Prawo zachowania ładunku elektrycznego. Prawo zachowania ładunku elektrycznego – Hipermarket Wiedzy
Prawo zachowania ładunku mówi, że podczas oddziaływania układu zamkniętego z otaczającą przestrzenią ilość ładunku opuszczającego układ przez jego powierzchnię jest równa ilości ładunku, który dostał się do układu. Inaczej mówiąc, suma algebraiczna wszystkich ładunków układu jest równa zeru.
Wzór 1 – Prawo zachowania ładunku
Jak wiadomo w przyrodzie, istnieją dwa rodzaje opłat. Są to pozytywne i negatywne. Ponadto wysokość opłaty jest dyskretna, to znaczy może zmieniać się tylko fragmentarycznie. Opłata podstawowa brany jest pod uwagę ładunek elektronu. Jeśli do atomu dodamy jeden elektron, stanie się on jonem naładowanym ujemnie. A jeśli to usuniesz, będzie pozytywne.
Główną ideą prawa zachowania ładunku jest to, że ładunek nie pojawia się znikąd i nie znika znikąd. Kiedy pojawi się ładunek jednego znaku, natychmiast pojawia się ładunek przeciwnego znaku o tej samej wartości.
Aby potwierdzić to prawo, przeprowadzimy eksperyment. Do tego potrzebujemy dwóch elektrometrów. Są to urządzenia wskazujące ładunek elektryczny. Składa się z pręta, na którym przymocowana jest oś. Na osi znajduje się strzałka. Wszystko to umieszczono w cylindrycznej obudowie, zamkniętej z obu stron szkłem.
Na pręcie pierwszego elektrometru znajduje się metalowy krążek. Na którym umieścimy kolejny podobny dysk. Pomiędzy dyskami należy ułożyć jakiś izolator. Na przykład tkanina. Górny dysk ma uchwyt dielektryczny. Trzymając ten uchwyt, pocieraj krążki o siebie. W ten sposób je elektryzując.
Rysunek 1 — Elektrometry z przymocowanymi do nich dyskami
Po zdjęciu górnego dysku elektrometr pokaże obecność ładunku. Jego igła będzie się zmieniać. Następnie weźmiemy dysk i przyłożymy go do pręta drugiego elektrometru. Strzałka również się odchyli, wskazując obecność ładunku. Chociaż ładunek będzie miał przeciwny znak. Następnie, jeśli połączymy pręty elektrometrów, strzałki powrócą do pierwotnego położenia. Oznacza to, że opłaty wzajemnie się kompensują.
Rysunek 2 - kompensacja ładunku dysku
Co się wydarzyło w tym eksperymencie? Kiedy pocieraliśmy dyski o siebie, w metalu dysków nastąpiło rozdzielenie ładunków. Początkowo każdy dysk był elektrycznie obojętny. Jeden z nich otrzymał nadmiar elektronów, czyli ładunek ujemny. Drugiemu zabrakło elektronów, czyli został naładowany dodatnio.
Opłaty w w tym przypadku nie pojawił się znikąd. Byli już wewnątrz przewodzących dysków. Tylko oni otrzymywali rekompensatę między sobą. Po prostu ich rozdzieliliśmy. Umieszczając go różne dyski. Kiedy połączyliśmy pręty elektrometrów, ładunki ponownie się kompensowały. Co wskazywały strzałki?
Jeśli weźmiemy pod uwagę elektrometry i dyski jako ujednolicony system. Oznacza to, że pomimo wszystkich naszych manipulacji, całkowity ładunek tego układu był przez cały czas stały. W początkowej chwili dyski były elektrycznie obojętne. Po rozdzieleniu pojawiły się objętościowe ładunki dodatnie i ujemne. Były po prostu tej samej wielkości. Oznacza to, że ładunek w systemie pozostaje taki sam. Po podłączeniu prętów układ wrócił do stanu pierwotnego.
Kiedy ciała są naelektryzowane, prawo konserwatorskie ładunek elektryczny . To prawo obowiązuje dla układu zamkniętego. W układzie zamkniętym algebraiczna suma ładunków wszystkich cząstek pozostaje niezmieniona . Jeśli ładunki cząstek są oznaczone przez q 1, q 2 itd., to
Q 1 +q 2 +q 3 + … + q N= stała
Podstawowym prawem elektrostatyki jest prawo Coulomba
Jeżeli odległość między ciałami jest wielokrotnie większa niż ich rozmiary, to ani kształt, ani rozmiary naładowanych ciał nie wpływają znacząco na interakcje między nimi. W tym przypadku ciała te można uznać za ciała punktowe.
Siła oddziaływania pomiędzy naładowanymi ciałami zależy od właściwości ośrodka pomiędzy naładowanymi ciałami.
Siła oddziaływania pomiędzy dwoma punktowo nieruchomymi naładowanymi ciałami w próżni jest wprost proporcjonalna do iloczynu modułów ładunku i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Siła ta nazywa się siłą Coulomba.
|Q 1 | i | Q 2 | - moduły ładunków ciała,
R– odległość między nimi,
k– współczynnik proporcjonalności.
F- siła interakcji
Siły oddziaływania pomiędzy dwoma stacjonarnymi, punktowo naładowanymi ciałami skierowane są wzdłuż linii prostej łączącej te ciała.
Jednostka ładunku elektrycznego
Jednostką prądu jest amper.
Jeden wisiorek(1 Cl) jest ładunkiem przechodzącym przez przekrój przewodnika w ciągu 1 s przy prądzie 1 A
g [Coulomb=Cl]
e=1,610 -19 C 
-stała elektryczna
BLISKO I DZIAŁAJ NA ODLEGŁOŚĆ
Założeniem, że oddziaływanie pomiędzy odległymi od siebie ciałami zawsze odbywa się za pomocą ogniw pośrednich (lub ośrodków) przenoszących oddziaływanie z punktu do punktu, jest istota teorii działania krótkiego zasięgu. Dystrybucja ze skończoną prędkością.
Teoria działania bezpośredniego na odległość bezpośrednio przez pustkę. Zgodnie z tą teorią działanie jest transmitowane natychmiastowo na dowolnie duże odległości.
Obie teorie są sobie przeciwstawne. Według teorie działania na odległość jedno ciało oddziałuje na drugie bezpośrednio przez pustkę i to działanie jest przekazywane natychmiast.
Teoria krótkiego zasięgu stwierdza, że każda interakcja odbywa się za pomocą czynników pośrednich i rozprzestrzenia się ze skończoną szybkością.
Istnienie pewnego procesu w przestrzeni pomiędzy oddziałującymi ciałami, który trwa przez skończony czas – to jest najważniejsza rzecz, która wyróżnia teorię działanie krótkiego zasięgu z teorii działania na odległość.
Zgodnie z koncepcją Faradaya Ładunki elektryczne nie oddziałują na siebie bezpośrednio. Każdy z nich wytwarza pole elektryczne w otaczającej przestrzeni. Pole jednego ładunku oddziałuje na inny ładunek i odwrotnie. W miarę oddalania się od ładunku pole słabnie.
Oddziaływania elektromagnetyczne muszą rozchodzić się w przestrzeni ze skończoną prędkością.
Pole elektryczne istnieje naprawdę, jego właściwości można badać eksperymentalnie, ale nie możemy powiedzieć, z czego to pole się składa.
O naturze pole elektryczne można powiedzieć, że pole jest materialne; to rzeczownik niezależnie od nas, naszej wiedzy o nim;
Pole ma pewne właściwości, które nie pozwalają na pomylenie go z czymkolwiek innym w otaczającym świecie;
Główną właściwością pola elektrycznego jest jego wpływ na ładunki elektryczne z pewną siłą;
Pole elektryczne ładunków stacjonarnych nazywa się elektrostatyczny. Nie zmienia się z biegiem czasu. Pole elektrostatyczne tworzą wyłącznie ładunki elektryczne. Istnieje w przestrzeni otaczającej te ładunki i jest z nią nierozerwalnie związany.
Siła pola elektrycznego.
Stosunek siły działającej na ładunek umieszczony w danym punkcie pola do tego ładunku w każdym punkcie pola nie zależy od ładunku i można go uznać za cechę pola.
Natężenie pola jest równe stosunkowi siły, z jaką pole działa na ładunek punktowy, do tego ładunku.
Natężenie pola ładunku punktowego.
.
Moduł natężenia pola ładunku punktowego Q o na odległość R jest równe:
.
Jeżeli w danym punkcie przestrzeni różne naładowane cząstki tworzą pola elektryczne o określonej sile 
itd., wówczas wynikowe natężenie pola w tym punkcie wynosi:
LINIE ENERGETYCZNE PODŁOGI ELEKTRYCZNEJ.
SIŁA POLA NAŁADOWANEJ PIŁKI
Pole elektryczne, którego siła jest taka sama we wszystkich punktach przestrzeni, nazywa się jednorodny.
Gęstość linii pola jest większa w pobliżu ciał naładowanych, gdzie natężenie pola jest również większe.
-natężenie pola ładunku punktowego.
Wewnątrz przewodzącej kuli (r > R) natężenie pola wynosi zero.
PRZEWODNIKI W POLU ELEKTRYCZNYM.
Przewodniki zawierają naładowane cząstki, które mogą poruszać się wewnątrz przewodnika pod wpływem pola elektrycznego. Ładunki tych cząstek nazywane są bezpłatne opłaty.
Wewnątrz przewodnika nie ma pola elektrostatycznego. Cały ładunek statyczny przewodnika skupia się na jego powierzchni. Ładunki w przewodniku mogą znajdować się tylko na jego powierzchni.
- jedno z podstawowych praw natury. Prawo zachowania ładunku odkrył w 1747 r. B. Franklin.
Elektron- cząstka będąca częścią atomu. W historii fizyki istniało kilka modeli budowy atomu. Jeden z nich, który pozwala wyjaśnić szereg faktów eksperymentalnych, m.in zjawisko elektryfikacji , zostało zaproponowane E. Rutherforda. Na podstawie swoich eksperymentów doszedł do wniosku, że w centrum atomu znajduje się dodatnio naładowane jądro, wokół którego po orbitach poruszają się ujemnie naładowane elektrony. W atomie obojętnym ładunek dodatni jądra jest równy całkowitemu ładunkowi ujemnemu elektronów. Jądro atomu składa się z dodatnio naładowanych protonów i cząstek obojętnych, neutronów. Moduł ładunku protonu równe ładunkowi elektron. Jeśli jeden lub więcej elektronów zostanie usuniętych z neutralnego atomu, staje się on jonem naładowanym dodatnio; Jeśli do atomu dołączą się elektrony, stanie się on jonem naładowanym ujemnie.
Znajomość budowy atomu pozwala wyjaśnić zjawisko elektryfikacji tarcie . Elektrony słabo związane z jądrem mogą oderwać się od jednego atomu i dołączyć do drugiego. To wyjaśnia, dlaczego może tworzyć się na jednym ciele brak elektronów, a z drugiej - ich nadmiar. W tym przypadku pierwsze ciało zostaje naładowane pozytywnie , i drugi - negatywny .
Po zelektryzowaniu tak się dzieje redystrybucję opłat , oba ciała są naelektryzowane, uzyskując ładunki o tej samej wartości i przeciwnych znakach. W tym przypadku suma algebraiczna ładunków elektrycznych przed i po elektryfikacji pozostaje stała:
q 1 + q 2 + … + q n = stała.
Suma algebraiczna ładunków płytek przed i po elektryfikacji jest równa zeru. Pisemna równość wyraża podstawowe prawo natury - prawo zachowania ładunku elektrycznego.
Jak każde prawo fizyczne, ma ono pewne granice zastosowania: jest sprawiedliwe dla zamkniętego układu ciał , tj. dla zbioru ciał odizolowanych od innych obiektów.
Absolutnie każdy zna takie pojęcie, jak prawo zachowania energii. Energia nie powstaje z niczego i nie znika nigdzie. Przechodzi jedynie z jednej formy w drugą.
To jest podstawowe prawo Wszechświata. To dzięki temu prawu Wszechświat może istnieć stabilnie i przez długi czas.
Sformułowanie prawa zachowania ładunku
Istnieje jeszcze jedno podobne prawo, które również jest jednym z podstawowych. Jest to prawo zachowania ładunku elektrycznego.
W ciałach spoczynkowych i elektrycznie obojętnych ładunki o przeciwnych znakach są równe pod względem wielkości i znoszą się. Kiedy jedno ciało jest elektryzowane przez drugie, ładunki przemieszczają się z jednego ciała do drugiego, ale ich całkowity ładunek pozostaje taki sam.
W izolowanym układzie ciał całkowity ładunek jest zawsze równy pewnej stałej wartości: q_1+q_2+⋯+q_n=const, gdzie q_1, q_2, …, q_n to ładunki ciał lub cząstek wchodzących w skład układu.
Co zrobić z transformacją cząstek?
Jest jeden punkt, który może rodzić pytania dotyczące transformacji cząstek. Rzeczywiście, cząstki mogą rodzić się i znikać, przekształcając się w inne cząstki, promieniowanie lub energię.
Co więcej, takie procesy mogą zachodzić zarówno w przypadku cząstek obojętnych, jak i przenoszących ładunek. Jak w tym przypadku postąpić z zasadą zachowania ładunku?
Okazało się, że narodziny i zanikanie cząstek mogą zachodzić tylko parami. Oznacza to, że cząstki przechodzą w inny rodzaj istnienia, na przykład w promieniowanie tylko jako para, gdy jednocześnie znikają cząstki dodatnie i ujemne.
W tym przypadku pojawia się określony rodzaj promieniowania i pewna energia. W odwrotnym przypadku, gdy naładowane cząstki rodzą się pod wpływem pewnego promieniowania i zużycia energii, również rodzą się tylko parami: dodatnią i ujemną.
W związku z tym całkowity ładunek nowo powstałej pary cząstek będzie wynosić równy zeru i zasada zachowania ładunku jest spełniona.
Eksperymentalne potwierdzenie prawa
Spełnienie prawa zachowania ładunku elektrycznego zostało wielokrotnie potwierdzone eksperymentalnie. Nie ma ani jednego faktu, który sugerowałby inaczej.
Dlatego naukowcy uważają, że całkowity ładunek elektryczny wszystkich ciał we Wszechświecie pozostaje niezmieniony i najprawdopodobniej wynosi zero. Oznacza to, że liczba wszystkich ładunków dodatnich jest równa liczbie wszystkich ładunków ujemnych.
Natura istnienia prawa zachowania ładunku nie jest jeszcze jasna. W szczególności nie jest jasne, dlaczego naładowane cząstki rodzą się i anihilują tylko parami.
Prowadzi do tego, że obowiązuje zasada zachowania ładunku lokalny charakter: zmiana ładunku w dowolnej z góry określonej objętości jest równa przepływowi ładunku przez jej granicę. W pierwotnym sformułowaniu możliwy byłby następujący proces: ładunek znika w jednym punkcie przestrzeni i natychmiast pojawia się w innym. Proces taki byłby jednak relatywistycznie niezmienniczy: ze względu na względność jednoczesności w niektórych układach odniesienia ładunek pojawiałby się w nowym miejscu, a następnie znikał w poprzednim, a w niektórych ładunek pojawiałby się w nowym miejscu jakiś czas po zniknięciu w poprzednim. Oznacza to, że będzie pewien okres, w którym opłata nie zostanie zatrzymana. Wymóg lokalizacji pozwala nam zapisać prawo zachowania ładunku w postaci różniczkowej i całkowej.
Prawo zachowania ładunku w postaci całkowej
Przypomnijmy, że gęstość strumienia ładunku elektrycznego to po prostu gęstość prądu. Fakt, że zmiana ładunku w objętości jest równa całkowitemu prądowi płynącemu przez powierzchnię, można zapisać w formie matematycznej:
Tutaj Ω jest dowolnym obszarem w przestrzeni trójwymiarowej, jest granicą tego obszaru, ρ jest gęstością ładunku i jest gęstością prądu (gęstością strumienia ładunku elektrycznego) na granicy.
Prawo zachowania ładunku w postaci różniczkowej
Przechodząc do nieskończenie małej objętości i korzystając w razie potrzeby z twierdzenia Stokesa, możemy przepisać prawo zachowania ładunku w lokalnej postaci różniczkowej (równanie ciągłości)
Prawo zachowania ładunku w elektronice
Reguły Kirchhoffa dotyczące prądów wynikają bezpośrednio z prawa zachowania ładunku. Połączenie przewodników i elementów radioelektronicznych przedstawiono jako układ otwarty. Całkowity napływ opłat do ten system jest równa sumie ładunków wyprowadzanych z systemu. Zakładają to reguły Kirchhoffa układ elektroniczny nie może znacząco zmienić swojego całkowitego ładunku.
Fundacja Wikimedia. 2010.
Zobacz, jakie jest „Prawo zachowania ładunku elektrycznego” w innych słownikach:
PRAWO ZACHOWANIA ŁADUNKU ELEKTRYCZNEGO- jedno z podstawowych praw natury, które polega na tym, że suma algebraiczna ładunków elektrycznych dowolnego układu zamkniętego (odizolowanego elektrycznie) pozostaje niezmieniona, niezależnie od tego, jakie procesy zachodzą w tym układzie... Wielka encyklopedia politechniczna
prawo zachowania ładunku elektrycznego
Prawo zachowania ładunku- prawo zachowania ładunku elektrycznego, prawo, zgodnie z którym algebraiczna suma ładunków elektrycznych wszystkich cząstek izolowanego układu nie zmienia się podczas zachodzących w nim procesów. Ładunek elektryczny dowolnej cząstki lub układu cząstek... ... Koncepcje nowoczesne nauki przyrodnicze. Glosariusz podstawowych terminów
Podstawowe prawa konserwatorskie prawa fizyczne, zgodnie z którym kiedy określone warunki niektóre mierzalne wielkości fizyczne charakteryzujące zamknięty układ fizyczny nie zmieniają się w czasie. Niektóre z przepisów... ... Wikipedia
prawo zachowania ładunku- krūvio tvermės dėsnis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. prawo zachowania ładunku; prawo zachowania ładunku elektrycznego vok. Erhaltungssatz der elektrischen Ladung, m; Ladungserhaltungssatz, m rus. prawo zachowania ładunku, m; prawo... ...Fizikos terminų žodynas
Prawo zachowania ładunku elektrycznego stwierdza, że suma algebraiczna ładunków układu elektrycznie zamkniętego jest zachowana. Prawo zachowania ładunku jest spełnione absolutnie dokładnie. W chwili obecnej jego pochodzenie wyjaśnia się w konsekwencji zasady... ...Wikipedii
Smak w fizyce cząstek Smaki i liczby kwantowe: Liczba leptonowa: L Liczba barionowa: B Dziwność: S Urok: C Urok: B Prawda: T Isospin: I lub Iz Słaby izospin: Tz ... Wikipedia
Prawo zachowania energii jest podstawowym prawem natury, ustalonym empirycznie i polegającym na tym, że dla izolowanego układu fizycznego można wprowadzić skalarną wielkość fizyczną, która jest funkcją parametrów układu i... .. Wikipedii
