Как найти суммарный заряд системы

Закон сохранения заряда

При электризации выполняется закон сохранения заряда. Его в 1843 году сформулировал и подтвердил с помощью эксперимента Майкл Фарадей, английский химик и физик – экспериментатор. Этот закон выполняется для любой замкнутой системы.

Примечание: Чтобы система зарядов была замкнутой, в нее не должны проникать дополнительные заряды снаружи, а принадлежащие этой системе заряды не должны ее покидать.

Сформулируем закон словами

Два электрически нейтральных тела можно наэлектризовать с помощью трения. Во время их электризации заряды перераспределяются между телами. Незначительная часть электронов переходит с одного тела на другое. Новые частицы не возникают, а существующие ранее не исчезают.

Сумма зарядов в замкнутой системе не изменяется.

Формула закона сохранения заряда

Пусть в замкнутой системе находится несколько заряженных частиц, к примеру, n штук. Каждую частицу обозначим буквой (q) и пронумеруем.

Тогда с помощью формулы закон сохранения заряда можно записать так:

[ large boxed {q_{1} + q_{2} + q_{3} + ldots + q_{n}= const } ]

Заряд – скалярная величина, складывают такие величины алгебраически, каждый заряд записывают в формулу со своим знаком.

Примечания:

1. Скалярные величины — это обычные положительные и отрицательные числа.
2. Величина, обозначаемая по латыни словом «константа» – неизменная, а «варианта» – изменяющаяся.

Заряд замкнутой системы – пример

Рассмотрим систему, в которой присутствуют заряженные тела (рис. 1).

Мы можем эти тела перемещать по некоторой области пространства (системе). Пусть заряды тел будут достаточно малыми, чтобы Кулоновские силы не могли самостоятельно сдвинуть любое из тел с места.

Заряды будут действовать друг на друга, так как в пространстве вокруг каждого заряда существует его собственное электрическое поле.

Предположим, что в начальный момент времени, заряженные тела находились в положении, представленном на рисунке 1.

Рис. 1. Замкнутая система зарядов в начальный момент времени

Сложим заряды при учете их знаков и получим общий заряд всех тел, присутствующих в системе:

[ large (+3q) + (-4q) + (+6q) + (-2q) + (-q) = +2q ]

Итак, общий заряд системы в момент времени №1 равен +2q.

Теперь переместим тела, при этом, некоторые из тел приведем в соприкосновение. Между телами произойдет перераспределение зарядов. Читайте подробнее отдельную статью об электризации соприкосновением. Новое положение тел и их заряды представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Замкнутая система зарядов спустя некоторое время

Вычислим теперь общий заряд всех тел системы:

[ large (+2q) + (-3q) + (-3q) + (-q) + (+7q) = +2q ]

Общий заряд системы в момент времени №2 не изменился и равен +2q, потому, что система замкнутая.

Заряды могут перераспределяться между телами, не если система будет замкнутой, то алгебраическая сумма зарядов изменяться не будет.

Число, которое не изменяется, математики обозначают надписью «const».

Суммарный заряд замкнутой системы двух наэлектризованных трением тел, равен нулю. Потому, что выполняется закон сохранения заряда.

Примечание: При электризации трением заряды двух тел равны по модулю и противоположны по знаку. В этом можно убедиться, проведя опыт, описывающий, как соотносятся заряды трущихся тел.

Выводы

1. Сложив все заряды в замкнутой системе, учитывая их знаки, мы получим число, которое не будет изменяться, потому, что система замкнутая.
2. Замкнутость системы означает, что мы не добавляем в нее дополнительные заряды и не убираем из нее никакой из имеющихся зарядов.

Оценка статьи:

(пока оценок нет)

Загрузка…

Электрический заряд

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: электризация тел, взаимодействие зарядов, два вида заряда, закон сохранения электрического заряда.

Электромагнитные взаимодействия принадлежат к числу наиболее фундаментальных взаимодействий в природе. Силы упругости и трения, давление газа и многое другое можно свести к электромагнитным силам между частицами вещества. Сами электромагнитные взаимодействия уже не сводятся к другим, более глубоким видам взаимодействий.

Столь же фундаментальным типом взаимодействия является тяготение — гравитационное притяжение любых двух тел. Однако между электромагнитными и гравитационными взаимодействиями имеется несколько важных отличий.

1. Участвовать в электромагнитных взаимодействиях могут не любые, а только заряженные тела (имеющие электрический заряд).

2. Гравитационное взаимодействие — это всегда притяжение одного тела к другому. Электромагнитные взаимодействия могут быть как притяжением, так и отталкиванием.

3. Электромагнитное взаимодействие гораздо интенсивнее гравитационного. Например, сила электрического отталкивания двух электронов в раз превышает силу их гравитационного притяжения друг к другу.

Каждое заряженное тело обладает некоторой величиной электрического заряда . Электрический заряд — это физическая величина, определяющая силу электромагнитного взаимодействия между объектами природы. Единицей измерения заряда является кулон (Кл).

Два вида заряда

Поскольку гравитационное взаимодействие всегда является притяжением, массы всех тел неотрицательны. Но для зарядов это не так. Два вида электромагнитного взаимодействия — притяжение и отталкивание — удобно описывать, вводя два вида электрических зарядов: положительные и отрицательные.

Заряды разных знаков притягиваются друг к другу, а заряды разных знаков друг от друга отталкиваются. Это проиллюстрировано на рис. 1; подвешенным на нитях шарикам сообщены заряды того или иного знака.

Рис. 1. Взаимодействие двух видов зарядов

Повсеместное проявление электромагнитных сил объясняется тем, что в атомах любого вещества присутствуют заряженные частицы: в состав ядра атома входят положительно заряженные протоны, а по орбитам вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны.

Заряды протона и электрона равны по модулю, а число протонов в ядре равно числу электронов на орбитах, и поэтому оказывается, что атом в целом электрически нейтрален. Вот почему в обычных условиях мы не замечаем электромагнитного воздействия со стороны окружающих тел: суммарный заряд каждого из них равен нулю, а заряженные частицы равномерно распределены по объёму тела. Но при нарушении электронейтральности (например, в результате электризации) тело немедленно начинает действовать на окружающие заряженные частицы.

Почему существует именно два вида электрических зарядов, а не какое-то другое их число, в данный момент не известно. Мы можем лишь утверждать, что принятие этого факта в качестве первичного даёт адекватное описание электромагнитных взаимодействий.

Заряд протона равен Кл. Заряд электрона противоположен ему по знаку и равен Кл. Величина

Кл

называется элементарным зарядом. Это минимальный возможный заряд: свободные частицы с меньшей величиной заряда в экспериментах не обнаружены. Физика не может пока объяснить, почему в природе имеется наименьший заряд и почему его величина именно такова.

Заряд любого тела всегда складывается из целого количества элементарных зарядов:

Если , то тело имеет избыточное количество электронов (по сравнению с количеством протонов). Если же , то наоборот, у тела электронов недостаёт: протонов на больше.

Электризация тел

Чтобы макроскопическое тело оказывало электрическое влияние на другие тела, его нужно электризовать. Электризация — это нарушение электрической нейтральности тела или его частей. В результате электризации тело становится способным к электромагнитным взаимодействиям.

Один из способов электризовать тело — сообщить ему электрический заряд, то есть добиться избытка в данном теле зарядов одного знака. Это несложно сделать с помощью трения.

Так, при натирании шёлком стеклянной палочки часть её отрицательных зарядов уходит на шёлк. В результате палочка заряжается положительно, а шёлк — отрицательно. А вот при натирании шерстью эбонитовой палочки часть отрицательных зарядов переходит с шерсти на палочку: палочка заряжается отрицательно, а шерсть — положительно.

Данный способ электризации тел называется электризацией трением. С электризацией трением вы сталкиваетесь всякий раз, когда снимаете свитер через голову

Другой тип электризации называется электростатической индукцией, или электризацией через влияние. В этом случае суммарный заряд тела остаётся равным нулю, но перераспределяется так, что в одних участках тела скапливаются положительные заряды, в других — отрицательные.

Рис. 2. Электростатическая индукция

Давайте посмотрим на рис. 2. На некотором расстоянии от металлического тела находится положительный заряд . Он притягивает к себе отрицательные заряды металла (свободные электроны), которые скапливаются на ближайших к заряду участках поверхности тела. На дальних участках остаются нескомпенсированные положительные заряды.

Несмотря на то, что суммарный заряд металлического тела остался равным нулю, в теле произошло пространственное разделение зарядов. Если сейчас разделить тело вдоль пунктирной линии, то правая половина окажется заряженной отрицательно, а левая — положительно.

Наблюдать электризацию тела можно с помощью электроскопа. Простой электроскоп показан на рис. 3 (изображение с сайта en.wikipedia.org).

Рис. 3. Электроскоп

Что происходит в данном случае? Положительно заряженная палочка (например, предварительно натёртая) подносится к диску электроскопа и собирает на нём отрицательный заряд. Внизу, на подвижных листочках электроскопа, остаются нескомпенсированные положительные заряды; отталкиваясь друг от друга, листочки расходятся в разные стороны. Если убрать палочку, то заряды вернутся на место и листочки опадут обратно.

Явление электростатической индукции в грандиозных масштабах наблюдается во время грозы. На рис. 4 мы видим идущую над землёй грозовую тучу.

Рис. 4. Электризация земли грозовой тучей

Внутри тучи имеются льдинки разных размеров, которые перемешиваются восходящими потоками воздуха, сталкиваются друг с другом и электризуются. При этом оказывается, что в нижней части тучи скапливается отрицательный заряд, а в верхней — положительный.

Отрицательно заряженная нижняя часть тучи наводит под собой на поверхности земли заряды положительного знака. Возникает гигантский конденсатор с колоссальным напряжением между тучей и землёй. Если этого напряжения будет достаточно для пробоя воздушного промежутка, то произойдёт разряд — хорошо известная вам молния.

Закон сохранения заряда

Вернёмся к примеру электризации трением — натирании палочки тканью. В этом случае палочка и кусок ткани приобретают равные по модулю и противоположные по знаку заряды. Их суммарный заряд как был равен нулю до взаимодействия, так и остаётся равным нулю после взаимодействия.

Мы видим здесь закон сохранения заряда, который гласит: в замкнутой системе тел алгебраическая сумма зарядов остаётся неизменной при любых процессах, происходящих с этими телами:

Замкнутость системы тел означает, что эти тела могут обмениваться зарядами только между собой, но не с какими-либо другими объектами, внешними по отношению к данной системе.

При электризации палочки ничего удивительного в сохранении заряда нет: сколько заряженных частиц ушло с палочки — столько же пришло на кусок ткани (или наоборот). Удивительно то, что в более сложных процессах, сопровождающихся взаимными превращениями элементарных частиц и изменением числа заряженных частиц в системе, суммарный заряд всё равно сохраняется!

Например, на рис. 5 показан процесс , при котором порция электромагнитного излучения (так называемый фотон) превращается в две заряженные частицы — электрон и позитрон . Такой процесс оказывается возможным при некоторых условиях — например, в электрическом поле атомного ядра.

Рис. 5. Рождение пары электрон–позитрон

Заряд позитрона равен по модулю заряду электрона и противоположен ему по знаку. Закон сохранения заряда выполнен! Действительно, в начале процесса у нас был фотон, заряд которого равен нулю, а в конце мы получили две частицы с нулевым суммарным зарядом.

Закон сохранения заряда (наряду с существованием наименьшего элементарного заряда) является на сегодняшний день первичным научным фактом. Объяснить, почему природа ведёт себя именно так, а не иначе, физикам пока не удаётся. Мы можем лишь констатировать, что эти факты подтверждаются многочисленными физическими экспериментами.

В начале XX века английский физик Джозеф Джон Томсон делает важное для мира науки открытие. Он находит в экспериментах с катодными лучами элементарную частицу атома — электрон. Учитывая свойства данной частицы, было логично сразу предположить, что именно электрон является носителем элементарного, то есть более не делимого, заряда. Оставалось одно: измерить заряд количественно.

Во время наших исследований электростатических явлений нам нередко приходилось прибегать к использованию термина «заряд». Заряды, как мы говорили, скапливаются на поверхности, перераспределяются, перемещаются, вроде как притягиваются или отталкиваются — вот и выходит, что заряд, а не что-либо еще, является причиной каждого электрического явления.

Именно заряд, не следствия из его свойств вроде статического электричества. Раз заряд — причина, почему вообще изучение электричества имеет место быть, нам стоит сделать последний рывок перед тем, как статика превратится в динамику. Сегодня мы побываем в экспериментальной лаборатории человека, который получил Нобелевскую премию в 1923 году за капельку масла, наконец перейдем к формулам и тем самым ответим на финальный и, пожалуй, наиболее важный вопрос введения в электрические процессы: что же такое заряд?

Опыт Милликена

Раз в составе атома есть мобильные частицы, способные взаимодействовать с себе подобными частицами внутри прочих атомов, они, вероятнее всего, являются базисом электрических процессов, если последние рассматривать на атомном уровне. Следовательно, частицы эти обладают неким свойством, что позволяют им при взаимодействии и перераспределении «переносить» вместе с собой электричество — можно грубо сказать, что электричество как бы в них «вшито».

Равнодействующая сил в таком случае равна нулю, и тело, как следствие, падает равномерно, не в ускоренном состоянии. Это позволит рассчитать вес и массу.

Электрическая сила

Электрическая сила отличается по своему «нутру» от механических сил: к примеру, и гравитационная сила, и электрическая обе действуют на объект без прямого контакта, условно на расстоянии, однако при этом электрическая сила явно действует не на массу, а как раз обуславливается количеством в теле «электрического свойства». Чем больше количество «электрического свойства», тем больше электрическая сила, — по аналогии, чем больше масса, тем быстрее тело притягивается к Земле.

В общей сложности, «электрическое свойство» — такая же фундаментальная единица, как и масса. Простой итог: «электрическое свойство» субатомных частиц было принято наречь электрическом зарядом.

Милликен, измеряя показатели электрической силы для множества масляных капель в описанном нами выше эксперименте, увидел потрясающую закономерность. Численное значение заряда капелек все время выходило кратным одному и тому же числу. Это полностью вписывалось в понимание на тот момент атомного строения вещества: в капельке ну никак не может быть $4.54$ электрона — их либо $4$, либо $5$.

Примерно число по расчетам было следующее:

$$1.6cdot10^{-19}$$

Определение электрического заряда

Милликену подобным элегантным опытом удалось приблизительно подсчитать, каким количеством заряда обладает один электрон. Заодно продемонстрировать, что «электрическое свойство», то есть заряд — реальная физическая величина и абсолютно конкретное явление.  

Перейдем от абстракций к определениям:

Электрический заряд — фундаментальная величина, определяющая способность частицы вступать в электрические взаимодействия.

Повторимся, что заряд отдаленно напоминает массу — его наличие в природе так же фундаментально, и именно поэтому это слово и было использовано нами в определении выше. Заряд просто существует, являясь свойством субатомных частиц. Его источник — частички, протоны и нейтроны, которые его «переносят».

Элементарное значение заряда, более не делимое, мы с вами уже вывели. Давайте еще раз его запишем, чуть точнее, и дадим ему единицу измерения:

Элементарное значение заряда $e$ равняется $1,602 176 634cdot10^{−19}$. Заряд измеряется в кулонах — $Кл$.

В кулонах — в честь французского физика Шарля Кулона, что подарил миру науки один безумно важный закон взаимодействия зарядов. Его нам еще предстоит изучить. Пока что нам бы разобраться с зарядом в общем, а о том, как они меж собой взаимодействуют, хорошо говорить, когда определены основы.

На заметку. В типовых задачах, конечно, использование точного значения осложняет решение, поэтому обычно его округляют до записанного выше $1.6cdot10^{-19},Кл$.

Заряд: протон, нейтрон, электрон

Протон	Электрон	Нейтрон
e	-e	0

Впрочем, ничего нового, всего лишь иными словами. Несмотря на то, что преимущественно электрон сидит во главе электрического стола и обуславливает своим числом общий заряд тела, аналогичный заряд, с количественной точки зрения, присутствует и у протона, положительной частицы. Ровно сколько элементарного заряда переносит один электрон, ровно столько же — протон. С противоположным знаком. Нейтрон, как мы помним, зарядом не обладает. Его задача — «образовывать» массу атома. Поэтому его заряд принимают за ноль. Ну, о том, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются, думаем, говорить вновь не нужно.

Однако кое-что поясним. Когда произносят слово «заряд», обычно имеют в виду заряд тела, никак не частиц. Набить атом лишними протонами или изъять их — задача чрезмерно трудоемкая, поэтому не забывайте, что положительный заряд тела чаще всего образуется за счет недостатка электронов: когда протонов в атоме становится больше электронов, общий заряд смещается в положительную сторону.

С переизбытком электронов то же самое. В обычном атоме количество протонов и электронов совпадает, и стоит электронам изменить свое количество, меняется заряд атома. Как следствие — всего тела.

Свойства электрического заряда

Свойства зарядов не ограничиваются наличием разнородности в характере взаимодействия. И тем, что разнородное притягивается. Даже по этим двум положениям очевидно, что заряд — прямое следствие электронной структуры атома, поэтому ряд прочих свойств так же обуславливается фактом, что внутри атома располагается фиксированное количество электронов и протонов. На основе этого мы можем, как минимум, выделить еще три свойства-следствия.

Именно:

— исчисляемость заряда;
— сложение заряда;
— закон сохранения заряда.

Заряд складывается и вычитается

Заряды по своей природе похожи на слагаемые в математике, и все благодаря исчисляемости электронов. Дабы это проиллюстрировать, представим атом, к которому присоединилось два лишних электрона.

Вместе с собой они принесли «двойную порцию» отрицательного элементарного заряда. Для наглядности вновь обратимся к углероду, под порядковым номером 6. Следовательно, атом углерода содержит 6 протонов и столько же электронов. Пусть два электрона присоединились к углероду, что изменило его состав частиц до 8 электронов и 6 протонов.

Общий заряд атома до присоединения: $-6e+6e=0$.

Заряд после присоединения: $-6e+6e-2e=-2e$.

Правда… тело состоит из огромного количества атомов, и выражать его суммарный заряд суммой элементарных зарядов — труд титанический. Вспомним, что заряд одного электрона выражается значением $-0.00000000000000000016,Кл$. Поэтому обычно дается заряд для всего тела и обозначается отдельной литерой $q$. Однако алгебраического подхода к суммированию заряда это не меняет.

Так что можно записать следующую формулу в общем для системы тел:

$$sum{Q_{общ}}=q_1+q_2+q_3+…+q_n,$$

где $Q_{общ}$ — общий заряд системы, $q_n$ — значение заряда тела, $n$ — количество тел в системе.

Заряд сохраняется

Электроны из ниоткуда не возникают и никуда бесследно не исчезают. Звучит знакомо, согласитесь? Вот почему, говоря о распределении заряда в замкнутой системе, упоминают закон сохранения заряда. Заряд переходит от одного тела к другому и сохраняется, подобно энергии. Безусловно, если систему разомкнуть, к примеру, от вакуума перейти к наличию в среде воздуха, электроны могут присоединяться к атомам элементов, содержащихся в воздухе, или «умыкнуть» парочку электронов. После кто-то откроет окно, воздушные массы придут в движение и электроны, некогда входящие в состав заряда системы, улетят путешествовать дальше. Тем не менее, заряд не исчез. Всего лишь передислоцировался.   

Выразить данное свойство формулой можно так:

$$sum{Q_{общ}}=q_1+q_2+q_3+…+q_n=const$$

Закон сохранения электрического заряда. Алгебраическая сумма зарядов замкнутой системы остается постоянной величиной.

Заряд исчисляется

Один электрон обладает зарядом примерно величиной в $-0.00000000000000000016,Кл$. Тогда, в $1,Кл$ заряда содержится где-то квинтиллион электронов. Вернее, $6.28cdot10^{18}$ электронов. Сообщает нам это о том, что заряд всегда поддается исчислению с точки зрения элементарных частиц. Скажем, если некое тело обладает зарядом $q$, то связь его с количеством электронов и протонов может быть выражена следующим образом:

$$q=n_2cdot{e}-n_1cdot{e},$$

где $q$ — заряд тела, $e$ — постоянная элементарного заряда, $n_2$ — количество протонов в теле, $n_1$ — количество электронов.

Поскольку протоны располагаются в ядре и редко имеют отношение к общему заряду тела, формулу можно упростить, оставив в ней только компоненту с количеством электронов. Все-таки электронный дисбаланс в подавляющем большинстве случаев приводит к тому, что тело обладает неким показателем заряда.

Отсюда имеем следующее:

$$q=n_Ecdot{e}$$

где $q$ — заряд тела, $e$ — постоянная элементарного заряда, $n_E$ — показатель электронного дисбаланса (значение переизбытка или недостатка электронов).

Итоги раздела

Поздравляем!

Где-то было сложно, где-то было много, но вы справились и полностью завершили раздел введения в электрические процессы. Теперь вы отличаете трибоэлектричество от пироэлектричества, умеете показывать фокусы с турмалином, владеете необычными терминами вроде «валентность» и знаете, что такое заряд. Ни много ни мало, но это отличная база, чтобы следовать дальше.

Пока что электричество для нас — это сосредоточение заряда. Его движение практически не описывалось, в особенности на длинные дистанции. Однако самые восхитительные вещи, должны вам доложить, все же происходят, когда заряд путешествует не локально от тела к телу, а охватывает огромные расстояния. Например, от вашей розетки до электростанции. Как «накопить» столь существенный заряд? Как заставить электроны перемещаться на дистанции в сотни километров? Перемещаются ли электроны вовсе?

Ответы на эти и многие другие вопросы вас удивят. И их мы охватим уже в следующем разделе.

А сейчас — «повторение — мать учения». Приглашаем пройти тестирование по разделу, закрепить изученное, а также ознакомиться с рубрикой «Занимательное дополнение» и приоткрыть завесу тайны над одним из самых загадочных электростатических явлений природы — молнией.

Взаимодействие
тел, имеющих заряды одинакового или
разного знака, можно продемонстрировать
на следующих опытах. Наэлектризуем
эбонитовую палочку трением о мех и
прикоснёмся ею к металлической гильзе,
подвешенной на шёлковой нити. На гильзе
и эбонитовой палочке распределяются
заряды одного знака (отрицательные
заряды). Приближая заряженную отрицательно
эбонитовую палочку к заряженной гильзе,
можно увидеть, что гильза будет
отталкиваться от палочки

Взаимодействие тел с зарядами одного
знака.

Если
теперь поднести к заряженной гильзе
стеклянную палочку, потёртую о шёлк
(положительно заряженную), то гильза
будет к ней притягиваться

Взаимодействие
тел с зарядами разных знаков.

Отсюда
следует, что тела, имеющие заряды
одинакового знака (одноимённо заряженные
тела), взаимно отталкиваются, а тела,
имеющие заряды разного знака (разноименно
заряженные тела), взаимно притягиваются.
Аналогичные вводы получаются, если
приближать два султана, одноименно
заряженные и разноименно заряженные

Закон
Куллона:
Был открыт Шарлем
Кулоном в 1785 г. Проведя большое
количество опытов с металлическими
шариками, Шарль Кулон дал такую
формулировку закона:

Модуль
силы взаимодействия двух точечных
зарядов в вакууме прямо пропорционален
произведению модулей этих зарядов и
обратно пропорционален квадрату
расстояния между ними.

 для
того, чтобы закон был верен, необходимы:

1. Точечность
   зарядов, то есть расстояние между
   заряженными телами должно быть много
   больше их размеров. Впрочем, можно
   доказать, что сила взаимодействия двух
   объёмно распределённых зарядов со
   сферически симметричными непересекающимися
   пространственными распределениями
   равна силе взаимодействия двух
   эквивалентных точечных зарядов,
   размещённых в центрах сферической
   симметрии;

2. Их
   неподвижность. Иначе вступают в силу
   дополнительные эффекты: магнитное
   поле движущегося заряда и соответствующая
   ему дополнительная сила Лоренца,
   действующая на другой движущийся заряд;

3. Расположение
   зарядов в вакууме.

В
векторном виде в формулировке Ш. Кулона
закон записывается следующим образом:

где ≈
8,854187817·10⁻¹²Ф/м — электрическая
постоянная.

Формулировка
закона сохранения заряда

В
телах, которые находятся в покое и
электрически нейтральны, заряды
противоположных знаков равны по величине
и взаимно компенсируют друг друга.
Когда происходит электризация одних
тел другими, заряды переходят с одного
тела на другое, однако их общий суммарный
заряд остается прежним.

В
изолированной системе тел общий суммарный
заряд всегда равен некоторой постоянной
величине: q_1+q_2+⋯+q_n=const,
 где q_1, q_2, …, q_n заряды тел или частиц,
входящих в систему.

25. Электростатическое поле и его характеристики

Электростатическое
поле— поле, созданное неподвижными
в пространстве и неизменными во
времени электрическими зарядами (при
отсутствии электрических токов).
Электрическое поле представляет собой
особый вид материи, связанный с
электрическими зарядами и передающий
действия зарядов друг на друга.

Основные
характеристики электростатического
поля:

• Напряженность(— векторная физическая
  величина, характеризующая электрическое
  поле в данной точке и численно равная
  отношению силы действующей
  на неподвижный пробный заряд,
  помещенный в данную точку поля, к
  величине этого заряда:

.)

• Потенциал(скалярная энергетическая характеристика
  электростатического,
  характеризующая потенциальную
  энергию, которой обладает единичный
  положительный пробный заряд,
  помещённый в данную точку поля.
  Электростатический потенциал
  равен отношению потенциальной
  энергии взаимодействия заряда с
  полем к величине этого заряда:

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Содержание книги

Предыдующая страница

§8. Электростатические взаимодействия. Электрический заряд. Закон Кулона

8.4. Закон сохранения электрического заряда

Использованный Ш. Кулоном способ деления заряда неявно предполагает, что при соприкосновении двух одинаковых шариков их суммарный заряд сохраняется. Фактически Ш. Кулон использовал гипотезу о сохранении электрического заряда. Многочисленные эксперименты по измерению зарядов в различных системах подтвердили эту гипотезу. В настоящее время считается точно установленным закон сохранения электрического заряда: суммарный электрический заряд замкнутой системы сохраняется.

Так, при электризации, если одно тело приобретает положительный заряд, то какое-то другое обязательно заряжается отрицательно. Так, при взаимодействии стекла и шелка стекло заряжается положительно, а шелк отрицательно. При соединении проводников электрический заряд перераспределяется между проводниками, но их суммарный заряд остается неизменным.

Свойство сохранения электрического заряда объясняется в рамках современных представлений о строении вещества. Все вещества построены из электрически заряженных частиц, важнейшими из которых являются отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные протоны. Заряды электрона и протона по модулю равны. В обычном, незаряженном состоянии, суммарный заряд протонов полностью компенсируется зарядом электронов, или число электронов равно числу протонов. Поэтому для таких тел закон сохранения электрического заряда есть закон сохранения электрически заряженных частиц. Более подвижными частицами являются электроны, поэтому в большинстве случаев при электризации происходит переход части электронов с одного тела на другое. Тело, имеющее избыток электронов заряжено отрицательно, тело с недостатком электронов заряжено положительно.

Однако закон сохранения электрического заряда имеет и более фундаментальный смысл. Элементарные частицы при взаимодействиях могут «превращаться» друг в друга – может происходить рождение одних частиц и исчезновения других. Во всех этих превращениях суммарный электрический заряд сохраняется – если появляется положительно заряженная частица, то обязательно появляется отрицательно заряженная частица. В чем причина такого поведения частиц неизвестно. Единственный ответ, который можно дать на этот вопрос – «Так устроен наш мир!»

Следующая страница