Veza koja se javlja između nabijenih čestica naziva se. Međudjelovanje nabijenih tijela

Pokusi francuskog fizičara C. Dufaya pokazali su da se tijela s nabojem suprotnog (identičnog) predznaka međusobno privlače (odbijaju). U tom slučaju jakost međudjelovanja između naelektriziranih tijela na složen način ovisi o obliku naelektriziranih tijela i prirodi raspodjele naboja na njima. Stoga ne postoji niti jedna jednostavna formula koja opisuje elektrostatsku interakciju za proizvoljan slučaj.

Ali samo za bodovne naknade zakon interakcije je napisan u prilično jednostavnom obliku.

Zakon međudjelovanja točkastih električnih naboja otkrio je 1785. C. Coulomb pomoću torzijske vage. Torzijska vaga (slika 1) sastoji se od dvije jednake kugle A i C; kugla A postavljena je na klackalicu spojenu na protuuteg B i navoj L, čiji je gornji kraj pričvršćen na torzionu glavu T. Kugla C uređaja pričvršćena je na izoliranu šipku i umetnuta u uređaj. Kuglice A i C se dovedu u dodir, a budući da su kuglice identične, naboj kuglice C je među njima jednako raspoređen. Kuglice se međusobno odbijaju. Kut uvijanja niti određuje silu međudjelovanja između nabijenih kuglica. Udaljenost r između kuglica mjeri se skalom označenom na bočnoj površini cilindra. Mijenjajući r i q, C. Coulomb je utvrdio da

ili u vektorskom obliku,

Jedinični vektor. Sile međudjelovanja dviju jednako nabijenih kuglica prikazane su na slici 2.

Sila međudjelovanja između dva stacionarna točkasta električna naboja u vakuumu izravno je proporcionalna umnošku veličina naboja, obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih i usmjerena duž ravne crte koja povezuje te naboje.

Coulombov zakon također vrijedi za nabijene kuglice na bilo kojoj udaljenosti između njihovih središta, ako je volumen ili površinska gustoća naboja svake od njih konstantna. (Imajte na umu da, za razliku od gravitacijske interakcije, elektrostatska interakcija može dovesti do privlačenja i odbijanja tijela.)

Koeficijent proporcionalnosti k = 9·10 9 N·m 2 /Cl 2. Često se umjesto k koristi druga konstanta, koja se naziva električna konstanta

Zakoni međudjelovanja atoma i molekula mogu se razumjeti i objasniti na temelju spoznaja o građi atoma, pomoću planetarnog modela njegove građe. U središtu atoma nalazi se pozitivno nabijena jezgra, oko koje negativno nabijene čestice kruže određenim putanjama. Interakcija između nabijenih čestica naziva se elektromagnetska. Određuje se intenzitet elektromagnetske interakcije fizička količina- električni naboj, koji se označava s q. Jedinica za električni naboj je kulon (C). 1 kulon je električni naboj koji prolazeći kroz presjek vodiča u 1 s stvara u njemu struju od 1 A. Sposobnost električnih naboja da se međusobno privlače i odbijaju objašnjava se postojanjem dvije vrste naboja . Jedna vrsta naboja naziva se pozitivnim; nositelj elementarnog pozitivnog naboja je proton. Druga vrsta naboja naziva se negativnim, njegov nositelj je elektron. Elementarni naboj je Naboj čestica uvijek je predstavljen brojem koji je višekratnik elementarnog naboja.

Potpuno punjenje zatvoreni sustav(što ne uključuje vanjske naboje), tj. algebarski zbroj naboja svih tijela ostaje konstantan: q1 + q2 + ... + qn = const. Električni naboj se ne stvara niti uništava, već se samo prenosi s jednog tijela na drugo. Ova eksperimentalno utvrđena činjenica naziva se zakon održanja električnog naboja. Nikada i nigdje u prirodi ne nastaje niti nestaje električni naboj istog predznaka. Pojava i nestanak električnih naboja na tijelima u većini slučajeva objašnjava se prijelazima elementarnih nabijenih čestica - elektrona - s jednog tijela na drugo.

Elektrifikacija je prijenos električnog naboja na tijelo. Do elektrifikacije može doći, primjerice, kontaktom (trenjem) različitih tvari i tijekom zračenja. Kada u tijelu dođe do naelektrisanja, dolazi do suviška ili manjka elektrona.

Ako ima viška elektrona, tijelo dobiva negativan naboj, a ako ga ima manjka, dobiva pozitivan naboj.

Zakone međudjelovanja stacionarnih električnih naboja proučava elektrostatika.

Osnovni zakon elektrostatike eksperimentalno je utvrdio francuski fizičar Charles Coulomb, a glasi: modul sile međudjelovanja dva točkasta fiksna električna naboja u vakuumu izravno je proporcionalan umnošku veličina tih naboja i obrnuto proporcionalan na kvadrat udaljenosti između njih.

G je udaljenost između njih, k je koeficijent proporcionalnosti, ovisno o izboru sustava jedinica, u SI

Veličina koja pokazuje koliko je puta sila međudjelovanja naboja u vakuumu veća nego u nekom mediju naziva se dielektrična konstanta medija E. Za medij s dielektričnom konstantom e, Coulombov zakon se piše na sljedeći način:

U SI se koeficijent k obično piše na sljedeći način:

Električna konstanta, numerički jednaka

Koristeći električnu konstantu, Coulombov zakon ima oblik:

Interakcija stacionarnih električnih naboja naziva se elektrostatička ili Coulombova interakcija. Coulombove sile mogu se prikazati grafički (sl. 20, 21).

Definicija 1. Interakcija stacionarnih električnih naboja naziva se elektrostatička ili Coulombova interakcija. Grana elektrodinamike koja proučava Coulombovu interakciju naziva se elektrostatika.

Definicija 2. Međudjelovanje nabijenih tijela. Naboji istog predznaka se međusobno odbijaju. Naboji suprotnih predznaka međusobno se privlače.

Električni naboj je fizikalna veličina koja karakterizira svojstvo čestica ili tijela da stupaju u interakcije elektromagnetskih sila.

Zakon održanja električnog naboja kaže da se u zatvorenom sustavu tijela ne mogu promatrati procesi stvaranja ili nestanka naboja samo jednog predznaka.

Električno polje. Snaga polja.

Definicija 2. Napetost električno polje— karakterizacija vektorske fizikalne veličine električno polje u danoj točki i brojčano je jednaka omjeru sile \vec F koja djeluje na stacionarni točkasti naboj smješten u danoj točki polja i veličine tog naboja q:

Vodiči i dielektrici u električnom polju.

Definicija 1.Dirigenti- to su tvari koje karakterizira prisutnost u njima velikog broja slobodnih nositelja naboja koji se mogu kretati pod utjecajem električnog polja.

Definicija 2. Dielektrik (izolator) je tvar koja praktički ne provodi električnu struju.

Stalna električna struja. Struja, napon, električni otpor.

Definicija 1. Istosmjerna struja (eng. direct current) je električna struja koja tijekom vremena ne mijenja veličinu i smjer.

Definicija 2. Jakost struje u vodiču je skalarna veličina, brojčano jednaka naboju koji u jedinici vremena teče kroz presjek vodiča.

Definicija 3. Napon (U) jednak je omjeru rada električnog polja za pomicanje naboja i količine naboja koji se pomakne u dijelu kruga.

Električni otpor (galvanski otpor) je fizikalna veličina koja karakterizira svojstva vodiča da sprječava prolazak električne struje, a jednaka je omjeru napona na krajevima vodiča i jakosti struje koja njime teče.

Elektrostatika

Električno punjenje

Coulombov zakon

Torzijska vaga: Torzijska vaga

Elektrodinamika

7. Elektro šok naziva se uređeno kretanje nabijenih čestica ili nabijenih makroskopskih tijela. Postoje dvije vrste električnih struja - struje kondukcije i struje konvekcije.

ELEKTROMAGNETIZAM

14.(Magnetsko polje. Permanentni magneti i strujno magnetsko polje)

Magnetsko polje- moć polje, djelujući na pokretne električne naboje i na tijela sa magnetski trenutak, bez obzira na stanje njihovog kretanja; magnetski komponenta elektromagnetskog polja.

Trajni magneti imaju dva pola koja se zovu sjeverni i južni magnetska polja. Između ovih polova nalazi se magnetsko polje u obliku zatvorenih linija usmjerenih od sjevernog pola prema južnom. Magnetsko polje trajnog magneta djeluje na metalne predmete i druge magnete.

Ako dva magneta približite jedan drugome s jednakim polovima, oni će se odbiti. A ako imaju različita imena, onda se međusobno privlače. Čini se da su magnetske linije suprotnih naboja zatvorene jedna na drugu.

Ako metalni predmet uđe u polje magneta, magnet ga magnetizira, a sam metalni predmet postaje magnet. Privlači ga njegov suprotni pol u odnosu na magnet, pa se metalna tijela kao da se "zalijepe" za magnete.

Magnetsko polje stvorene oko električnih naboja dok se kreću. Budući da kretanje električnih naboja predstavlja električnu struju, oko svakog vodiča uvijek postoji struja trenutno magnetsko polje.

15. (Međudjelovanje vodiča sa strujom. Amperska snaga)

Smjer Amperove sile određen je pravilom lijeve ruke: ako lijeva ruka postavljen tako da okomita komponenta vektora magnetske indukcije B ulazi u dlan, a četiri ispružena prsta su usmjerena u smjeru struje, tada će palac savijen za 90 stupnjeva pokazati smjer sile koja djeluje na dionicu vodiča sa strujom, odnosno Amperovom silom.

Newtonovi pokusi

Iskustvo u razlaganju bijele svjetlosti na spektar:

Newton je usmjerio zraku sunčeva svjetlost kroz malu rupu na staklenu prizmu.
Pri udaru u prizmu zraka se lomila i na suprotnoj stijenci davala duguljastu sliku s duginim izmjenjivanjem boja - spektrom.

KVANTNA OPTIKA.

Valna i korpuskularna svojstva svjetlosti. Planckova hipoteza o kvantima. Foton.

I. Newton se pridržavao tzv korpuskularna teorija svjetlosti, prema kojoj je svjetlost tok čestica koji dolazi iz izvora u svim smjerovima (prijenos tvari).
Na temelju korpuskularne teorije bilo je teško objasniti zašto svjetlosne zrake, sijekući se u prostoru, ne djeluju jedna na drugu. Uostalom, čestice svjetlosti moraju se sudarati i raspršiti.

Valna teorija je to lako objasnila. Valovi, primjerice na površini vode, slobodno prolaze jedni kroz druge bez međusobnog utjecaja.

Međutim, pravocrtno širenje svjetlosti, koje dovodi do stvaranja oštrih sjena iza objekata, teško je objasniti na temelju valne teorije. Prema korpuskularnoj teoriji, pravocrtno širenje svjetlosti jednostavno je posljedica zakona inercije.

Planckova hipoteza- je pretpostavka da atomi emitiraju elektromagnetsku energiju (svjetlost) u odvojenim porcijama - kvantima, a ne kontinuirano.

Energija svakog dijela proporcionalna je frekvenciji zračenja:

Gdje h = 6,63 x 10 -34 J s - jest Planckova konstanta,

v- je frekvencija svjetlosti.

Foton (γ ) - je elementarna čestica, kvant elektromagnetskog zračenja.

Emitirajući i apsorbirajući svjetlost, ponaša se kao tok čestica čija energija ovisi o frekvenciji v:

E= hv,

Gdje h- je Planckova konstanta.

Energija fotonačesto izražen u terminima cikličke frekvencije ω = 2kv, koristeći umjesto toga h veličina ћ (čitaj kao "pepeo s crtom"), što je jednako ћ = h/2π. To znači da se energija fotona može izraziti na sljedeći način:

E = hv= ćω.

Na temelju teorije relativnosti, energija je povezana s masom odnosom E = ms 2. Pošto je energija fotona jednaka hv, što znači njegovu relativističku masu m str jednako:

Atomska i nuklearna fizika

33) Građa atoma: planetarni model i Bohrov model. Bohrovi kvantni postulati.

Apsorpcija i emisija svjetlosti atoma. Kvantizacija energije.

Atomska i nuklearna fizika - grana fizike koja proučava strukturu atoma i atomske jezgre te s njima povezane procese.

Bohrovi postulati: 1. Atom može biti u posebnim kvantnim stacionarnim stanjima od kojih svako ima svoju specifičnu energiju. U tim stanjima atom ne emitira (ili apsorbira) energiju.

dva postulata.

1. Atom može biti samo u posebnim, stacionarnim stanjima. Svako stanje odgovara određenoj energetskoj vrijednosti - energetskoj razini. Budući da je u stacionarnom stanju, atom niti emitira niti apsorbira

Stacionarna stanja odgovaraju stacionarnim orbitama duž kojih se kreću elektroni. Broj stacionarnih orbita i razina energije (počevši od prve) općenito se označavaju latiničnim slovima: n, k, itd. Polumjeri orbita, kao i energije stacionarnih stanja, mogu poprimiti ne bilo koje, već određene diskretne vrijednosti. Prva orbita je najbliža jezgri.

2. Emisija svjetlosti događa se tijekom prijelaza atoma iz stacionarnog stanja s višom energijom E k u stacionarno stanje s manjom energijom E n

Prema zakonu održanja energije, energija emitiranog fotona jednaka je razlici energija stacionarnih stanja:

hv = E k - E n.

Iz ove jednadžbe slijedi da atom može emitirati svjetlost samo s frekvencijama

Atom također može apsorbirati fotone. Kada se foton apsorbira, atom prelazi iz stacionarnog stanja s nižom energijom u stacionarno stanje s većom energijom.Stanje atoma u kojem su svi elektroni u stacionarnim orbitama s najnižom mogućom energijom naziva se osnovnim stanjem. Sva ostala stanja atoma nazivamo pobuđenima.Atomi svakog kemijski element ima svoj karakterističan skup energetskih razina. Stoga će prijelaz s više razine energije na nižu odgovarati karakterističnim linijama u spektru emisije, različitim od linija u spektru drugog elementa.Podudarnost linija emisije i apsorpcije u spektru atoma određene kemikalije elementa objašnjava se činjenicom da su frekvencije valova koji odgovaraju tim linijama u spektru određene istim razinama energije. Stoga atomi mogu apsorbirati svjetlost samo na frekvencijama koje su sposobni emitirati.

Neke fizikalne veličine vezane uz mikroobjekte mijenjaju se ne kontinuirano, već naglo. Veličine koje mogu poprimiti samo točno definirane, odnosno diskretne vrijednosti (latinski “discretus” znači podijeljeno, isprekidano) nazivaju se kvantiziranim.Elektromagnetsko zračenje emitira se u obliku zasebnih porcija - kvanti- energija. Vrijednost jednog kvanta energije jednaka je

Δ E = hν,

gdje je Δ E- kvantna energija, J; ν - frekvencija, s-1; h- Planckova konstanta (jedna od temeljnih konstanti prirode), jednaka 6,626·10−34 J·s.
Kvanti energije kasnije su nazvani fotoni Ideja kvantizacije energije omogućila je objašnjenje podrijetla linijskog atomskog spektra, koji se sastoji od skupa linija kombiniranih u nizu.
vodik.

Beta zračenje

Beta zračenje su elektroni koji su puno manji od alfa čestica i mogu prodrijeti nekoliko centimetara duboko u tijelo. Od toga se možete zaštititi tankim limom, prozorskim staklom, pa čak i običnom odjećom. Kada beta zračenje dopre do nezaštićenih dijelova tijela, ono obično zahvaća gornje slojeve kože. Tijekom nesreće u nuklearnoj elektrani u Černobilu 1986. vatrogasci su zadobili opekline kože kao posljedicu vrlo jake izloženosti beta česticama. Ako tvar koja emitira beta čestice uđe u tijelo, ozračit će unutarnja tkiva.

Gama zračenje

Gama zračenje su fotoni, tj. elektromagnetski val koji nosi energiju. U zraku može putovati na velike udaljenosti, postupno gubeći energiju kao rezultat sudara s atomima medija. Intenzivno gama zračenje, ako se od njega ne zaštiti, može oštetiti ne samo kožu, već i unutarnja tkiva. Gusti i teški materijali poput željeza i olova izvrsne su barijere za gama zračenje.

Do radioaktivnog raspada dolazi u skladu s tzv pravila pomaka,što nam omogućuje da ustanovimo koja jezgra nastaje kao rezultat raspada date roditeljske jezgre. Pravila ofseta;

Za a-raspadanje

, (256.4)

Za b-raspad

, (256.5)

gdje je jezgra majka, Y je simbol jezgre kćeri, je jezgra helija (a-čestica), je simbolička oznaka elektrona (naboj mu je –1, a maseni broj nula). Pravila pomaka nisu ništa drugo nego posljedica dvaju zakona koji se ispunjavaju tijekom radioaktivnih raspada - očuvanja električnog naboja i očuvanja masenog broja: zbroj naboja (masenih brojeva) nastalih jezgri i čestica jednak je naboj (maseni broj) izvorne jezgre.

Elektrostatika

Interakcije nabijenih tijela. Električno punjenje. Zakon održanja električnog naboja.

Ono što smo imali priliku vidjeti u eksperimentu s privlačenjem komadića papira na naelektrizirani štap dokazuje prisutnost sila električne interakcije, a veličina tih sila karakterizira takav koncept kao što je naboj. Činjenica da sile električnog međudjelovanja mogu biti različite može se lako provjeriti eksperimentalno, na primjer, trljanjem istog štapa različitim intenzitetom. Električno punjenje– fizikalna veličina koja karakterizira veličinu međudjelovanja nabijenih tijela. zakon održanja električnog naboja: U električno zatvorenom sustavu algebarski zbroj naboja je nepromijenjen. Električni zatvoreni sustav je model. Ovo je sustav koji se ne napušta niti obnavlja električnim nabojima.
Povijest: Temelje elektrostatike postavio je Coulombov rad (iako je desetak godina prije njega iste rezultate, čak i s još većom točnošću, dobio Cavendish. Rezultati Cavendisheva rada čuvani su u obiteljskom arhivu i objavljeni su tek stotinu godina kasnije); pronađeno najnoviji zakon električne interakcije omogućile su Greenu, Gaussu i Poissonu stvaranje matematički elegantne teorije. Najvažniji dio elektrostatike je teorija potencijala koju su stvorili Green i Gauss. Mnoga eksperimentalna istraživanja elektrostatike proveo je Rees, čije su knjige u prošlosti predstavljale glavni vodič za proučavanje ovih pojava.

Faradayevi pokusi, izvedeni u prvoj polovici tridesetih godina 19. stoljeća, trebali su dovesti do radikalne promjene temeljnih načela doktrine električnih pojava. Ti su pokusi pokazali da ono što se smatralo potpuno pasivno vezanim uz elektricitet, naime izolacijske tvari ili, kako ih je Faraday nazvao, dielektrici, ima odlučujuću važnost u svim električnim procesima, a posebice u samoj elektrifikaciji vodiča. Ovi pokusi otkrili su da tvar izolacijskog sloja između dviju površina kondenzatora igra važnu ulogu u vrijednosti električnog kapaciteta tog kondenzatora.

Pokusi s elektrolitima: 1. Ako uzmete otopinu bakrenog sulfata, sastavite električni krug i uronite elektrode (štapiće grafitne olovke) u otopinu, žaruljica će zasvijetliti. Ima struje!
Ponovite eksperiment, zamijenivši elektrodu spojenu na negativni pol baterije aluminijskim gumbom. Nakon nekog vremena postat će "zlatan", tj. bit će prekriven slojem bakra. Ovo je fenomen galvanostegije.

2. Trebat će nam: čaša s jakom otopinom kuhinjske soli, baterija iz svjetiljke,
dva djela bakrene žice oko 10 cm dužine.Krajeve žice ogulite finom šmirglom. Spojite jedan kraj žice na svaki pol baterije. Slobodne krajeve žica uronite u čašu s otopinom. Mjehurići se dižu blizu spuštenih krajeva žice!

Coulombov zakon

Coulombov zakon: sila međudjelovanja između dva nabijena tijela (Coulombova sila ili Coulombova sila) izravno je proporcionalna umnošku modula njihovih naboja i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između naboja.

Nakon toga, zakon je dobio svoj konačni oblik kako slijedi:

Povijest: G.V. Richman je prvi put predložio eksperimentalno proučavanje zakona međudjelovanja električki nabijenih tijela 1752-1753. Namjeravao je upotrijebiti "pokazivački" elektrometar koji je dizajnirao za tu svrhu. Provedbu ovog plana spriječila je tragična Richmanova smrt.

Godine 1759. profesor fizike na Sanktpeterburškoj akademiji znanosti F. Epinus, koji je preuzeo Richmannovu stolicu nakon njegove smrti, prvi je predložio da bi naboji trebali djelovati obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti. Godine 1760. pojavio se kratka poruka da je D. Bernoulli u Baselu uspostavio kvadratni zakon koristeći elektrometar koji je sam dizajnirao. Godine 1767. Priestley je u svojoj Povijesti elektriciteta primijetio da bi Franklinovo otkriće nepostojanja električnog polja unutar nabijene metalne kuglice moglo značiti da “sila električnog privlačenja pokorava se istim zakonima kao i gravitacija, te stoga ovisi o kvadratu udaljenosti između naboja”. Škotski fizičar John Robison tvrdio je (1822.) da je 1769. otkrio da se kuglice jednakog električnog naboja odbijaju silom obrnuto proporcionalnom kvadratu udaljenosti između njih, čime je anticipirao otkriće Coulombova zakona (1785.).

Oko 11 godina prije Coulomba, 1771. godine, zakon međudjelovanja naboja eksperimentalno je otkrio G. Cavendish, ali rezultat nije objavljen i ostao je dugo nepoznat (više od 100 godina). Cavendisheve rukopise D. C. Maxwellu predstavio je tek 1874. jedan od Cavendishovih potomaka na inauguraciji Cavendish Laboratorija i objavljeni su 1879.

Coulomb je sam proučavao torziju niti i izumio torzijsku vagu. Otkrio je svoj zakon koristeći ih za mjerenje sila međudjelovanja nabijenih kuglica.

Torzijska vaga: Torzijska vaga- fizički uređaj dizajniran za mjerenje malih sila ili momenta. Izumio ih je Charles Coulomb 1777. (prema drugim izvorima 1784.) kako bi proučavao međudjelovanje točkastih električnih naboja i magnetskih polova. U svom najjednostavnijem obliku, uređaj se sastoji od okomite niti na koju je obješena lagana, uravnotežena poluga.

1. Međudjelovanje nabijenih tijela. Coulombov zakon. Zakon održanja električnog naboja.

Zakoni međudjelovanja atoma i molekula mogu se razumjeti i objasniti na temelju spoznaja o građi atoma, pomoću planetarnog modela njegove građe. U središtu atoma nalazi se pozitivno nabijena jezgra, oko koje negativno nabijene čestice kruže određenim putanjama. Interakcija između nabijenih čestica naziva se elektromagnetska. Intenzitet elektromagnetskog međudjelovanja određen je fizikalnom veličinom - električnim nabojem, koji se označava q. Jedinica za električni naboj je kulon (C). 1 kulon je električni naboj koji prolazeći kroz presjek vodiča u 1 s stvara u njemu struju od 1 A. Sposobnost električnih naboja da se međusobno privlače i odbijaju objašnjava se postojanjem dvije vrste naboja . Jedna vrsta naboja naziva se pozitivnim; nositelj elementarnog pozitivnog naboja je proton. Druga vrsta naboja naziva se negativnim, njegov nositelj je elektron. Elementarni naboj je Naboj čestica uvijek je predstavljen brojem koji je višekratnik elementarnog naboja.

Ukupni naboj zatvorenog sustava (koji ne uključuje vanjske naboje), tj. algebarski zbroj naboja svih tijela, ostaje konstantan: q1 + q2 + ... + qn = const. Električni naboj se ne stvara niti uništava, već se samo prenosi s jednog tijela na drugo. Ova eksperimentalno utvrđena činjenica naziva se zakon održanja električnog naboja. Nikada i nigdje u prirodi ne nastaje niti nestaje električni naboj istog predznaka. Pojava i nestanak električnih naboja na tijelima u većini slučajeva objašnjava se prijelazima elementarnih nabijenih čestica - elektrona - s jednog tijela na drugo.