Har du märkt att när du tar av dig en tröja eller t-shirt slår det gnistor och du hör knastrande ljud? Hur är det när du går ut ur bilen och får elektricitet? Detta är statisk elektricitet eller elektrifiering av kroppar. Det uppstår som ett resultat av ackumuleringen elektriska laddningar olika skyltar på föremål med deras efterföljande kompensation. I den här artikeln kommer vi kortfattat att överväga detta fenomen, orsakerna till dess förekomst, såväl som tillämpningsmetoder både i vardagen och i industrin.
Definition
Elektrifiering är processen för separation av elektriska laddningar och deras ackumulering på vissa platser av föremål och kroppar. Fenomenet uppstår som ett resultat av friktion, kontakt med kroppar eller som ett resultat av elektrostatisk induktion. Med enkla ord, när något föremål med ett elektriskt fält finns i närheten.
Låt oss påminna dig: inom fysiken finns det två typer av laddningar - positiva och negativa, eller protoner och elektroner. Det uppstår mellan dem. Liknande laddningar attraherar och till skillnad från laddningar stöter bort.
Fenomenet observeras på nätaggregat och inte bara. Laddningar samlas på dielektrikum, alla såg detta i experiment som illustrerar fenomenet med ebonit- och glasstavar, som demonstrerades i fysiklektionerna i skolan.
Till en början är alla atomer, av vilka allt som omger oss består, elektriskt neutrala. Som ett resultat av fenomenet elektrifiering uppstår positiva eller negativa laddningar på ytan av föremål. Låt oss komma ihåg vår erfarenhet från skolan: om du gnuggar en ebonitpinne med en ylleduk, kommer pinnen att förbli laddad efter att gnidningen upphört. Sedan säger de att kroppen är elektrifierad.
Sålunda, under friktion, överfördes elektroner från ett objekt till ett annat. Som ett resultat, efter att friktionen upphörde, förblev överskott av elektroner "inte på sina egna" kroppar och en överskottsladdning erhölls, och den upphörde att vara neutral. Som ett resultat av att gnugga pinnen mot ull eller päls bildades en negativ laddning på dess yta.
Villkor för förekomsten av fenomenet och metoder för avgiftsöverföring
Vi har berättat hur detta fenomen i naturen förklaras, och låt oss nu titta på hur kroppar kan elektrifieras. Låt oss omedelbart notera att uppfyllandet av alla villkor inte är nödvändigt - elektrifiering kan inträffa av en eller annan anledning, vi kommer att dela upp dem i två huvudgrupper:
Den första är mekanisk interaktion. Under friktion är avståndet mellan föremål jämförbart med avståndet mellan molekylerna i det. Eftersom elektronerna i en av kropparna är svagare bundna till kärnan, flyttar de "bryter ut" till den andra kroppen. Andra metoder för elektrifiering är slag och kontakt.
Den andra gruppen är elektrifiering genom påverkan, det vill säga fenomenet observeras när kroppen utsätts för yttre krafter, inklusive:
- Elektriskt fält. Som ett resultat av påverkan av fältet på ledaren uppstår laddningar på dess yta, och ju mindre böjningsradien på ytan är, desto fler laddningar kommer att ackumuleras här. På så sätt kommer det att finnas flest avgifter på tipset, vi diskuterade den här frågan mer i detalj i artikeln och här
- Exponering för ljus. Upptäckt av professor A.G. Stoletov 1888, är att när zink, aluminium, cesium, natrium, bly, kalium och andra metaller utsätts för ljus, förlorar de elektroner och blir positivt laddade.
- Värme. När en metall värms upp, ges elektroner tillräckligt med energi för att fly metallen, vilket resulterar i att den får en positiv laddning.
- Kemisk reaktion. När det finns två elektroder gjorda av olika metaller uppstår redoxreaktioner, som ett resultat av vilka en av dem blir positivt laddad och den andra negativt laddad. Vi diskuterade detta mer i detalj i artikeln om.
- Under press. I piezoelektrik (kvarts, Rochelle-salt, ammoniumfosfat), under mekanisk verkan (kompression eller spänning), bildas positiva och negativa laddningar på ytorna.
Dessa är huvudtyperna av elektrifiering.
Vilka fysiklagar är förknippade med elektrifiering?
Fenomenet elektrifiering är förknippat med sådana fysiska lagar som:
- . Beskriver kraften med vilken laddningar samverkar. På så sätt kan man avgöra hur starkt elektrifierade kroppar attraheras av varandra.
- . Den säger att den algebraiska summan av laddningar i ett slutet system är konstant. Detta tyder på att överskottsladdningar på elektrifierade föremål inte dyker upp från ingenstans, utan överförs från kropp till kropp.
Vi har redan granskat dessa lagar. Du kan läsa mer i de relevanta artiklarna som vi hänvisade till.
Tillämpning i praktiken
Fenomenet elektrifiering har både positiva och negativa manifestationer. Exempel på positiva tillämpningar:
Det finns också ett antal tillämpningar för rengöring, sortering, filtrering och inom medicin för att påskynda behandlingen.
Den negativa effekten av elektrifiering kan leda till ödesdigra konsekvenser:
- Förekomsten av gnistor när laddade föremål kommer i kontakt. Sådana fall inkluderar gnistor i vardagen som hoppar när du tar av dig tröjan, eller när du får en elektrisk stöt när du stiger ur bilen. Till exempel blir ett flygplan elektrifierat under flygning, och när en stege är ansluten till det kan gnistor hoppa, och på grund av detta är antändning möjlig, så ta först bort laddningen från flygplanet. Det har också förekommit fall av oljetankers som fattat eld på grund av elektrifiering.
- Fenomenet leder till uppkomsten av stora elektriska laddningar, vilket kan leda till fel på elektroniska komponenter i utrustning, både under produktion av utrustning och under drift eller reparation. Detta sker som ett resultat av att verktyget laddas ut på kretskortet. Därför bör elektronikreparatörer arbeta med jordade elektriska handledsremmar och jordade lödkolvar och liknande. Den moderna elementbasen har ett antal tekniska lösningar för att minimera effekten av elektrifiering på deras drift. Till exempel att installera Zener-dioder parallellt med GATE-SOURCE-kretsen för fälteffekttransistorer.
Intressant! Det finns ett känt fall när man vid lackering av kretskort efter installation av elektroniska komponenter observerade en stor avvisningsfrekvens, trots att alla produkter testades före lackering. Frågan uppstod: hur blir man av med problemet med elektrifiering? Problemet löstes genom att sprutpistolen jordades.
GRANSKA FRÅGOR FÖR DISCIPLINPROVET
_____________________FYSIK_________________________
Elektrifiering av kroppar. Metoder för att elektrifiera kroppar. Coulombs lag. Mediets dielektriska konstant.
Att elektrifiera kroppen är att ladda.
Metoder:
Friktion (beröring) – kroppar laddas på samma sätt.
Inflytande – laddat annorlunda
Bestrålning: ultraviolett, röntgen, etc.
Kraften av interaktion mellan två punktladdningar är direkt proportionell mot produkten av storleken på dessa laddningar, omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem, beror på mediet och är riktad längs den räta linjen som förbinder dessa laddningar
ε=F_0/F_avg
Hur många gånger är kraften av interaktion mellan två punktladdningar i ett vakuum större än deras interaktion i ett medium?
ε=ε_avg/ε_0
Elektriskt fält som en speciell typ av materia. Grafisk bild elektriskt fält. Elektrisk fältstyrka. Homogent fält.
Ett elektriskt fält är en speciell typ av materia genom vilken statiska laddningar interagerar.
Egenskaper:
Skapad av laddning
Agera på avgift
Förknippad med laddning
Upptäck med en enda positiv testladdning
Det är obegränsat
Distribueras i vilken miljö som helst
Representerad av kraftlinjer
E=F/q
Den elektriska fältstyrkan vid en given punkt är numeriskt lika med F som verkar på en enhets positiv testladdning placerad i denna punkt elektriskt fält.
SI:
[E]=N/CL
Ett enhetligt elektriskt fält är ett fält där intensiteten är densamma vid varje punkt.
Det elektriska fältets arbete när en laddning flyttas. Potentiell energi avgift. Potential. Potentialskillnad och spänning. Samband mellan fältstyrka och spänning.
φ=A_(1→∞)/q
Potentialen för det elektriska fältet vid en punkt är numeriskt lika med A, vilket det elektriska fältet ger över en enhetspositiv testladdning när man förflyttar sig från en punkt till oändligheten.
φ=E_p/q
SI:
[φ]=J/C=V
Spänning är potentialskillnaden mellan två punktladdningar av ett elektriskt fält.
U=A_(1→2)/q
Potentialen för det elektriska fältet vid en punkt är numeriskt lika med A, vilket det elektriska fältet ger över en enhets positiv testladdning när man flyttar från en given punkt till en annan.
A=E*q*l
A=U*q
U*q=E*q*l
U=E*l
Ledare i ett elektriskt fält. Ekvipotentialyta. Dielektrikum i ett elektriskt fält. Dielektrisk polarisation. Elektrostatiskt skydd.
En elektrifierad ledare har laddningar på sin yta. En elektrifierad ledare förstör E_extern (ϵ_(el.p) inuti ledaren är noll).
Ekvipotentialyta är en yta med lika potential.
Polarisering av ett dielektrikum är rotationen av en dipol i ett elektriskt fält.
Elektrostatiskt skydd - placera enheter som är känsliga för ett elektriskt fält inuti ett slutet ledande skal för att skydda dem från ett externt elektriskt fält.
Ledarens elektriska kapacitet. Kondensatorer. Typer och anslutningar av kondensatorer. Elektrisk fältenergi för en laddad kondensator.
Elektrisk kapacitans hos en ledare är förmågan hos en ledare att ackumulera laddningar på sin yta.
С= q/φ
Ledarens elektriska kapacitet är numeriskt lika med q, som måste placeras på ledaren för att φ=1V.
I SI:
[C]=Cl/V=F
Utanför systemenheter:
1 pF=1*〖10〗^(-12)F
1nF=1*〖10〗^(-9)F
1uF=1*〖10〗^(-6)F
Kondensator - ett system med två ledare separerade av en dielektrikum
Typer av kondensatorer:
Luft
Papper
Elektrolytisk
Sluidny
Keramisk
De följer varandra. Förekomst av nodalpunkter.
W_el=(q*U)/2
W_el=(C*V^2)/2
Elektrisk ström och förutsättningarna för dess existens. Strömstyrka och densitet. Deras måttenheter. Beroende av strömstyrka ur elektronisk synvinkel. Ohms lag för en del av en krets.
Elektrisk ström är den riktade (ordnade) rörelsen av laddade partiklar.
Villkor för existens:
- förekomst av gratis elektriska laddningar i miljön
-skapande av ett elektriskt fält i miljön.
Strömstyrka är ett värde som visar hur mycket laddning som passerat genom en ledares tvärsnitt på 1 sekund.
I=q/t
Si: [I]=Cl/sek=A
Utanför systemenheter:
1uA=1*〖10〗^(-6)A
1mA=1*〖10〗^(-3) A
1kA=1*〖10〗^3 A
Strömtäthet visar antalet laddningar per enhet av en ledares tvärsnittsarea.
j=I/S
SI: [j]=A/m^2
Utanför systemenheter:
1A/〖mm〗^2 =1*〖10〗^(6 A/m^2)
1A/〖cm〗^2 =1*〖10〗^4 A/m^2
1A/〖dc〗^2 =1*〖10〗^2 A/m^2
Låt oss fastställa vad strömstyrkan i en ledare beror på ur elektronisk synvinkel
I=n_0*S*e*v
n_0-typ av ledare
S-tunn eller tjock
e-typ av ledare (TV, vätska, gas).
Ohms lag:
I=U/R
Strömstyrkan i en sektion av kretsen är direkt proportionell mot spänningen vid ändarna av denna sektion, och omvänt proportionell mot resistansen i denna sektion av kretsen.
Si:
[R]=V/A=Ohm
Utanför systemenheter:
1 kOhm=1*〖10〗^3Ohm
1 mOhm=1*〖10〗^6Ohm
Sluten elektrisk krets. Externa och interna delar av kedjan. Källans elektromotoriska kraft elenergi. Ohms lag för en komplett krets med en E.M.F.
Sluten elektrisk krets - konsument + källa
Den yttre delen av kretsen är konsumenten av elektrisk energi
Den inre delen av kretsen är en källa till elektrisk energi
ε=A_st/q
Källans emk är numeriskt lika med A, som utövas av yttre krafter när en enhetsladdning förflyttas inuti källan.
Ohms lag för en sluten krets
I=ε/(R+r)
Strömstyrkan i hela kretsen är direkt proportionell mot källans emk och omvänt proportionell mot summan av kretsens yttre och inre sektioner.
Ledarmotstånd. Beroende av resistans på typ, storlek på ledaren och temperatur. Superledningsförmåga. Ledarresistivitet och måttenheter.
1/(n_0+e+u)=p-resistivitet hos ledaren
R=p*l/S
[p]=Ohm*m
Supraledning är fenomenet med en kraftig minskning av motståndet till noll nära absolut noll
Seriell och parallell anslutning av konsumenter och källor för elektrisk energi.
Konsumentkoppling
Seriell parallell
I_general=I_1=I_2=I_3 I_general=I_1+I_2
U_general=U_1+U_2+U_3 U_general=U_1+U_2
R_general=R_1+R_2+R_3 1/R_general =1/R_1 +1/R_2
R_total=(R_1*R_2)/(R_1+R_2)
Tecken: en efter en Tecken: närvaro av nodalpunkter
Ansluta källor
Seriell parallell
ε_b=ε_1+ε_2+ε_3=ε_1*nε_b=ε_1=ε_2=ε_3
r_b=r_1+r_2+r_3=r_1*n 1/r_b =1/r_1 +1/r_2 +1/r_3
I_b=(ε_1*n)/(R+r_1*n) I_b=ε_1/(R+r_1/m)
Arbete och kraft av elektrisk ström. Deras måttenheter. Termisk effekt nuvarande Joule-Lenz lag. Kortslutning.
A_(elektrisk ström)=U*I*t=P*t
A_(elektrisk ström) beror på strömstyrkan, tiden och beror inte på vilken typ av energi den blir till
Enhet mått:
[A]=V*A*sek=J=W*sek
Utanför systemenheter:
1 Wh=3,6*〖10〗^3J
1 kWh=3,6*〖10〗^6J
1 mWh=3,6*〖10〗^9J
Makt är fysisk kvantitet, som visar enheten för utfört arbete per tidsenhet.
P=U*I
SI:
[P]=W
Utanför systemenheter:
1kW=1*〖10〗^3W
1 mW=1*〖10〗^6W
Joule Lenz lag
Q=I^2*R*t
Mängden värme som frigörs i ledarna är direkt proportionell mot kvadraten på strömstyrkan, motståndet och tiden för strömmens passage genom ledaren.
I_кз=ε/r
Termionisk emission. Arbetsresultat. Kontaktpotentialskillnad. Termoelement och dess tillämpning. Termoelektromotorisk kraft.
Fenomenet att laddning lämnar en ledare under inverkan av hög temperatur kallas emission.
A_out=e*∆φ
e=1,6*〖10〗^(-19)
Enhet mått: [A_out]=Cl*V=J
Extrasystemenheter: 1eV=e*1V=1,6*〖10〗^(-19)J
∆φ-kontaktpotentialskillnad uppstår:
Med olika arbetsfunktioner
För olika mängder av t.ex
Ett termoelement är en enhet som består av två homogena metaller, vars ändar är lödda.
Ansökan:
1. Källa till elektrisk energi
2. Generator "Romashka"
3. Termometer
1.Om t_a=t_0, då ∆φ_1=∆φ_2, I=0
2. t_a>t_b, sedan ∆φ_1>∆φ_2, I≠0
Termo-EMF uppstår i ett termoelement när en av korsningarna värms upp.
Elektrolytisk dissociation. Elektrolys och dess tillämpning. Faradays lagar. Tillämpning av elektrolys.
Elektrolytisk dissociation är en lösning av salter, syror och alkalier.
Elektrolys är processen att frigöra ett ämne vid katoden när elektrisk ström passerar genom elektrolyten.
Ansökan:
För att få raffinerade metaller
Galvanisering är beläggning av en metall med en annan.
Galvanoplastik är produktion av olika basreliefavtryck.
Faradays lagar:
m=k*I*t
Massan av ämnet som frigörs vid katoden är direkt proportionell mot mängden elektricitet som passerar genom elektrolyten per tidsenhet.
M/N_A *q_1=k
k-elektrokemisk ekvivalent.
Fysisk betydelse:
k=m/q
Den elektrokemiska ekvivalenten är numeriskt lika med m substans, som frigörs vid katoden efter att ha passerat q_ed^+ genom elektrolyten.
SI: [k]=Kg/Cl
k=l/F*x; k=e*N_A-Faraday nummer
k~x
Faraday-talet visar hur mycket laddning en envärd jon som finns i 1 mol av ett ämne bär.
F=9,7*〖10〗^4 kg/mol
Elektrisk ström i gaser vid atmosfärstryck. Typer av utsläpp. Konceptet plasma. Elektrisk ström i förtärnade gaser. Begreppet katodstrålar. Elektrisk ström i vakuum. Två-, tre-elektrodslampa. Katodstrålerör.
Gas vid P_atm=dielektrisk
Typer av utsläpp:
Typer av utsläpp:
Beroende oberoende
Usch. 0,1; 1.2 studier 2.3
Närvaro av jonisator (tyst) närvaro av högt U
Ljud, ljus
Plasma är ett ämne i ett tillstånd där det i allmänhet är elektriskt neutralt, men innehåller lika stora mängder fria positiva och negativa laddningar.
Det kan vara kallt (upp till 〖1000〗^° С-eld) och varmt (över 1 〖miljon〗^° С-sol)
Jämförande egenskaper hos ledare, halvledare och dielektrika. Inneboende och föroreningskonduktivitet hos halvledare.
Elektron-hål övergång. Halvledardiod. Direkt och omvänd anslutning av P – H-övergång.
Magnetfält. Magnetisk induktion. Interaktion mellan parallella strömmar. Mediets magnetiska permeabilitet. Magnetiska fält av likströmmar och cirkulära strömmar och solenoid. Ampere kraft. Vänsterhandsregel.
Magnetiskt flöde. Spänning magnetfält. Effekten av ett magnetfält på en rörlig laddning. Lorentz kraft. Konceptet PLASMA, utsikter för dess tillämpning.
Paramagnetiska, diamagnetiska, ferromagnetiska ämnen. Initial magnetiseringskurva för en ferromagnet. Curie poäng.
Elektromagnetisk induktion. Lag elektromagnetisk induktion. Fluxlänkning Förekomsten av inducerad emk när en ledare rör sig i ett magnetfält.
Induktionsströmmens riktning. Lenz regel. Virvelströmmar, deras användning och åtgärder för att bekämpa dem.
Självinduktionsfenomen. Ledarinduktans. Förhållanden som en ledares induktans beror på. Måttenhet för induktans.
Förutsättningar för uppkomsten av svängningar. Parametrar för oscillerande rörelse. Egen och påtvingade svängningar. Harmonisk svängning, dess ekvation och graf.
Utbredning av vibrationer i ett elastiskt medium. Tvärgående och längsgående vågor. Våglängd. Mekanisk resonans.
Ljusets natur. Vinka och kvantteori Sveta. Ljusets hastighet i vakuum och i olika medier. Bestämning av ljusets hastighet med Michelsons metod. Huygens princip.
GRANSKA MÅL
§ 9 nr 14,18,20,21,24.
§10 nr 15,20,30,41,43,48.
§ 11 nr 8,24,27,35,38.
§ 12 nr 10,31,35,52,67,75,82,101,112,129,131,136.
§ 13 nr 11,24,28,37,62,64.
§ 14 nr 13,15,17,31,41,42.
§ 17 nr 18,32,33,34.
Som en del av dagens lektion kommer vi att bekanta oss med en sådan fysisk storhet som laddning, se exempel på överföring av laddningar från en kropp till en annan, lära oss om uppdelningen av laddningar i två typer och samspelet mellan laddade kroppar.
Ämne: Elektromagnetiska fenomen
Lektion: Elektrifiering av kroppar vid kontakt. Interaktion mellan laddade kroppar. Två sorters avgifter
Den här lektionen är en introduktion till det nya avsnittet "Elektromagnetiska fenomen", och i den kommer vi att diskutera de grundläggande begreppen som är förknippade med den: laddning, dess typer, elektrifiering och samspelet mellan laddade kroppar.
Historien om begreppet "el"
Först och främst bör vi börja med att diskutera begreppet el. I moderna världen vi möter det hela tiden på vardagsnivå och kan inte längre föreställa oss vårt liv utan dator, TV, kylskåp, elektrisk belysning etc. Alla dessa apparater fungerar så vitt vi vet tack vare elström och omger oss överallt. Även tekniker som från början inte var helt beroende av elektricitet, som driften av en förbränningsmotor i en bil, börjar sakta blekna in i historien, och elmotorer tar aktivt plats. Så var kom ett sådant ord som "elektrisk" ifrån?
Ordet "elektrisk" kommer från det grekiska ordet "elektron", som betyder "bärnsten" (fossilharts, fig. 1). Även om vi givetvis omedelbart bör föreskriva att det inte finns något direkt samband mellan alla elektriska fenomen och bärnsten, och lite senare kommer vi att förstå varifrån en sådan association kom bland forntida vetenskapsmän.
De första observationerna av elektriska fenomen går tillbaka till 500-600-talen f.Kr. e. Man tror att Thales från Milet (forntida grekisk filosof och matematiker från Milet, Fig. 2) var den första som observerade kropparnas elektriska växelverkan. Han utförde följande experiment: han gned bärnsten med päls, förde den sedan närmare små kroppar (fläckar av damm, spån eller fjädrar) och observerade att dessa kroppar började attraheras av bärnsten utan någon anledning som kunde förklaras vid den tiden . Thales var inte den enda vetenskapsmannen som därefter aktivt genomförde elektriska experiment med bärnsten, vilket ledde till uppkomsten av ordet "elektron" och begreppet "elektrisk".
Ris. 2. Thales of Miletus ()
Låt oss simulera liknande experiment med den elektriska interaktionen av kroppar för detta tar vi finhackat papper, en glasstav och ett pappersark. Om du gnuggar en glasstav på ett pappersark och sedan för den till finhackade pappersbitar, kommer du att se effekten av att små bitar dras till glasstaven (Fig. 3).
Ett intressant faktum är att en sådan process för första gången förklarades ganska fullständigt först på 1500-talet. Sedan blev det känt att det finns två typer av el, och de interagerar med varandra. Begreppet elektrisk interaktion dök upp i mitten av 1700-talet och förknippas med namnet på den amerikanske vetenskapsmannen Benjamin Franklin (fig. 4). Det var han som först introducerade begreppet elektrisk laddning.
Ris. 4. Benjamin Franklin ()
Definition.Elektrisk laddning- en fysisk storhet som kännetecknar storleken på växelverkan mellan laddade kroppar.
Det vi hade möjlighet att observera i experimentet med attraktionen av pappersbitar till en elektrifierad pinne bevisar närvaron av krafter av elektrisk interaktion, och storleken på dessa krafter kännetecknas av ett sådant koncept som laddning. Det faktum att krafterna för elektrisk interaktion kan vara olika kan enkelt verifieras experimentellt, till exempel genom att gnugga samma pinne med olika intensitet.
För att genomföra nästa experiment behöver vi samma glasstav, ett pappersark och en pappersplym monterad på en järnstång (fig. 5). Om du gnuggar pinnen med ett pappersark och sedan rör den mot järnstången, kommer du att märka fenomenet med att sultanens pappersremsor stöter bort varandra, och om du upprepar gnuggningen och beröringen flera gånger, kommer du att se att effekten förstärks. Det observerade fenomenet kallas elektrifiering.
Ris. 5. Pappersultan ()
Definition.Elektrifiering- separation av elektriska laddningar till följd av nära kontakt mellan två eller flera kroppar.
Elektrifiering kan ske på flera sätt, de två första tittade vi på idag:
Elektrifiering genom friktion;
Elektrifierande beröring;
Elektrifiering genom induktion.
Låt oss överväga elektrifiering genom induktion. För att göra detta, ta en linjal och placera den på toppen av järnstången som pappersplymen är fäst på, rör sedan vid staven för att ta bort laddningen på den och räta ut plymens ränder. Sedan elektrifierar vi glasstaven genom friktion med pappret och för den till linjalen, resultatet blir att linjalen börjar rotera på toppen av järnstaven. I det här fallet bör du inte röra linjalen med en glasstav. Detta bevisar att elektrifiering existerar utan direkt kontakt mellan kroppar - elektrifiering genom induktion.
De första studierna av betydelsen av elektriska laddningar går tillbaka till en senare period i historien än upptäckten och försöken att beskriva kroppars elektriska interaktioner. I slutet av 1700-talet kom forskare till slutsatsen att laddningsdelning leder till två fundamentalt olika resultat, och man beslutade att villkorligt dela upp laddningar i två typer: positiva och negativa. För att kunna skilja mellan dessa två typer av laddningar och avgöra vilken som är positiv och vilken som är negativ, kom vi överens om att använda två grundläggande experiment: om du gnider en glasstav på papper (silke) bildas en positiv laddning på stång; om du gnider en ebonitpinne på pälsen bildas en negativ laddning på pinnen (bild 6).
Kommentar.Ebonit- gummimaterial med hög svavelhalt.
Ris. 6. Elektrifiering av stickor med två typer av laddningar ()
Förutom det faktum att uppdelningen av avgifter i två typer infördes, märktes regeln om deras interaktion (Fig. 7):
Liknande laddningar stöter bort;
Motsatta laddningar lockar.
Ris. 7. Interaktion mellan avgifter ()
Betrakta följande experiment för denna interaktionsregel. Låt oss elektrifiera en glasstav genom friktion (dvs. ge den en positiv laddning) och rör den vid staven som pappersplymen är fäst på, som ett resultat kommer vi att se effekten som redan diskuterades tidigare - plymens ränder kommer att börja stöta bort varandra. Nu kan vi förklara varför detta fenomen uppstår - eftersom sultanens ränder är positivt laddade (med samma namn), börjar de stöta bort så mycket som möjligt och bilda en bollformad figur. Dessutom, för att tydligare demonstrera avstötningen av liknande laddade kroppar, kan du ta med en glasstav gnidad med papper till en elektrifierad plym, och du kommer tydligt att se hur pappersremsorna kommer att avvika från staven.
Samtidigt kan två fenomen - attraktionen av motsatt laddade kroppar och avstötningen av liknande laddade kroppar - observeras i följande experiment. För det måste du ta en glasstav, papper och en foliehylsa säkrad med en tråd på ett stativ. Om du gnuggar pinnen med papper och för den till ett oladdat patronfodral, kommer patronhylsan först att attraheras av pinnen, och efter beröring börjar den stöta bort. Detta förklaras av det faktum att hylsan först, tills den har en laddning, kommer att attraheras av pinnen, pinnen kommer att överföra en del av sin laddning till den, och den likadant laddade hylsan kommer att stötas bort från pinnen.
Kommentar. Frågan kvarstår dock om varför den initialt oladdade patronhylsan dras till pinnen. Det är svårt att förklara detta med hjälp av den kunskap som finns tillgänglig för oss i det aktuella stadiet av att studera skolfysik, men låt oss försöka, med blickar framåt, att göra detta kort. Eftersom hylsan är en ledare, när den befinner sig i ett externt elektriskt fält, observeras fenomenet laddningsseparation i den. Det yttrar sig i att fria elektroner i hylsmaterialet rör sig i den riktning som ligger närmast den positivt laddade staven. Som ett resultat blir hylsan uppdelad i två villkorade områden: en är negativt laddad (där det finns ett överskott av elektroner), den andra är positivt laddad (där det finns en brist på elektroner). Eftersom det negativa området på hylsan ligger närmare den positivt laddade stången än dess positivt laddade del, kommer attraktionen mellan olika laddningar att råda och hylsan attraheras av pinnen. Efter detta kommer båda kropparna att få samma laddning och stöta bort.
Denna fråga diskuteras mer i detalj i årskurs 10 i ämnet: "Ledare och dielektrikum i ett externt elektriskt fält."
Nästa lektion kommer att titta på funktionsprincipen för en enhet som ett elektroskop.
Referenser
- Gendenshtein L. E., Kaidalov A. B., Kozhevnikov V. B. Physics 8 / Ed. Orlova V. A., Roizena I. I. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. Fysik 8. - M.: Bustard, 2010.
- Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Fysik 8. - M.: Utbildning.
- Encyclopedia of Brockhaus F.A. och Efron I.A. ().
- YouTube().
- YouTube().
Läxa
- Sida 59: Frågor nr 1-4. Peryshkin A.V. Fysik 8. - M.: Bustard, 2010.
- Metallfoliekulan var positivt laddad. Den lossades och bollen blev neutral. Kan vi säga att bollens laddning har försvunnit?
- I produktionen renas luft med hjälp av elektrostatiska filter för att fånga upp damm eller minska utsläppen. I dessa filter passerar luft genom motsatt laddade metallstavar. Varför dras damm till dessa stavar?
- Finns det ett sätt att ladda åtminstone en del av en kropp positivt eller negativt utan att röra den kroppen med en annan laddad kropp? Motivera ditt svar.
När kroppar gnider mot varandra är det atomernas elektroniska skal som utgör kropparna som "gnuggar". Och eftersom elektroner är svagt bundna till atomernas kärnor, kan elektroner separera från "sina" atomer och flytta till en annan kropp. Som ett resultat uppträder ett överskott av elektroner på den (negativ laddning), och en brist på elektroner (positiv laddning) visas på den första kroppen.
Så, elektrifiering genom friktion förklaras av överföringen av vissa elektroner från en kropp till en annan, som ett resultat av vilket kropparna laddas olika. Därför attraherar kroppar elektrifierade genom friktion mot varandra alltid (se § 8-b). Men förutom elektrifiering genom friktion finns det elektrifiering genom induktion (latin "inductio" - vägledning). Låt oss titta på det experimentellt:
I början av experimentet finns det två metallkulor som nuddar varandra (a). En laddad glasstav (b) förs till en av dem utan att röra den, varefter den andra kulan flyttas bort (c). Nu kan pinnen tas bort - bollarna kommer att laddas motsatt (d).
Låt oss förklara detta experiment utifrån elektronjonteorin.
Först var metallkulorna inte laddade. Det betyder att elektrongasen fanns i kulorna i lika stora mängder (a). Eftersom stången är av glas anser vi att dess laddning är positiv (se § 8-b). Det attraherar negativt laddade partiklar - elektroner. Som ett resultat "strömmar" elektrongasen till vänster sida av den vänstra bollen, och ett överskott av negativ laddning bildas på denna plats (b).
Alla positiva metalljoner är fast bundna till varandra (de är metallen), så de "flödar" inte någonstans. Det betyder att det i alla andra delar av bollarna saknas elektroner, det vill säga en positiv laddning. Och om du i detta ögonblick, utan att ta bort pinnen, flyttar isär bollarna (c) och först därefter tar bort den, kommer bollarna att förbli motsatt laddade (d).
Så, elektrifiering genom induktion förklaras av omfördelningen av elektrongas mellan kroppar (eller delar av kroppen), som ett resultat av att kropparna (eller delar av kroppen) laddas olika. Men frågan uppstår: är alla kroppar mottagliga för elektrifiering genom induktion? Du kan utföra experiment och se till att plast-, trä- eller gummikulor lätt kan elektrifieras genom friktion, men inte genom induktion. Låt oss förklara detta.
Elektroner i gummi, trä och all plast är inte fria, det vill säga de bildar ingen elektrongas som kan strömma in i andra kroppar. Därför, för att elektrifiera kroppar av dessa ämnen, är det nödvändigt att tillgripa deras friktion, vilket främjar separationen av elektroner från "deras" atomer och övergången till en annan kropp.
Så, enligt deras elektriska egenskaper, kan alla ämnen delas in i två grupper. Dielektrik– ämnen som inte har fritt laddade partiklar och leder därför inte laddning från en kropp till en annan. Konduktörer – ämnen med fritt laddade partiklar som kan röra sig, överföra laddning till andra delar av kroppen eller till andra kroppar. Detta illustreras av ritningen med elektroskop, en plastlinjal och metalltråd (se ovan).
Redan i gamla tider var det känt att om du gnuggar bärnsten på ull, börjar det attrahera lätta föremål till sig själv. Senare upptäcktes samma egenskap i andra ämnen (glas, ebonit etc.). Detta fenomen kallas elektrifiering; kroppar som kan dra till sig andra föremål efter gnidning elektrifieras. Fenomenet elektrifiering förklarades utifrån hypotesen om förekomsten av laddningar som ett elektrifierat organ förvärvar.
3.1.2. Interaktion av avgifter. Två typer av elektriska laddningar
Enkla experiment om elektrifiering av olika kroppar illustrerar följande punkter.
1. Det finns två typer av laddningar: positiva (+) och negativa (-). En positiv laddning uppstår när glas gnider mot läder eller siden, och en negativ laddning uppstår när bärnsten (eller ebonit) skaver mot ull.
2. Laddningar (eller laddade kroppar) interagerar med varandra. Lika laddningar stöter bort, och till skillnad från laddningar attraherar.
