Legătura care are loc între particulele încărcate se numește. Interacțiunea corpurilor încărcate

Experimentele fizicianului francez C. Dufay au arătat că corpurile cu sarcini de semn opus (identic) sunt reciproc atrase (respinse). În acest caz, puterea interacțiunii dintre corpurile electrificate depinde într-un mod complex de forma corpurilor electrificate și de natura distribuției sarcinii asupra acestora. Prin urmare, nu există o singură formulă simplă care să descrie interacțiunea electrostatică pentru un caz arbitrar.

Și numai pentru taxe punctuale legea interacțiunii este scrisă într-o formă destul de simplă.

Legea interacțiunii sarcinilor electrice punctuale a fost descoperită în 1785 de C. Coulomb folosind balanțe de torsiune. Balanta de torsiune (Fig. 1) este formata din doua bile identice A si C; bila A se montează pe un culbutor conectat la o contragreutate B și un filet L, al cărui capăt superior este montat pe un cap de torsiune T. Bila C a dispozitivului se montează pe o tijă izolată și se introduce în dispozitiv. Bilele A și C sunt aduse în contact și, deoarece bilele sunt identice, sarcina bilei C este distribuită egal între ele. Bilele se resping reciproc. Unghiul de răsucire al firului determină forța de interacțiune dintre bilele încărcate. Distanța r dintre bile se măsoară cu ajutorul unei scale marcate pe suprafața laterală a cilindrului. Schimbând r și q, C. Coulomb a constatat că

sau, în formă vectorială,

Vector unitar. Forțele de interacțiune dintre două bile încărcate similar sunt prezentate în Figura 2.

Forța de interacțiune între două sarcini electrice punctuale staționare în vid este direct proporțională cu produsul mărimilor sarcinilor, invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele și direcționată de-a lungul dreptei care leagă aceste sarcini.

Legea lui Coulomb este valabilă și pentru bile încărcate la orice distanță între centrele lor, dacă volumul sau densitatea de încărcare a suprafeței fiecăreia dintre ele este constantă. (Rețineți că, spre deosebire de interacțiunea gravitațională, interacțiunea electrostatică poate duce la atracția și respingerea corpurilor.)

Coeficientul de proporționalitate k = 9·10 9 N·m 2 /Cl 2. Adesea, în loc de k, se folosește o altă constantă, numită constantă electrică

Legile interacțiunii atomilor și moleculelor pot fi înțelese și explicate pe baza cunoștințelor despre structura atomului, folosind un model planetar al structurii acestuia. În centrul atomului se află un nucleu încărcat pozitiv, în jurul căruia particulele încărcate negativ se rotesc pe anumite orbite. Interacțiunea dintre particulele încărcate se numește electromagnetică. Se determină intensitatea interacțiunii electromagnetice mărime fizică- sarcina electrica, care se noteaza cu q. Unitatea de sarcină electrică este coulombul (C). 1 coulomb este o sarcină electrică care, trecând prin secțiunea transversală a unui conductor în 1 s, creează în el un curent de 1 A. Capacitatea sarcinilor electrice de a se atrage și de a se respinge reciproc se explică prin existența a două tipuri de sarcini. . Un tip de sarcină este numit pozitiv, purtătorul unei sarcini pozitive elementare este protonul. Un alt tip de sarcină se numește negativ, purtătorul său este un electron. Sarcina elementară este Sarcina particulelor este întotdeauna reprezentată de un număr care este un multiplu al sarcinii elementare.

Încărcare completă sistem închis(care nu include sarcinile externe), adică suma algebrică a sarcinilor tuturor corpurilor rămâne constantă: q1 + q2 + ... + qn = const. Sarcina electrică nu este nici creată, nici distrusă, ci doar transferată de la un corp la altul. Acest fapt stabilit experimental se numește legea conservării sarcinii electrice. Niciodată și nicăieri în natură nu apare sau dispare o sarcină electrică de același semn. Apariția și dispariția sarcinilor electrice pe corpuri în cele mai multe cazuri se explică prin tranzițiile particulelor încărcate elementare - electroni - de la un corp la altul.

Electrificarea este comunicarea unei sarcini electrice către organism. Electrificarea poate apărea, de exemplu, prin contactul (frecarea) unor substanțe diferite și în timpul iradierii. Când are loc electrificarea în organism, apare un exces sau deficiență de electroni.

Dacă există un exces de electroni, corpul capătă o sarcină negativă, iar dacă există o deficiență, capătă o sarcină pozitivă.

Legile interacțiunii sarcinilor electrice staționare sunt studiate de electrostatică.

Legea de bază a electrostaticii a fost stabilită experimental de către fizicianul francez Charles Coulomb și sună după cum urmează: modulul forței de interacțiune între două sarcini electrice fixe punctuale în vid este direct proporțional cu produsul dintre mărimile acestor sarcini și invers proporțional. la pătratul distanței dintre ele.

G este distanța dintre ele, k este coeficientul de proporționalitate, în funcție de alegerea sistemului de unități, în SI

Mărimea care arată de câte ori este mai mare forța de interacțiune a sarcinilor într-un vid decât într-un mediu se numește constantă dielectrică a mediului E. Pentru un mediu cu o constantă dielectrică e, legea lui Coulomb se scrie după cum urmează:

În SI, coeficientul k se scrie de obicei după cum urmează:

Constanta electrica, egala numeric

Folosind constanta electrică, legea lui Coulomb ia forma:

Interacțiunea sarcinilor electrice staționare se numește interacțiune electrostatică sau Coulomb. Forțele Coulomb pot fi reprezentate grafic (Fig. 20, 21).

Definiția 1. Interacțiunea sarcinilor electrice staționare se numește interacțiune electrostatică sau Coulomb. Ramura electrodinamicii care studiază interacțiunea Coulomb se numește electrostatică.

Definiția 2. Interacțiunea corpurilor încărcate. Încărcăturile de același semn se resping reciproc. Sarcinile de semne opuse se atrag reciproc.

Sarcina electrică este o mărime fizică care caracterizează proprietatea particulelor sau a corpurilor de a intra în interacțiuni de forță electromagnetică.

Legea conservării sarcinii electrice prevede că într-un sistem închis de corpuri nu pot fi observate procese de creare sau dispariție a sarcinilor de un singur semn.

Câmp electric. Puterea câmpului.

Definiția 2. Tensiune câmp electric— caracterizarea mărimii fizice vectoriale câmp electricîntr-un punct dat și numeric egal cu raportul dintre forța \vec F care acționează asupra unei sarcini punctuale staționare plasate într-un punct dat din câmp și mărimea acestei sarcini q:

Conductori și dielectrici într-un câmp electric.

Definiția 1.Dirijori- sunt substanțe caracterizate prin prezența în ele a unui număr mare de purtători de sarcină liberi capabili să se deplaseze sub influența unui câmp electric.

Definiția 2. Dielectric (izolator) - o substanță care este practic neconductoare curent electric.

Curent electric constant. Curent, tensiune, rezistență electrică.

Definiția 1. Curentul continuu (ing. curent continuu) este un curent electric care nu se modifică în amploare și direcție în timp.

Definiția 2. Puterea curentului într-un conductor este o mărime scalară, egală numeric cu sarcina care curge pe unitatea de timp prin secțiunea transversală a conductorului.

Definiția 3. Tensiunea (U) este egală cu raportul dintre munca efectuată de câmpul electric pentru a muta o sarcină și cantitatea de sarcină deplasată într-o secțiune a circuitului.

Rezistența electrică (rezistența galvanică) este o mărime fizică care caracterizează proprietățile unui conductor de a împiedica trecerea curentului electric și este egală cu raportul dintre tensiunea de la capetele conductorului și puterea curentului care trece prin acesta.

Electrostatică

Sarcina electrica

legea lui Coulomb

Cântare de torsiune: Cântare de torsiune

Electrodinamică

7. Soc electric numiți mișcarea ordonată a particulelor încărcate sau a corpurilor macroscopice încărcate. Există două tipuri de curenți electrici - curenții de conducție și curenții de convecție.

ELECTROMAGNETISM

14.(Câmp magnetic. Magneți permanenți și câmp magnetic curent)

Câmp magnetic- putere domeniu, acționând asupra sarcinilor electrice în mișcare și asupra corpurilor cu magnetic moment, indiferent de starea mișcării lor; magnetic componentă a electromagnetică câmpuri.

Magneți permanenți au doi poli numiti nord si sud câmpuri magnetice. Între acești poli, câmpul magnetic este situat sub formă de linii închise îndreptate de la polul nord spre sud. Câmpul magnetic al unui magnet permanent acționează asupra obiectelor metalice și a altor magneți.

Dacă aduceți doi magneți aproape unul de celălalt cu poli asemănători, se vor respinge unul pe celălalt. Și dacă au nume diferite, atunci se atrag reciproc. În acest caz, liniile magnetice ale sarcinilor opuse par să fie închise una pe cealaltă.

Dacă un obiect metalic intră în câmpul unui magnet, magnetul îl magnetizează, iar obiectul metalic însuși devine un magnet. Este atras de polul său opus magnetului, astfel încât corpurile metalice par să se „lipească” de magneți.

Câmp magnetic create în jurul sarcinilor electrice pe măsură ce acestea se mișcă. Deoarece mișcarea sarcinilor electrice reprezintă un curent electric, în jurul oricărui conductor cu curent există întotdeauna câmp magnetic curent.

15.(Interacțiunea conductorilor cu curentul. Puterea amperului)

Direcția forței lui Ampere este determinată de regula stângii: dacă mâna stângă poziționat astfel încât componenta perpendiculară a vectorului de inducție magnetică B să intre în palmă, iar cele patru degete întinse să fie îndreptate în direcția curentului, apoi degetul mare îndoit la 90 de grade va arăta direcția forței care acționează asupra secțiunii conductorului cu curentul, adică forța Amperi.

experimentele lui Newton

Experiență în descompunerea luminii albe într-un spectru:

Newton a îndreptat fasciculul lumina soarelui printr-un mic orificiu pe o prismă de sticlă.
La lovirea prismei, fasciculul a fost refractat și pe peretele opus a dat o imagine alungită cu o alternanță de culori curcubeu - un spectru.

OPTICA CANTICA.

Proprietățile ondulatorii și corpusculare ale luminii. Ipoteza lui Planck despre cuante. Foton.

I. Newton a aderat la așa-numitul teoria corpusculară a luminii, conform căreia lumina este un flux de particule care provine dintr-o sursă în toate direcțiile (transfer de materie).
Pe baza teoriei corpusculare, a fost dificil de explicat de ce fasciculele de lumină, care se intersectează în spațiu, nu acționează unele asupra altora. La urma urmei, particulele de lumină trebuie să se ciocnească și să se împrăștie.

Teoria undelor a explicat cu ușurință acest lucru. Valurile, de exemplu la suprafața apei, trec liber unele prin altele, fără a exercita o influență reciprocă.

Cu toate acestea, propagarea rectilinie a luminii, care duce la formarea de umbre ascuțite în spatele obiectelor, este dificil de explicat pe baza teoriei undelor. Cu teoria corpusculară, propagarea rectilinie a luminii este pur și simplu o consecință a legii inerției.

Ipoteza lui Planck- este o presupunere că atomii emit energie electromagnetică (lumină) în porțiuni separate - cuante, și nu continuu.

Energia fiecărei porțiuni este proporțională cu frecvența radiației:

Unde h = 6,63 10 -34 J s - este constanta lui Planck,

v- este frecvența luminii.

Foton (γ ) - este o particulă elementară, un cuantum de radiație electromagnetică.

Emițând și absorbind lumină, se comportă ca un flux de particule cu energie care depinde de frecvență v:

E= hv,

Unde h- este constanta lui Planck.

Energia fotonică adesea exprimată în termeni de frecvență ciclică ω = 2kv, folosind în schimb h dimensiune ћ (a se citi „cenusa cu o linie”), care este egal cu ћ = h/2π. Aceasta înseamnă că energia fotonului poate fi exprimată după cum urmează:

E = hv= ћω.

Pe baza teoriei relativității, energia este legată de masă prin relație E = mс 2. Deoarece energia fotonului este egală cu hv, ceea ce înseamnă masa sa relativistă m p este egal cu:

Fizica atomică și nucleară

33) Structura atomului: model planetar și model Bohr. postulatele cuantice ale lui Bohr.

Absorbția și emisia de lumină de către un atom. Cuantificarea energiei.

Fizică atomică și nucleară - o ramură a fizicii care studiază structura atomului și a nucleului atomic și procesele asociate acestora.

postulatele lui Bohr: 1. Un atom poate fi în stări cuantice staționare speciale, fiecare dintre ele având propria sa energie specifică. În aceste stări, atomul nu emite (sau absoarbe) energie.

două postulate.

1. Un atom nu poate fi decât în stări speciale, staţionare. Fiecare stare corespunde unei anumite valori energetice - un nivel de energie. Fiind într-o stare staționară, un atom nu emite și nici nu absoarbe

Stările staționare corespund orbitelor staționare de-a lungul cărora se mișcă electronii. Numărul de orbite staționare și nivelurile de energie (începând de la primul) sunt în general desemnate cu litere latine: n, k etc. Razele orbitelor, ca și energiile stărilor staționare, pot lua nu oricare, ci anumite valori discrete. Prima orbită este cea mai apropiată de nucleu.

2. Emisia de lumină are loc în timpul tranziției unui atom de la o stare staționară cu energie mai mare E k la o stare staționară cu energie mai mică E n

Conform legii conservării energiei, energia fotonului emis este egală cu diferența de energii a stărilor staționare:

hv = E k - E n .

Din această ecuație rezultă că un atom poate emite lumină doar cu frecvențe

Atomul poate absorbi și fotoni. Când un foton este absorbit, atomul trece de la o stare staționară cu energie mai mică la o stare staționară cu energie mai mare. Toate celelalte stări ale atomului se numesc excitate element chimic are propriul său set caracteristic de niveluri de energie. Prin urmare, trecerea de la un nivel de energie superior la unul inferior va corespunde liniilor caracteristice din spectrul de emisie, diferite de liniile din spectrul altui element Coincidența liniilor de emisie și absorbție în spectrul atomilor unei substanțe chimice date elementul se explică prin faptul că frecvențele undelor corespunzătoare acestor linii din spectru sunt determinate de aceleași niveluri de energie. Prin urmare, atomii pot absorbi lumina doar la frecvențele pe care sunt capabili să le emită.

Unele cantități fizice legate de microobiecte nu se modifică continuu, ci brusc. Se spune că cantități care pot lua numai valori bine definite, adică discrete („discretus” latinesc înseamnă divizat, intermitent) sunt cuantificate. Radiația electromagnetică este emisă sub formă de porțiuni separate. cuante- energie. Valoarea unui cuantum de energie este egală cu

Δ E = hν,

unde Δ E- energie cuantică, J; ν - frecvență, s-1; h- Constanta lui Planck (una dintre constantele fundamentale ale naturii), egală cu 6,626·10−34 J·s.
Cuantele de energie au fost numite mai târziu fotonii Ideea cuantizării energiei a făcut posibilă explicarea originii spectrelor atomice de linii, constând dintr-un set de linii combinate într-o serie.
hidrogen.

Radiația beta

Radiația beta este reprezentată de electroni care sunt mult mai mici decât particulele alfa și pot pătrunde la câțiva centimetri adâncime în corp. Vă puteți proteja de el cu o foaie subțire de metal, sticlă și chiar îmbrăcăminte obișnuită. Când radiațiile beta ajung în zonele neprotejate ale corpului, de obicei afectează straturile superioare ale pielii. În timpul accidentului centralei nucleare de la Cernobîl din 1986, pompierii au suferit arsuri ale pielii ca urmare a expunerii foarte puternice la particulele beta. Dacă o substanță care emite particule beta pătrunde în organism, va iradia țesuturile interne.

Radiația gamma

Radiația gamma este fotoni, adică. unde electromagnetice purtătoare de energie. În aer poate parcurge distanțe lungi, pierzând treptat energie ca urmare a ciocnirilor cu atomii mediului. Radiațiile gamma intense, dacă nu sunt protejate de acestea, pot deteriora nu numai pielea, ci și țesuturile interne. Materialele dense și grele, cum ar fi fierul și plumbul, reprezintă bariere excelente în calea radiațiilor gamma.

Dezintegrarea radioactivă are loc în conformitate cu așa-numita reguli de deplasare, permițându-ne să stabilim ce nucleu ia naștere ca urmare a dezintegrarii unui nucleu părinte dat. Reguli de compensare;

Pentru a-degradare

, (256.4)

Pentru b-degradare

, (256.5)

unde este nucleul mamă, Y este simbolul nucleului fiu, este nucleul de heliu (particulă a), este denumirea simbolică a electronului (sarcina lui este –1 și numărul său de masă este zero). Regulile deplasării nu sunt altceva decât o consecință a două legi care sunt îndeplinite în timpul dezintegrarilor radioactive - conservarea sarcinii electrice și conservarea numărului de masă: suma sarcinilor (numerele de masă) ale nucleelor și particulelor rezultate este egală cu sarcina (numărul de masă) a nucleului original.

Electrostatică

Interacțiunile corpurilor încărcate. Sarcina electrica. Legea conservării sarcinii electrice.

Ceea ce am avut ocazia să observăm în experimentul cu atragerea bucăților de hârtie către un baston electrificat demonstrează prezența forțelor de interacțiune electrică, iar magnitudinea acestor forțe este caracterizată de un astfel de concept precum sarcina. Faptul că forțele interacțiunii electrice pot fi diferite poate fi ușor verificat experimental, de exemplu, prin frecarea aceluiași baston cu intensități diferite. Sarcina electrica– o mărime fizică care caracterizează mărimea interacțiunii corpurilor încărcate. legea conservării sarcinii electrice: Într-un sistem închis electric, suma algebrică a sarcinilor este neschimbată. Un sistem închis electric este un model. Acesta este un sistem care nu este lăsat sau completat de sarcini electrice.
Istorie: Bazele electrostaticii au fost puse de opera lui Coulomb (deși cu zece ani înaintea lui, aceleași rezultate, chiar și cu o acuratețe și mai mare, au fost obținute de Cavendish. Rezultatele muncii lui Cavendish au fost păstrate în arhiva familiei și au fost publicate doar o sută de ani mai târziu); găsit ultima lege interacțiunile electrice au făcut posibil ca Green, Gauss și Poisson să creeze o teorie elegantă din punct de vedere matematic. Cea mai esențială parte a electrostaticei este teoria potențialului creată de Green și Gauss. Multe cercetări experimentale despre electrostatică au fost efectuate de Rees, ale cărui cărți au constituit în trecut ghidul principal pentru studiul acestor fenomene.

Experimentele lui Faraday, efectuate în prima jumătate a anilor treizeci ai secolului al XIX-lea, ar fi trebuit să presupună o schimbare radicală a principiilor de bază ale doctrinei fenomenelor electrice. Aceste experimente au indicat că ceea ce era considerat a fi complet pasiv legat de electricitate, și anume, substanțele izolatoare sau, așa cum le-a numit Faraday, dielectricii, are o importanță decisivă în toate procesele electrice și, în special, în electrificarea conductorilor în sine. Aceste experimente au descoperit că substanța stratului izolator dintre cele două suprafețe ale condensatorului joacă un rol important în valoarea capacității electrice a acelui condensator.

Experimente cu electroliți: 1. Dacă luați o soluție de sulfat de cupru, colectați circuit electricși scufundați electrozii (tijele de grafit dintr-un creion) în soluție, lumina se va aprinde. Există curent!
Repetați experimentul, înlocuind electrodul conectat la negativul bateriei cu un buton de aluminiu. După ceva timp va deveni „aur”, adică. va fi acoperit cu un strat de cupru. Acesta este fenomenul galvanostegiei.

2. Vom avea nevoie de: un pahar cu o soluție puternică de sare de masă, o baterie de lanternă,
doua bucati fir de cupru cca 10 cm lungime se desface capetele firului cu fin pânză de smirghel. Conectați un capăt al firului la fiecare pol al bateriei. Înmuiați capetele libere ale firelor într-un pahar cu soluția. Bulele se ridică lângă capetele coborâte ale firului!

legea lui Coulomb

legea lui Coulomb: forța de interacțiune dintre două corpuri încărcate (forța Coulomb sau forța Coulomb) este direct proporțională cu produsul modulelor sarcinilor lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre sarcini.

Ulterior, legea a căpătat forma finală astfel:

Istorie: Pentru prima dată, G.V Richman și-a propus să studieze experimental legea interacțiunii corpurilor încărcate electric în 1752-1753. Intenționa să folosească electrometrul „indicator” pe care îl proiectase în acest scop. Implementarea acestui plan a fost împiedicată moarte tragică Richman.

În 1759, profesorul de fizică la Academia de Științe din Sankt Petersburg F. Epinus, care a preluat scaunul lui Richmann după moartea sa, a sugerat pentru prima dată că sarcinile ar trebui să interacționeze invers proporțional cu pătratul distanței. În 1760 a apărut mesaj scurt că D. Bernoulli la Basel a stabilit legea pătratică folosind electrometrul proiectat de el. În 1767, Priestley a notat în Istoria electricității că descoperirea lui Franklin despre absența unui câmp electric în interiorul unei bile de metal încărcate ar putea însemna că „Forța de atracție electrică respectă aceleași legi ca și gravitația și, prin urmare, depinde de pătratul distanței dintre sarcini”. Fizicianul scoțian John Robison a susținut (1822) că a descoperit în 1769 că bile cu sarcină electrică egală se resping cu o forță invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele și astfel a anticipat descoperirea legii lui Coulomb (1785).

Cu aproximativ 11 ani înainte de Coulomb, în 1771, legea interacțiunii sarcinilor a fost descoperită experimental de G. Cavendish, dar rezultatul nu a fost publicat și a rămas necunoscut mult timp (peste 100 de ani). Manuscrisele lui Cavendish au fost prezentate lui D. C. Maxwell abia în 1874 de către unul dintre descendenții lui Cavendish la inaugurarea Laboratorului Cavendish și publicate în 1879.

Coulomb însuși a studiat torsiunea firelor și a inventat balanța de torsiune. El și-a descoperit legea folosindu-le pentru a măsura forțele de interacțiune ale bilelor încărcate.

Cântare de torsiune: Cântare de torsiune- un dispozitiv fizic conceput pentru a măsura forțe sau cupluri mici. Au fost inventate de Charles Coulomb în 1777 (conform altor surse, în 1784) pentru a studia interacțiunea sarcinilor electrice punctuale și a polilor magnetici. În forma sa cea mai simplă, dispozitivul constă dintr-un fir vertical pe care este suspendată o pârghie ușoară, echilibrată.

1. Interacțiunea corpurilor încărcate. legea lui Coulomb. Legea conservării sarcinii electrice.

Legile interacțiunii atomilor și moleculelor pot fi înțelese și explicate pe baza cunoștințelor despre structura atomului, folosind un model planetar al structurii acestuia. În centrul atomului se află un nucleu încărcat pozitiv, în jurul căruia particulele încărcate negativ se rotesc pe anumite orbite. Interacțiunea dintre particulele încărcate se numește electromagnetică. Intensitatea interacțiunii electromagnetice este determinată de o mărime fizică - sarcina electrică, care se notează cu q. Unitatea de sarcină electrică este coulombul (C). 1 coulomb este o sarcină electrică care, trecând prin secțiunea transversală a unui conductor în 1 s, creează în el un curent de 1 A. Capacitatea sarcinilor electrice de a se atrage și de a se respinge reciproc se explică prin existența a două tipuri de sarcini. . Un tip de sarcină este numit pozitiv, purtătorul unei sarcini pozitive elementare este protonul. Un alt tip de sarcină se numește negativ, purtătorul său este un electron. Sarcina elementară este Sarcina particulelor este întotdeauna reprezentată de un număr care este un multiplu al sarcinii elementare.

Sarcina totală a unui sistem închis (care nu include sarcinile externe), adică suma algebrică a sarcinilor tuturor corpurilor, rămâne constantă: q1 + q2 + ... + qn = const. Sarcina electrică nu este nici creată, nici distrusă, ci doar transferată de la un corp la altul. Acest fapt stabilit experimental se numește legea conservării sarcinii electrice. Niciodată și nicăieri în natură nu apare sau dispare o sarcină electrică de același semn. Apariția și dispariția sarcinilor electrice pe corpuri în cele mai multe cazuri se explică prin tranzițiile particulelor încărcate elementare - electroni - de la un corp la altul.