sự tồn tại của electron trong tự nhiên. Ngoài ra, điện tích của electron quá nhỏ nên khó sử dụng làm chuẩn.

Trong Hệ đơn vị quốc tế (SI), đơn vị điện tích, coulomb, được thiết lập bằng đơn vị dòng điện:

1 coulomb (C) là điện tích chạy qua tiết diện dây dẫn trong 1 s với dòng điện 1 A.

Điện tích 1 C là rất lớn. Hai điện tích như vậy ở khoảng cách 1 km sẽ đẩy nhau với một lực nhỏ hơn một chút so với lực mà quả cầu hút một vật nặng 1 tấn. Do đó, không thể truyền điện tích 1 C cho một vật nhỏ (khoảng chừng đó). kích thước vài mét). Đẩy nhau, các hạt tích điện sẽ không thể tồn tại trên một cơ thể như vậy. Không có lực nào khác tồn tại trong tự nhiên có khả năng bù cho lực đẩy Coulomb trong những điều kiện này. Nhưng trong một dây dẫn nói chung là trung hòa, không khó để làm cho điện tích 1 C chuyển động. Thật vậy, trong một bóng đèn thông thường có công suất 100 W ở hiệu điện thế 127 V, xuất hiện một dòng điện nhỏ hơn 1 A một chút. Đồng thời, trong 1 s có một điện tích gần bằng 1 C đi qua cây thánh giá. - tiết diện dây dẫn.

Một điện kế được sử dụng để phát hiện và đo điện tích. Điện kế bao gồm một thanh kim loại và một con trỏ có thể quay quanh một trục nằm ngang (Hình 2). Thanh có mũi tên được cố định trong một ống bọc bằng thủy tinh plexi và đặt trong một hộp kim loại hình trụ, đóng kín bằng nắp thủy tinh.

Nguyên lý hoạt động của điện kế. Hãy cho que tích điện dương chạm vào que điện kế. Chúng ta sẽ thấy kim điện kế lệch một góc nhất định (xem hình 2). Sự quay của mũi tên được giải thích là do khi một vật tích điện tiếp xúc với thanh điện kế, các điện tích sẽ phân bố dọc theo mũi tên và thanh điện kế. Lực đẩy tác dụng giữa các điện tích giống nhau trên thanh và con trỏ làm cho con trỏ quay. Chúng ta hãy nhiễm điện vào thanh ebonite một lần nữa và chạm vào thanh điện kế một lần nữa. Kinh nghiệm cho thấy rằng khi điện tích trên thanh tăng thì góc lệch của mũi tên so với phương thẳng đứng cũng tăng. Do đó, qua góc lệch của kim điện kế có thể xác định được giá trị điện tích truyền vào thanh điện kế.

Tổng thể của tất cả các dữ kiện thực nghiệm đã biết cho phép chúng ta làm nổi bật các tính chất sau của điện tích:

Có hai loại điện tích, thường được gọi là điện tích dương và điện tích âm. Vật tích điện dương là vật tác dụng lên vật tích điện khác giống như cách thủy tinh bị nhiễm điện do ma sát với lụa. Các vật thể hoạt động giống như ebonite bị nhiễm điện do ma sát với len được gọi là vật tích điện âm. Việc lựa chọn tên “dương” cho điện tích phát sinh trên thủy tinh và “âm” cho điện tích trên ebonite là hoàn toàn ngẫu nhiên.

Điện tích có thể được chuyển (ví dụ, bằng cách tiếp xúc trực tiếp) từ cơ thể này sang cơ thể khác. Không giống như khối lượng cơ thể, điện tích không phải là đặc tính không thể thiếu của một cơ thể nhất định. Cùng một cơ thể trong những điều kiện khác nhau có thể có điện tích khác nhau.

Các điện tích cùng loại thì đẩy nhau, các điện tích khác loại thì hút nhau. Điều này cũng cho thấy sự khác biệt cơ bản giữa lực điện từ và lực hấp dẫn. Lực hấp dẫn luôn là lực hấp dẫn.

Một tính chất quan trọng của điện tích là tính rời rạc của nó. Điều này có nghĩa là có một số điện tích cơ bản nhỏ nhất, phổ quát, không thể phân chia được nữa, sao cho điện tích q của bất kỳ vật nào cũng là bội số của điện tích cơ bản này:

trong đó N là số nguyên, e là giá trị của điện tích cơ bản. Theo các khái niệm hiện đại, điện tích này bằng điện tích e = 1,6∙10-19 C. Vì giá trị của điện tích cơ bản rất nhỏ nên đối với hầu hết các vật mang điện được quan sát và sử dụng trong thực tế, số N rất lớn và tính chất rời rạc của sự thay đổi điện tích không xuất hiện. Vì vậy, người ta tin rằng trong điều kiện bình thường, điện tích của vật thể thay đổi gần như liên tục.

Định luật bảo toàn điện tích.

Bên trong một hệ kín, đối với mọi tương tác, tổng đại số của các điện tích không đổi:

Chúng ta sẽ gọi một hệ cô lập (hoặc hệ kín) là một hệ gồm các vật thể trong đó các điện tích không được đưa vào từ bên ngoài và không bị lấy đi khỏi nó.

Không ở đâu và không bao giờ trong tự nhiên một điện tích cùng dấu xuất hiện hoặc biến mất. Sự xuất hiện của điện tích dương luôn đi kèm với sự xuất hiện của điện tích âm bằng nhau. Cả điện tích dương và âm đều không thể biến mất riêng biệt; chúng chỉ có thể trung hòa lẫn nhau nếu chúng có mô đun bằng nhau.

Đây là cách các hạt cơ bản có thể biến đổi lẫn nhau. Nhưng luôn luôn trong quá trình hình thành các hạt tích điện, người ta quan sát thấy sự xuất hiện của một cặp hạt có điện tích trái dấu. Người ta cũng có thể quan sát thấy sự ra đời đồng thời của một số cặp như vậy. Các hạt tích điện biến mất, biến thành các hạt trung tính, cũng chỉ theo cặp. Tất cả những sự thật này không còn nghi ngờ gì nữa về việc áp dụng chặt chẽ định luật bảo toàn điện tích.

Nguyên nhân của sự bảo toàn điện tích vẫn chưa được biết.

Điện hóa cơ thể

Các vật thể vĩ mô, như một quy luật, trung hòa về điện. Nguyên tử của bất kỳ chất nào đều trung hòa vì số electron trong nó bằng số proton trong hạt nhân. Các hạt tích điện dương và âm được kết nối với nhau bằng lực điện và tạo thành hệ trung tính.

Một vật lớn được tích điện khi nó chứa quá nhiều hạt cơ bản có cùng dấu điện tích. Điện tích âm của cơ thể là do thừa electron so với proton, còn điện tích dương là do thiếu chúng.

Để thu được một vật thể vĩ mô tích điện, hay như người ta nói, để nhiễm điện cho nó, cần phải tách một phần điện tích âm ra khỏi điện tích dương liên kết với nó.

Cách dễ nhất để làm điều này là bằng ma sát. Nếu bạn chạy lược qua tóc, một phần nhỏ của các hạt tích điện di động nhất - các electron - sẽ di chuyển từ tóc sang lược và tích điện âm, và tóc sẽ tích điện dương. Khi bị nhiễm điện do ma sát, cả hai vật đều mang điện tích trái dấu nhưng có độ lớn bằng nhau.

Việc truyền điện cho các vật thể bằng ma sát rất đơn giản. Nhưng giải thích điều này xảy ra như thế nào hóa ra lại là một nhiệm vụ rất khó khăn.

1 phiên bản. Khi các vật thể nhiễm điện, sự tiếp xúc chặt chẽ giữa chúng là rất quan trọng. Lực điện giữ các electron bên trong cơ thể. Nhưng đối với các chất khác nhau thì các lực này là khác nhau. Trong quá trình tiếp xúc gần, một phần nhỏ electron của chất trong đó sự kết nối giữa electron với cơ thể tương đối yếu sẽ truyền sang cơ thể khác. Chuyển động của electron không vượt quá khoảng cách tương tác giữa các nguyên tử (10-8 cm). Nhưng nếu hai cơ thể bị tách ra thì cả hai sẽ bị tính phí. Vì bề mặt của các vật thể không bao giờ nhẵn hoàn toàn nên sự tiếp xúc chặt chẽ giữa các vật thể cần thiết cho quá trình chuyển đổi chỉ được thiết lập trên các diện tích nhỏ của bề mặt. Khi các vật cọ sát vào nhau, số vùng tiếp xúc gần tăng lên và do đó tổng số hạt tích điện truyền từ vật này sang vật khác tăng lên. Nhưng vẫn chưa rõ làm thế nào các electron có thể di chuyển trong các chất không dẫn điện (chất cách điện) như ebonite, plexiglass và các chất khác. Chúng bị ràng buộc trong các phân tử trung tính.

Phiên bản 2. Sử dụng ví dụ về tinh thể ion LiF (chất cách điện), lời giải thích này trông như thế này. Trong quá trình hình thành tinh thể, nhiều loại khuyết tật khác nhau phát sinh, đặc biệt là các chỗ trống - khoảng trống không được lấp đầy tại các nút của mạng tinh thể. Nếu số lượng chỗ trống cho các ion lithium dương và ion flo âm không giống nhau thì tinh thể sẽ được tích điện theo thể tích khi hình thành. Nhưng toàn bộ điện tích không thể được tinh thể giữ lại lâu. Luôn có một lượng ion nhất định trong không khí và tinh thể sẽ hút chúng ra khỏi không khí cho đến khi điện tích của tinh thể bị trung hòa bởi một lớp ion trên bề mặt của nó. Các chất cách điện khác nhau có điện tích không gian khác nhau và do đó điện tích của các lớp ion trên bề mặt cũng khác nhau. Trong quá trình ma sát, các lớp bề mặt của các ion bị trộn lẫn và khi các chất cách điện tách ra, mỗi lớp sẽ tích điện.

Hai chất cách điện giống hệt nhau, ví dụ như cùng một tinh thể LiF, có thể bị nhiễm điện do ma sát không? Nếu họ có cùng chi phí không gian riêng thì không. Nhưng chúng cũng có thể có điện tích khác nhau nếu các điều kiện kết tinh khác nhau và xuất hiện số lượng chỗ trống khác nhau. Như kinh nghiệm đã chỉ ra, hiện tượng nhiễm điện trong quá trình ma sát của các tinh thể hồng ngọc, hổ phách, v.v. giống hệt nhau thực sự có thể xảy ra. Tuy nhiên, lời giải thích trên chưa chắc đã đúng trong mọi trường hợp. Ví dụ, nếu các cơ thể bao gồm các tinh thể phân tử, thì sự xuất hiện của các chỗ trống trong chúng sẽ không dẫn đến việc cơ thể tích điện.

Một cách khác để làm nhiễm điện các vật thể là cho chúng tiếp xúc với nhiều loại bức xạ khác nhau (đặc biệt là tia cực tím, tia X và bức xạ γ). Phương pháp này hiệu quả nhất để nhiễm điện cho kim loại khi dưới tác động của bức xạ, các electron bị bật ra khỏi bề mặt kim loại và dây dẫn thu được điện tích dương.

Điện hóa thông qua ảnh hưởng. Dây dẫn được tích điện không chỉ khi tiếp xúc với vật tích điện mà còn khi nó ở một khoảng cách nào đó. Hãy cùng tìm hiểu hiện tượng này chi tiết hơn. Hãy treo những tờ giấy nhẹ lên một dây dẫn cách điện (Hình 3). Nếu lúc đầu dây dẫn không được tích điện thì các lá sẽ ở vị trí không bị lệch. Bây giờ chúng ta hãy mang một quả cầu kim loại cách điện, tích điện cao, đến dây dẫn, chẳng hạn bằng cách sử dụng một thanh thủy tinh. Chúng ta sẽ thấy rằng các tấm treo ở hai đầu của vật, tại các điểm a và b, bị lệch, mặc dù vật tích điện không chạm vào dây dẫn. Chất dẫn điện được tích điện thông qua tác động, đó là lý do tại sao bản thân hiện tượng này được gọi là “điện khí hóa do tác động” hay “cảm ứng điện”. Điện tích thu được do cảm ứng điện gọi là cảm ứng hay cảm ứng. Các lá lơ lửng ở giữa thân tại các điểm a’ và b’, không lệch. Điều này có nghĩa là điện tích cảm ứng chỉ xuất hiện ở hai đầu của vật thể và phần giữa của nó vẫn trung tính hoặc không tích điện. Bằng cách đưa một thanh thủy tinh nhiễm điện đến các tấm treo ở điểm a và b, người ta dễ dàng chứng minh được rằng các tấm ở điểm b đẩy nó và các tấm ở điểm a bị hút. Điều này có nghĩa là ở đầu xa của dây dẫn xuất hiện một điện tích cùng dấu như trên quả bóng và trên các bộ phận gần đó xuất hiện điện tích khác dấu. Bằng cách loại bỏ quả bóng tích điện, chúng ta sẽ thấy những chiếc lá sẽ rũ xuống. Hiện tượng diễn ra theo cách hoàn toàn tương tự nếu chúng ta lặp lại thí nghiệm bằng cách tích điện âm cho quả bóng (ví dụ: sử dụng sáp bịt kín).

Từ quan điểm của lý thuyết điện tử, những hiện tượng này có thể dễ dàng giải thích bằng sự tồn tại của các electron tự do trong dây dẫn. Khi một điện tích dương được đặt vào một dây dẫn, các electron bị hút vào nó và tích tụ ở đầu gần nhất của dây dẫn. Một số lượng electron "dư thừa" nhất định xuất hiện trên đó và phần dây dẫn này trở nên tích điện âm. Ở phía xa thiếu electron và do đó có quá nhiều ion dương: ở đây xuất hiện một điện tích dương.

Khi một vật tích điện âm được đưa đến gần vật dẫn điện, các electron sẽ tích tụ ở đầu xa và lượng ion dương dư thừa được tạo ra ở đầu gần. Sau khi loại bỏ điện tích gây ra chuyển động của các electron, chúng lại được phân bổ khắp dây dẫn, do đó tất cả các phần của nó vẫn không được tích điện.

Chuyển động của các điện tích dọc theo dây dẫn và sự tích tụ của chúng ở các đầu của nó sẽ tiếp tục cho đến khi tác động của các điện tích dư hình thành ở hai đầu dây dẫn cân bằng với lực điện phát ra từ quả bóng, dưới tác động của nó sẽ xảy ra sự phân bố lại các electron. Việc không có điện tích ở giữa vật chứng tỏ rằng các lực phát ra từ quả bóng và các lực do các điện tích dư tích lũy ở hai đầu dây dẫn tác dụng lên các electron tự do được cân bằng ở đây.

Các điện tích cảm ứng có thể tách ra nếu khi có vật tích điện, dây dẫn được chia thành nhiều phần. Một trải nghiệm như vậy được mô tả trong hình. 4. Trong trường hợp này, các electron bị dịch chuyển không thể quay trở lại sau khi tháo quả bóng tích điện ra; vì có một chất điện môi (không khí) giữa cả hai phần của dây dẫn. Các electron dư thừa được phân bổ khắp phía bên trái; Việc thiếu electron tại điểm b được bổ sung một phần từ diện tích điểm b', sao cho mỗi phần của dây dẫn đều mang điện tích: bên trái - có điện tích trái dấu với điện tích của quả bóng, đúng - với điện tích cùng tên với điện tích của quả bóng. Không chỉ các lá tại các điểm a và b phân kỳ mà cả các lá đứng yên trước đó tại các điểm a’ và b’ cũng phân kỳ.

Burov L.I., Strelchenya V.M. Vật lý từ A đến Z: dành cho học sinh, sinh viên, gia sư. – Mn.: Nghịch lý, 2000. – 560 tr.

Myakishev G.Ya. Vật lý: Điện động lực học. Lớp 10-11: sách giáo khoa. Để nghiên cứu chuyên sâu về vật lý / G.Ya. Myakishev, A.Z. Sinykov, B.A. Slobodskov. – M.Zh.

Vật lý: Sách giáo khoa. phụ cấp cho lớp 10. trường học và các lớp nâng cao đã học các nhà vật lý/ O. F. Kabardin, V. A. Orlov, E. E. Evenchik và những người khác; Ed. A. A. Pinsky. - tái bản lần thứ 2. – M.: Giáo dục, 1995. – 415 tr.

Sách giáo khoa vật lý tiểu học: Hướng dẫn học tập. Trong 3 tập / Ed. G.S. Landsberg: T. 2. Điện và từ. – M: FIZMATLIT, 2003. – 480 tr.

Nếu bạn chà một thanh thủy tinh lên một tờ giấy, thanh thủy tinh sẽ có khả năng hút những chiếc lá, lông tơ và dòng nước mỏng. Khi bạn chải tóc khô bằng lược nhựa, tóc sẽ bị hút vào lược. Trong những ví dụ đơn giản này, chúng ta bắt gặp sự biểu hiện của các lực được gọi là điện.

Các vật thể hoặc hạt tác dụng lên các vật thể xung quanh bằng lực điện được gọi là tích điện hoặc nhiễm điện. Ví dụ, thanh thủy tinh nêu trên sau khi cọ xát vào một tờ giấy sẽ bị nhiễm điện.

Các hạt có điện tích nếu chúng tương tác với nhau thông qua lực điện. Lực điện giảm khi khoảng cách giữa các hạt tăng lên. Lực điện lớn hơn nhiều lần so với lực hấp dẫn phổ quát.

Điện tích là một đại lượng vật lý xác định cường độ tương tác điện từ.

Tương tác điện từ là tương tác giữa các hạt hoặc vật tích điện.

Điện tích được chia thành tích cực và tiêu cực. Các hạt cơ bản ổn định - proton và positron, cũng như các ion của nguyên tử kim loại, v.v., có điện tích dương. Các hạt mang điện tích âm ổn định là electron và phản proton.

Có những hạt không mang điện, tức là những hạt trung tính: neutron, neutrino. Những hạt này không tham gia vào tương tác điện vì điện tích của chúng bằng không. Có những hạt không mang điện, nhưng điện tích không tồn tại nếu không có hạt.

Các điện tích dương xuất hiện trên tấm thủy tinh cọ xát với lụa. Ebonit cọ xát vào lông có điện tích âm. Các hạt đẩy nhau với các điện tích cùng dấu (như điện tích) và các hạt khác dấu (điện tích trái dấu) thì hút nhau.

Mọi cơ thể đều được tạo thành từ các nguyên tử. Nguyên tử bao gồm một hạt nhân nguyên tử tích điện dương và các electron mang điện tích âm chuyển động xung quanh hạt nhân nguyên tử. Hạt nhân nguyên tử bao gồm các proton tích điện dương và các hạt trung tính - neutron. Các điện tích trong nguyên tử được phân bố sao cho toàn bộ nguyên tử là trung tính, nghĩa là tổng các điện tích dương và âm trong nguyên tử bằng không.

Electron và proton là một phần của bất kỳ chất nào và là những hạt cơ bản ổn định nhỏ nhất. Những hạt này có thể tồn tại ở trạng thái tự do trong thời gian không giới hạn. Điện tích của electron và proton được gọi là điện tích cơ bản.

Điện tích cơ bản là điện tích tối thiểu mà tất cả các hạt cơ bản mang điện có. Điện tích của proton có giá trị tuyệt đối bằng điện tích của electron:

e = 1,6021892(46) * 10-19 C

Độ lớn của bất kỳ điện tích nào là bội số của giá trị tuyệt đối của điện tích cơ bản, tức là điện tích của electron. Electron được dịch từ electron Hy Lạp - hổ phách, proton - từ protos của Hy Lạp - đầu tiên, neutron từ trung tính trong tiếng Latin - không phải cái này hay cái kia.

Các thí nghiệm đơn giản về quá trình điện khí hóa các vật thể khác nhau minh họa các điểm sau.

2. Phí (hoặc vật thể tích điện) tương tác với nhau. Phí tương tựđẩy đi và không giống như phíđang bị thu hút.

Điện tích sơ cấp ( e) - đây là điện tích nhỏ nhất, dương hoặc âm, bằng giá trị điện tích của electron:

e = 1.6021892(46) 10 -19 C.

Proton và neutron (nucleon) tạo thành hạt nhân tích điện dương của nguyên tử, xung quanh đó các electron mang điện tích âm quay quanh, số lượng hạt nhân bằng số lượng proton, do đó nguyên tử nói chung là một nhà máy điện.

Xác định phí.

Cần đặc biệt nhấn mạnh rằng điện tích là một tính chất không thể thiếu của hạt. Có thể tưởng tượng một hạt không có điện tích, nhưng không thể tưởng tượng một điện tích không có hạt.

Trong vật lý hiện đại, điện tích được định nghĩa như sau:

Sạc điện- đây là đại lượng vật lý là nguồn điện trường, qua đó xảy ra tương tác giữa các hạt với điện tích.

Sạc điện- đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng của vật thể tham gia vào các tương tác điện từ. Đo bằng Coulomb.

Điện tích cơ bản– điện tích tối thiểu mà các hạt cơ bản có (điện tích proton và điện tử).

Cơ thể có điện tích, có nghĩa là nó có thêm hoặc thiếu electron. Khoản phí này được chỉ định q=ne. (nó bằng số lượng điện tích cơ bản).

Điện hóa cơ thể- Tạo ra sự thừa và thiếu electron. Phương pháp: điện khí hóa bằng ma sát Và điện khí hóa bằng tiếp xúc.

Điểm bình minh d là điện tích của vật, có thể coi là điểm vật chất.

Phí kiểm tra() – điểm, điện tích nhỏ, luôn dương – dùng để nghiên cứu điện trường.

Định luật bảo toàn điện tích:trong một hệ cô lập, tổng đại số điện tích của tất cả các vật thể không đổi trong mọi tương tác giữa các vật thể này với nhau.

định luật Cu lông:lực tương tác giữa hai điện tích điểm tỷ lệ thuận với tích của các điện tích này, tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng, phụ thuộc vào tính chất của môi trường và hướng dọc theo đường thẳng nối tâm của chúng.

, Ở đâu

F/m, Cl 2 /nm 2 – chất điện môi. nhanh. máy hút bụi

- liên quan. hằng số điện môi (>1)

- Độ thấm điện môi tuyệt đối. môi trường

Điện trường- môi trường vật chất trong đó xảy ra tương tác giữa các điện tích.

Tính chất điện trường:

Đặc điểm điện trường:

Căng thẳng(E) là đại lượng vectơ bằng lực tác dụng lên một điện tích thử nghiệm đơn vị đặt tại một điểm cho trước.

Được đo bằng N/C.

Phương hướng- giống như lực tác dụng.

Căng thẳng không phụ thuộc không phụ thuộc vào cường độ cũng như kích thước của điện tích thử nghiệm.

Sự chồng chất của điện trường: cường độ trường tạo bởi một số điện tích bằng tổng vectơ cường độ trường của mỗi điện tích:

Về mặt đồ họa Trường điện tử được biểu diễn bằng các đường căng.

Đường căng thẳng- một đường thẳng có tiếp tuyến tại mỗi điểm trùng với hướng của vectơ lực căng.

Tính chất của đường căng: chúng không cắt nhau, chỉ có thể vẽ được một đường thẳng đi qua mỗi điểm; chúng không đóng kín, chúng để lại điện tích dương và đi vào điện tích âm hoặc tiêu tan vào vô tận.

Các loại trường:

Điện trường đều– một trường có vectơ cường độ tại mỗi điểm có cùng độ lớn và hướng.

Điện trường không đều– một trường có vectơ cường độ tại mỗi điểm không bằng nhau về độ lớn và hướng.

Điện trường không đổi- vectơ lực căng không thay đổi.

Điện trường biến thiên- vectơ lực căng thay đổi.

Công do điện trường thực hiện làm di chuyển một điện tích.

, trong đó F là lực, S là độ dịch chuyển, - góc giữa F và S.

Đối với trường đều: lực không đổi.

Công không phụ thuộc vào hình dạng quỹ đạo; công thực hiện để di chuyển dọc theo một đường kín là bằng không.

Đối với trường không đồng nhất:

Tiềm năng điện trường– tỷ số giữa công thực hiện bởi điện trường, làm di chuyển một điện tích thử nghiệm đến vô cùng, với độ lớn của điện tích này.

-tiềm năng- đặc tính năng lượng của trường. Đo bằng Vôn

Sự khác biệt tiềm năng:

, Cái đó

, Có nghĩa

-độ dốc tiềm năng.

Đối với trường đều: hiệu điện thế – Vôn:

. Nó được đo bằng Vôn, thiết bị là vôn kế.

Công suất điện– khả năng tích lũy điện tích của cơ thể; tỷ lệ điện tích trên điện thế, luôn không đổi đối với một dây dẫn nhất định.

Không phụ thuộc vào điện tích và không phụ thuộc vào tiềm năng. Nhưng nó còn phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của dây dẫn; về tính chất điện môi của môi trường.

, trong đó r là kích thước,

- tính thấm của môi trường xung quanh cơ thể.

Công suất điện tăng nếu có bất kỳ vật thể nào - dây dẫn hoặc chất điện môi - ở gần.

tụ điện- một thiết bị để tích lũy điện tích. Công suất điện:

Tụ điện phẳng- hai tấm kim loại có chất điện môi ở giữa. Điện dung của tụ điện phẳng:

, trong đó S là diện tích của các tấm, d là khoảng cách giữa các tấm.

Năng lượng của tụ điện tích điện bằng công của điện trường thực hiện khi truyền điện tích từ bản này sang bản khác.

Chuyển khoản phí nhỏ

, điện áp sẽ thay đổi thành

, Công việc đã hoàn thành

. Bởi vì

, và C = const,

. Sau đó

. Hãy tích hợp:

Năng lượng điện trường:

, trong đó V=Sl là thể tích bị điện trường chiếm giữ

Đối với trường không đồng nhất:

Mật độ điện trường thể tích:

. Được đo bằng J/m3.

Lưỡng cực điện- một hệ gồm hai điện tích điểm bằng nhau nhưng trái dấu nằm cách nhau một khoảng (cánh tay lưỡng cực -l).

Đặc điểm chính của lưỡng cực là khoảnh khắc lưỡng cực– một vectơ bằng tích của điện tích và nhánh lưỡng cực, hướng từ điện tích âm sang điện tích dương. được chỉ định

. Được đo bằng mét Coulomb.

Lưỡng cực trong điện trường đều.

Các lực sau tác dụng lên mỗi điện tích của lưỡng cực:

Và

. Các lực này có hướng ngược nhau và tạo ra mômen của một cặp lực - mô men xoắn:, trong đó

M – mô men xoắn F – lực tác dụng lên lưỡng cực

d – cánh tay ngưỡng cửa – cánh tay lưỡng cực

p – mômen lưỡng cực E – lực căng

- góc giữa p phương trình – điện tích

Dưới tác dụng của mô men xoắn, lưỡng cực sẽ quay và tự căn chỉnh theo phương của các đường sức căng. Các vectơ p và E sẽ song song và một chiều.

Lưỡng cực trong điện trường không đều.

Có một mô-men xoắn, có nghĩa là lưỡng cực sẽ quay. Nhưng các lực sẽ không bằng nhau và lưỡng cực sẽ di chuyển đến nơi có lực lớn hơn.

-độ dốc căng thẳng. Độ dốc lực căng càng cao thì lực bên kéo lưỡng cực càng cao. Lưỡng cực được định hướng dọc theo đường sức.

Trường nội tại lưỡng cực.

Nhưng. Sau đó:

Giả sử lưỡng cực ở điểm O và cánh tay của nó nhỏ. Sau đó:

Công thức thu được có tính đến:

Do đó, hiệu điện thế phụ thuộc vào sin của nửa góc tại đó nhìn thấy các điểm lưỡng cực và hình chiếu của mômen lưỡng cực lên đường thẳng nối các điểm này.

Chất điện môi trong điện trường.

Điện môi- Là chất không mang điện tích tự do nên không dẫn điện. Tuy nhiên, trên thực tế độ dẫn điện có tồn tại nhưng không đáng kể.

Các lớp điện môi:

với các phân tử có cực (nước, nitrobenzen): các phân tử không đối xứng, tâm khối của điện tích dương và âm không trùng nhau, nghĩa là chúng có mô men lưỡng cực ngay cả trong trường hợp không có điện trường.

với các phân tử không phân cực (hydro, oxy): các phân tử đối xứng, tâm khối của các điện tích dương và âm trùng nhau, nghĩa là chúng không có mômen lưỡng cực khi không có điện trường.

tinh thể (natri clorua): sự kết hợp của hai phân mạng, một trong số đó tích điện dương và phân kia tích điện âm; khi không có điện trường thì tổng mô men lưỡng cực bằng không.

Phân cực- quá trình phân tách không gian của các điện tích, sự xuất hiện của các điện tích liên kết trên bề mặt chất điện môi dẫn đến sự suy yếu của trường bên trong chất điện môi.

Phương pháp phân cực:

Phương pháp 1 – phân cực điện hóa:

Trên các điện cực – chuyển động của các cation và anion về phía chúng, trung hòa các chất; vùng tích điện dương và âm được hình thành. Dòng điện giảm dần. Tốc độ thiết lập cơ chế trung hòa được đặc trưng bởi thời gian hồi phục - đây là thời gian mà emf phân cực tăng từ 0 đến mức tối đa kể từ thời điểm trường được áp dụng. = 10 -3 -10 -2 giây.

Phương pháp 2 - phân cực định hướng:

Các cực không bù được hình thành trên bề mặt chất điện môi, tức là hiện tượng phân cực xảy ra. Điện áp bên trong chất điện môi nhỏ hơn điện áp bên ngoài. Thời gian thư giãn: = 10 -13 -10 -7 giây. Tần số 10 MHz.

Phương pháp 3 – phân cực điện tử:

Đặc điểm của các phân tử không phân cực trở thành lưỡng cực. Thời gian thư giãn: = 10 -16 -10 -14 giây. Tần số 10 8 MHz.

Phương pháp 4 – Phân cực ion:

Hai mạng (Na và Cl) bị dịch chuyển so với nhau.

Thời gian thư giãn:

Phương pháp 5 - Phân cực vi cấu trúc:

Đặc điểm cấu trúc sinh học khi các lớp tích điện và không tích điện xen kẽ nhau. Có sự phân bố lại các ion trên các vách ngăn bán thấm hoặc không thấm ion.

Thời gian thư giãn: =10 -8 -10 -3 giây. Tần số 1KHz

Đặc tính số của mức độ phân cực:

Điện– đây là sự chuyển động có trật tự của các điện tích tự do trong vật chất hoặc trong chân không.

Điều kiện tồn tại của dòng điện:

sự hiện diện của phí miễn phí

sự hiện diện của một điện trường, tức là các lực tác dụng lên các điện tích này

Sức mạnh hiện tại- giá trị bằng điện tích đi qua tiết diện bất kỳ của dây dẫn trong một đơn vị thời gian (1 giây)

Đo bằng Ampe.

n – nồng độ điện tích

q - giá trị phí

S - diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn

- tốc độ chuyển động có hướng của các hạt.

Tốc độ chuyển động của các hạt tích điện trong điện trường nhỏ - 7 * 10 -5 m/s, tốc độ lan truyền của điện trường là 3 * 10 8 m/s.

Mật độ hiện tại– lượng điện tích truyền qua tiết diện 1 m2 trong 1 giây.

. Được đo bằng A/m2.

- lực tác dụng lên ion của điện trường bằng lực ma sát

- Độ linh động của ion

- tốc độ chuyển động có hướng của các ion = độ linh động, cường độ trường

Nồng độ các ion, điện tích và độ linh động của chúng càng lớn thì độ dẫn điện riêng của chất điện phân càng lớn. Khi nhiệt độ tăng, độ linh động của các ion tăng và độ dẫn điện tăng.

Dựa trên những quan sát về sự tương tác của các vật mang điện, nhà vật lý người Mỹ Benjamin Franklin đã gọi một số vật mang điện tích dương và những vật khác mang điện tích âm. Theo đó, điều này và phí điện gọi điện tích cực Và tiêu cực.

Các vật nhiễm điện cùng loại thì đẩy nhau. Các vật mang điện tích trái dấu thì hút nhau.

Những tên gọi của điện tích này khá thông thường và ý nghĩa duy nhất của chúng là các vật mang điện tích có thể hút hoặc đẩy nhau.

Dấu điện tích của một vật được xác định bằng sự tương tác với tiêu chuẩn thông thường của dấu điện tích.

Điện tích của một thanh ebonite cọ xát với lông thú được coi là một trong những tiêu chuẩn này. Người ta tin rằng một thanh ebonite sau khi cọ xát với lông thú luôn mang điện tích âm.

Nếu cần xác định dấu hiệu nào của điện tích của một vật thể nhất định, thì nó được đưa vào một thanh ebonite, cọ xát bằng lông thú, cố định trong huyền phù nhẹ và quan sát thấy tương tác. Nếu cây gậy bị đẩy lùi thì vật nhiễm điện âm.

Sau khi phát hiện và nghiên cứu các hạt cơ bản, hóa ra điện tích âm luôn có một hạt cơ bản - điện tử.

điện tử (từ tiếng Hy Lạp - hổ phách) - một hạt cơ bản ổn định có điện tích âme = 1.6021892(46) . 10 -19 C, khối lượng nghỉtôi =9.1095. 10 -19kg. Được phát hiện vào năm 1897 bởi nhà vật lý người Anh J. J. Thomson.

Điện tích của một thanh thủy tinh cọ xát với lụa tự nhiên được lấy làm tiêu chuẩn của điện tích dương. Nếu một cây gậy bị đẩy ra khỏi một vật nhiễm điện thì vật đó nhiễm điện dương.

Nguồn điện dương luôn luôn có proton,đó là một phần của hạt nhân nguyên tử. Tài liệu từ trang web

Sử dụng các quy tắc trên để xác định dấu điện tích của một vật, cần nhớ rằng nó phụ thuộc vào bản chất của các vật tương tác. Vì vậy, thanh ebonite có thể nhiễm điện dương nếu cọ xát với vải làm từ vật liệu tổng hợp. Thanh thủy tinh cọ xát vào lông sẽ nhiễm điện âm. Vì vậy, nếu bạn định lấy điện tích âm trên một thanh ebonite, bạn nhất định nên sử dụng nó khi cọ xát nó với lông thú hoặc vải len. Điều tương tự cũng áp dụng cho quá trình nhiễm điện của một thanh thủy tinh được cọ xát với một miếng vải làm từ lụa tự nhiên để thu được điện tích dương. Chỉ có electron và proton luôn luôn và rõ ràng có điện tích âm và dương tương ứng.

Trang này chứa tài liệu theo chủ đề.