Ngarkesa negative e energjisë elektrike. Grimca me ngarkesën më pak negative -

Abstrakt i Inxhinierisë Elektrike

Përfunduar nga: Roman Agafonov

Kolegji agro-industrial Luga

Shtë e pamundur të jepet një përkufizim i shkurtër, i kënaqshëm në të gjitha aspektet e ngarkesës. Jemi mësuar të gjejmë shpjegime të kuptueshme për formacione dhe procese shumë komplekse si një atom, kristale të lëngëta, shpërndarja e molekulave sipas shpejtësive, etj. Por konceptet më themelore, themelore, të pandashme në ato më të thjeshta, të privuara, sipas shkencës sot, nga çdo mekanizëm i brendshëm, nuk mund të shpjegohen shkurtimisht në një mënyrë të kënaqshme. Sidomos nëse objektet nuk perceptohen drejtpërdrejt nga shqisat tona. Ngarkesa elektrike u përket koncepteve të tilla themelore.

Le të përpiqemi së pari të zbulojmë jo se çfarë është një ngarkesë elektrike, por çfarë fshihet pas thënies se një trup ose grimcë e caktuar ka një ngarkesë elektrike.

Ju e dini që të gjithë trupat janë ndërtuar nga grimcat më të vogla, të pandashme në të thjeshta (me sa di tani shkenca), të cilat për këtë arsye quhen elementare. Të gjitha grimcat elementare kanë masë dhe për shkak të kësaj ato tërhiqen nga njëra-tjetra. Sipas ligjit të gravitacionit universal, forca e tërheqjes zvogëlohet relativisht ngadalë ndërsa distanca midis tyre rritet: në përpjesëtim të kundërt me katrorin e distancës. Për më tepër, shumica grimcat elementare, megjithëse jo të gjitha, kanë aftësinë për të bashkëvepruar me njëri-tjetrin me një forcë që gjithashtu zvogëlohet në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës, por kjo forcë është një numër i madh, herë më i madh se forca e gravitetit. Pra, në atomin e hidrogjenit, treguar skematikisht në Figurën 1, një elektron tërhiqet nga bërthama (protoni) me një forcë 1039 herë më të madhe se forca e tërheqjes gravitacionale.

Nëse grimcat bashkëveprojnë me njëra-tjetrën me forca që zvogëlohen ngadalë me rritjen e distancës dhe janë shumë herë më të mëdha se forcat e gravitacionit universal, atëherë ata thonë se këto grimca kanë një ngarkesë elektrike. Vetë grimcat quhen të ngarkuara. Ka grimca pa ngarkesa elektrikepor nuk ka ngarkesë elektrike pa një grimcë.

Ndërveprimet midis grimcave të ngarkuara quhen elektromagnetike. Kur themi që elektronet dhe protonet janë të ngarkuar elektrikisht, kjo do të thotë se ata janë të aftë për bashkëveprime të një lloji të caktuar (elektromagnetik), dhe asgjë më shumë. Mungesa e një ngarkese mbi grimcat do të thotë se ajo nuk zbulon bashkëveprime të tilla. Ngarkesa elektrike përcakton intensitetin e bashkëveprimeve elektromagnetike, ashtu si masa përcakton intensitetin e ndërveprimeve gravitacionale. Ngarkesa elektrike është karakteristika e dytë (pas masës) më e rëndësishme e grimcave elementare, e cila përcakton sjelljen e tyre në botën përreth.

Kështu

Ngarkesa elektrike është një sasi skalare fizike që karakterizon vetinë e grimcave ose trupave për të hyrë në bashkëveprime të forcës elektromagnetike.

Ngarkesa elektrike tregohet me shkronjat q ose Q.

Ashtu si mekanika shpesh e përdor konceptin pika materiale, gjë që bën të mundur thjeshtimin e dukshëm të zgjidhjes së shumë problemeve, ideja e një ngarkese pikë rezulton të jetë efektive në studimin e ndërveprimit të ngarkesave. Një ngarkesë pikë është një trup i ngarkuar, dimensionet e të cilit janë shumë më pak se distanca nga ky trup në pikën e vëzhgimit dhe trupave të tjerë të ngarkuar. Në veçanti, nëse dikush flet për bashkëveprimin e dy ngarkesave pikë, atëherë supozohet se distanca midis dy trupave të ngarkuar të konsideruar është shumë më e madhe se dimensionet e tyre lineare.

Ngarkesa elektrike e një grimce elementare nuk është një "mekanizëm" i veçantë në një grimcë që mund të hiqet prej saj, të zbërthehet në pjesët përbërëse të saj dhe të montohet përsëri. Prania e një ngarkese elektrike në një elektron dhe grimca të tjera nënkupton vetëm ekzistencën e bashkëveprimeve të caktuara midis tyre.

Në natyrë, ka grimca me ngarkesa të kundërta. Ngarkesa e protonit quhet pozitive dhe ngarkesa e elektronit quhet negativ. Një shenjë pozitive e ngarkesës së një grimce nuk do të thotë, sigurisht, se ajo ka përparësi të veçanta. Futja e ngarkesave të dy shenjave thjesht shpreh faktin se grimcat e ngarkuara mund të tërheqin dhe të sprapsin. Me të njëjtat shenja të ngarkesës, grimcat tërhiqen, dhe me shenja të ndryshme, ato tërhiqen.

Nuk ka asnjë shpjegim për ekzistencën e dy llojeve të ngarkesave elektrike tani. Në çdo rast, nuk gjenden ndryshime thelbësore midis ngarkesave pozitive dhe negative. Nëse shenjat e ngarkesave elektrike të grimcave do të përmbyseshin, natyra e ndërveprimeve elektromagnetike në natyrë nuk do të ndryshonte.

Ngarkesat pozitive dhe negative kompensohen shumë mirë në univers. Dhe nëse Universi është i fundëm, atëherë ngarkesa e tij totale elektrike, me shumë gjasë, është e barabartë me zero.

Gjëja më e shquar është se ngarkesa elektrike e të gjitha grimcave elementare është rreptësisht e njëjtë në modul. Ekziston një ngarkesë minimale, e quajtur elementare, të cilën e kanë të gjitha grimcat elementare të ngarkuara. Ngarkesa mund të jetë pozitive, si një proton, ose negative, si një elektron, por moduli i ngarkesës është i njëjtë në të gjitha rastet.

Isshtë e pamundur të ndash një pjesë të ngarkesës, për shembull, nga një elektron. Kjo është ndoshta gjëja më e habitshme. Jo teoria moderne nuk mund të shpjegojë pse ngarkesat e të gjitha grimcave janë të njëjta dhe nuk është në gjendje të llogarisë vlerën e ngarkesës minimale elektrike. Përcaktohet eksperimentalisht duke përdorur eksperimente të ndryshme.

Në vitet 60, pasi numri i grimcave elementare të zbuluara rishtazi filloi të rritet në mënyrë kërcënuese, u hodh një hipotezë se të gjitha grimcat me bashkëveprim të fortë janë të përbëra. Grimcat më themelore u quajtën kuarkë. Doli të jetë e habitshme që kuarkët duhet të kenë një ngarkesë elektrike fraksionale: 1/3 dhe 2/3 ngarkesa elementare... Për të ndërtuar protone dhe neutrone, dy lloje kuarkësh janë të mjaftueshëm. Dhe numri i tyre maksimal, me sa duket, nuk i kalon gjashtë.

Isshtë e pamundur të krijoni një standard makroskopik të një njësie të ngarkesës elektrike, të ngjashme me një standard të gjatësisë - një metër, për shkak të rrjedhjeve të pashmangshme të ngarkesës. Do të ishte e natyrshme që ngarkesa elektronike të merret si njësi (kjo tani bëhet në fizikën atomike). Por në kohën e Kulombit nuk dihej ende për ekzistencën e një elektroni në natyrë. Përveç kësaj, ngarkesa në elektron është shumë e vogël dhe për këtë arsye është e vështirë të përdoret si referencë.

Në Sistemin Ndërkombëtar të Njësive (SI), njësia e ngarkesës - kulb është vendosur duke përdorur njësinë e fuqisë aktuale:

1 kulb (Cl) është një ngarkesë që kalon nëpër prerjen tërthore të një përcjellësi në 1 s në një rrymë prej 1 A.

Ngarkesa prej 1 C është shumë e lartë. Dy ngarkesa të tilla në një distancë prej 1 km do të zmbrapsin njëra-tjetrën me një forcë pak më të vogël se forca me të cilën toka tërheq një ngarkesë me një masë prej 1 ton. Prandaj, është e pamundur të informosh një trup të vogël (me madhësi rreth disa metra) një ngarkesë prej 1 C. Të zmbrapsur nga njëra-tjetra, grimcat e ngarkuara nuk do të ishin në gjendje të qëndronin në një trup të tillë. Nuk ka forca të tjera në natyrë që do të ishin të afta të kompensojnë zmbrapsjen e Coulomb në këto kushte. Por në një përcjellës, i cili është përgjithësisht neutral, nuk është e vështirë të vihet në lëvizje një ngarkesë prej 1 C. Në të vërtetë, në të zakonshmen llambë me një fuqi prej 100 W në një tension prej 127 V, vendoset një rrymë që është pak më e vogël se 1 A. Në këtë rast, një ngarkesë prej gati 1 C kalon përmes seksionit kryq të përçuesit në 1 s.

Një elektrometër përdoret për të zbuluar dhe matur ngarkesat elektrike. Elektrometri përbëhet nga një shufër metalike dhe një shigjetë që mund të rrotullohet rreth një boshti horizontal (Fig. 2). Shufra me një shigjetë është e fiksuar në një mëngë pleksiglas dhe vendoset në një rast metalik cilindrik, të mbuluar me mbulesa qelqi.

Parimi i funksionimit të elektrometrit. Le të prekim shufrën e elektrometrit me një shkop të ngarkuar pozitivisht. Ne do të shohim se gjilpëra e elektrometrit devijohet nga një kënd i caktuar (shih Fig. 2). Rrotullimi i shigjetës shpjegohet me faktin se kur një trup i ngarkuar prek shufrën e elektrometrit, ngarkesat elektrike shpërndahen përgjatë shigjetës dhe shufrës. Forcat e neveritshme që veprojnë midis ngarkesave elektrike me të njëjtin emër në shufër dhe shigjetës bëjnë që shigjeta të kthehet. Ne elektrizojmë shkopin ebonit përsëri dhe përsëri e prekim atë në shufrën e elektrometrit. Përvoja tregon se me një rritje të ngarkesës elektrike në shufër, këndi i devijimit të shigjetës nga pozicioni vertikal rritet. Prandaj, nga këndi i devijimit të gjilpërës së elektrometrit, mund të gjykohet vlera e ngarkesës elektrike të transferuar në shufrën e elektrometrit.

Tërësia e të gjitha fakteve të njohura eksperimentale bën të mundur dallimin e vetive të mëposhtme të ngarkesës:

Ekzistojnë dy lloje të ngarkesave elektrike, të quajtura konvencionale pozitive dhe negative. Trupat që veprojnë në trupat e tjerë të ngarkuar në të njëjtën mënyrë si qelqi i elektrizuar nga fërkimi kundër mëndafshit quhen të ngarkuar pozitivisht. Trupat që veprojnë në të njëjtën mënyrë si eboniti i elektrizuar nga fërkimi kundër leshit quhen të ngarkuar negativisht. Zgjedhja e emrit "pozitiv" për ngarkesat që shfaqen në xham dhe "negativ" për ngarkesat në ebonit është plotësisht e rastësishme.

Akuzat mund të transferohen (për shembull, me kontakt të drejtpërdrejtë) nga një trup në tjetrin. Ndryshe nga pesha e trupit, ngarkesa elektrike nuk është një karakteristikë integrale e një trupi të caktuar. Një trup i njëjtë në kushte të ndryshme mund të ketë një ngarkesë tjetër.

Ashtu si akuzat zmbraps, ndryshe - tërheq. Kjo gjithashtu zbulon ndryshimin themelor midis forcave elektromagnetike dhe atyre gravitacionale. Forcat gravitacionale janë gjithmonë forca gravitacionale.

Një veti e rëndësishme e një ngarkese elektrike është diskreciteti i tij. Kjo do të thotë se ekziston një ngarkesë elementare më e vogël, universale, e mëtejshme e pandashme, kështu që ngarkesa q e çdo trupi është shumëfish i kësaj ngarkese elementare:

ku N është një numër i plotë, e është vlera e ngarkesës elementare. Sipas koncepteve moderne, kjo ngarkesë është numerikisht e barabartë me ngarkesën elektronike e \u003d 1.6 ∙ 10-19 C. Meqenëse vlera e ngarkesës elementare është shumë e vogël, atëherë për shumicën e trupave të ngarkuar të vëzhguar dhe të përdorur në praktikë, numri N është shumë i madh dhe natyra diskrete e ndryshimit të ngarkesës nuk duket. Prandaj, besohet se në kushte normale ngarkesa elektrike e trupave ndryshon pothuajse vazhdimisht.

Ligji për ruajtjen e ngarkesës elektrike.

Brenda një sistemi të mbyllur, për çdo ndërveprim, shuma algjebrike e ngarkesave elektrike mbetet konstante:

Një sistem i izoluar (ose i mbyllur), ne do ta quajmë një sistem trupash, në të cilin nuk futen ngarkesa elektrike nga jashtë dhe nuk hiqen prej tij.

Askund dhe kurrë në natyrë nuk lind ose zhduket një ngarkesë elektrike e së njëjtës shenjë. Shfaqja e një ngarkese elektrike pozitive shoqërohet gjithmonë nga shfaqja e një ngarkese negative të barabartë në madhësi. As ngarkesa pozitive dhe as ajo negative mund të zhduken veçmas, ata mund të neutralizojnë reciprokisht njëri-tjetrin vetëm nëse janë të barabartë në modul.

Pra, grimcat elementare janë në gjendje të transformohen në njëra-tjetrën. Por gjithmonë në lindjen e grimcave të ngarkuara, ka pamjen e një çifti grimcash me ngarkesa të shenjës së kundërt. Lindja e njëkohshme e disa çifteve të tilla gjithashtu mund të vërehet. Grimcat e ngarkuara zhduken, duke u kthyer në ato neutrale, gjithashtu vetëm në çifte. Të gjitha këto fakte nuk lënë asnjë dyshim në lidhje me respektimin rigoroz të ligjit të ruajtjes së ngarkesës elektrike.

Arsyeja për ruajtjen e ngarkesës elektrike është ende e panjohur.

Elektrizimi i trupit

Trupat makroskopikë janë përgjithësisht elektrikisht neutral. Një atom i çdo substance është neutral, pasi numri i elektroneve në të është i barabartë me numrin e protoneve në bërthamë. Grimcat e ngarkuara pozitivisht dhe negativisht janë të lidhura me njëra-tjetrën nga forcat elektrike dhe formojnë sisteme neutrale.

Një trup i madh ngarkohet kur përmban një tepricë grimcash elementare me një shenjë ngarkese. Ngarkesa negative e trupit është për shkak të tepërt të elektroneve në krahasim me protonet, dhe ngarkesa pozitive është për shkak të mungesës së tyre.

Për të përftuar një trup makroskopik të ngarkuar elektrikisht, ose, siç thonë ata, për ta elektrizuar, është e nevojshme të ndahet një pjesë e ngarkesës negative nga ngarkesa pozitive e lidhur me të.

Mënyra më e lehtë për ta bërë këtë është nga fërkimi. Nëse kaloni një krehër nëpër flokët tuaj, atëherë një pjesë e vogël e grimcave më të lëvizshme të ngarkuara - elektronet - do të kalojnë nga flokët në krehër dhe do t'i ngarkojnë ato negativisht, dhe flokët do të ngarkohen pozitivisht. Kur elektrizohen nga fërkimi, të dy trupat marrin ngarkesa të kundërta në shenjë, por të përmasave të barabarta.

Elektrizimi i trupave nga fërkimi është shumë i lehtë. Por shpjegimi se si ndodh kjo doli të ishte një detyrë shumë e vështirë.

1 version. Kur elektrizoni trupat, kontakti i ngushtë midis tyre është i rëndësishëm. Forcat elektrike mbajnë elektronet brenda trupit. Por për substanca të ndryshme, këto forca janë të ndryshme. Me kontakt të ngushtë, një pjesë e vogël e elektroneve të substancës, në të cilën lidhja e elektroneve me trupin është relativisht e dobët, shkon në një trup tjetër. Në këtë rast, zhvendosjet e elektroneve nuk e kalojnë madhësinë e distancave interatomike (10-8 cm). Por nëse trupat shkëputen, atëherë të dy do të ngarkohen. Meqenëse sipërfaqet e trupave nuk janë kurrë plotësisht të lëmuara, kontakti i ngushtë midis trupave të nevojshëm për kalimin vendoset vetëm në zona të vogla të sipërfaqeve. Kur trupat fërkohen me njëri-tjetrin, rritet numri i zonave me kontakt të ngushtë, dhe kështu rritet numri i përgjithshëm i grimcave të ngarkuara që kalojnë nga një trup në tjetrin. Por nuk është e qartë se si elektronet mund të lëvizin në substanca të tilla jopërçuese (izolator) si eboniti, pleksiglasi dhe të tjerët. Mbi të gjitha, ato janë të lidhura në molekulat neutrale.

Versioni 2. Duke përdorur shembullin e një kristali jonik LiF (izolator), ky shpjegim duket kështu. Gjatë formimit të një kristali, lindin lloje të ndryshme të defekteve, në veçanti, vendet e lira të punës - vende të paplotësuara në nyjet e rrjetës kristalore. Nëse numri i vendeve të lira të joneve pozitive të litiumit dhe atyre negative për fluorin nuk është i njëjtë, atëherë kristali do të ngarkohet në vëllim kur të formohet. Por ngarkesa në tërësi nuk mund të mbahet nga kristali për një kohë të gjatë. Gjithmonë ka një sasi të caktuar të joneve në ajër dhe kristali do t’i tërheqë ato nga ajri derisa ngarkesa e kristalit të neutralizohet nga një shtresë jonesh në sipërfaqen e tij. Për izolatorë të ndryshëm, ngarkesat e hapësirës janë të ndryshme, dhe për këtë arsye ngarkesat e shtresave sipërfaqësore të joneve janë të ndryshme. Gjatë fërkimit, shtresat sipërfaqësore të joneve përzihen, dhe kur izolatorët shkëputen, secila prej tyre rezulton të jetë e ngarkuar.

Por a munden dy izolatorë identikë, për shembull, të njëjtët kristale LiF, të elektrizohen gjatë fërkimit? Nëse ata kanë të njëjtat ngarkesa të hapësirës së brendshme, atëherë jo. Por ato gjithashtu mund të kenë ngarkesa të ndryshme të brendshme nëse kushtet e kristalizimit ishin të ndryshme dhe një numër tjetër i vendeve të lira të punës shfaqeshin. Përvoja ka treguar se mund të ndodhë elektrifikimi gjatë fërkimit të kristaleve identike të rubinit, qelibarit, etj. Sidoqoftë, shpjegimi i dhënë nuk është i saktë në të gjitha rastet. Nëse trupat përbëhen, për shembull, nga kristale molekulare, atëherë shfaqja e vendeve të lira në to nuk duhet të çojë në ngarkimin e trupit.

Një mënyrë tjetër e elektrizimit të trupave është ekspozimi i tyre ndaj rrezatimit të ndryshëm (në veçanti, ultraviolet, rrezeve X dhe rrezatimit γ). Kjo metodë është më efektive për elektrizimin e metaleve, kur elektronet rrëzohen nga sipërfaqja e metaleve nën veprimin e rrezatimit, dhe përcjellësi fiton një ngarkesë pozitive.

Elektrifikimi përmes ndikimit. Përçuesi ngarkohet jo vetëm kur bie në kontakt me një trup të ngarkuar, por edhe kur është në ndonjë distancë. Le ta shqyrtojmë këtë fenomen në më shumë detaje. Ne varim fletë të lehta letre në një dirigjent të izoluar (Fig. 3). Nëse fillimisht dirigjenti nuk është i ngarkuar, gjethet do të jenë në një pozicion të paqëndrueshëm. Le t'i afrohemi dirigjentit me një top metalik të izoluar, shumë të ngarkuar, për shembull, me një shufër qelqi. Do të shohim që gjethet, të pezulluara në skajet e trupit, në pikat a dhe b, devijohen, megjithëse trupi i ngarkuar nuk prek përcjellësin. Përçuesi u ngarkua përmes ndikimit, prandaj vetë fenomeni u quajt "elektrifikim përmes ndikimit" ose "induksion elektrik". Ngarkesat e marra nga induksioni elektrik quhen të induktuara ose të induktuara. Gjethet, të pezulluara në mes të trupit, në pikat a 'dhe b', nuk devijojnë. Kjo do të thotë që ngarkesat e induktuara lindin vetëm në skajet e trupit dhe mesi i tij mbetet neutral, ose i pa ngarkuar. Sjellja e një shufre qelqi të elektrizuar në fletët e pezulluara në pikat a dhe b, është e lehtë të sigurohesh që fletët në pikën b të zmbrapsen prej saj, dhe fletët në pikën a të tërheqin. Kjo do të thotë që në skajin e largët të përcjellësit shfaqet një ngarkesë e së njëjtës shenjë si në top, dhe ngarkesat e një shenje tjetër shfaqen në pjesët afër. Duke hequr topin e ngarkuar, do të shohim se gjethet do të ulen. Fenomeni vazhdon në një mënyrë krejtësisht analoge, nëse përsëritni eksperimentin, duke e ngarkuar topin negativisht (për shembull, duke përdorur dyll nënshkrimin).

Nga pikëpamja teoria elektronike këto dukuri shpjegohen lehtësisht me ekzistencën e elektroneve të lira në përcjellës. Kur një ngarkesë pozitive aplikohet në një përcjellës, elektronet tërhiqen prej tij dhe grumbullohen në skajin më të afërt të përcjellësit. Ka një numër të caktuar të elektroneve "të tepërta", dhe kjo pjesë e përcjellësit ngarkohet negativisht. Në skajin më të largët, ka një mungesë elektronesh dhe, për këtë arsye, një tepricë të joneve pozitive: këtu shfaqet një ngarkesë pozitive.

Kur një trup i ngarkuar negativisht sillet te një përcjellës, elektronet grumbullohen në skajin e largët dhe një tepricë e joneve pozitive fitohet në skajin e afërt. Pas heqjes së ngarkesës që shkakton lëvizjen e elektroneve, ato përsëri shpërndahen mbi përcjellësin, në mënyrë që të gjitha pjesët e tij të jenë ende të pa ngarkuara.

Lëvizja e ngarkesave përgjatë përcjellësit dhe akumulimi i tyre në skajet e tij do të vazhdojë derisa efekti i ngarkesave të tepërta të formuara në skajet e përcjellësit të ekuilibrojë ato që burojnë nga topi forcat elektrike, nën ndikimin e të cilave ndodh rishpërndarja e elektroneve. Mungesa e një ngarkese në mes të trupit tregon se forcat që burojnë nga topi janë të ekuilibruara këtu, dhe forcat me të cilat ngarkesat e tepërta të akumuluara në skajet e përcjellësit veprojnë në elektronet e lira.

Ngarkesat e induktuara mund të ndahen nëse përcjellësi ndahet në pjesë në prani të një trupi të ngarkuar. Kjo përvojë është treguar në Fig. 4. Në këtë rast, elektronet e zhvendosur nuk mund të kthehen më mbrapa pasi të heqin topin e ngarkuar; meqenëse ekziston një dielektrikë (ajër) ndërmjet të dy pjesëve të përcjellësit. Elektronet e tepërta shpërndahen në të gjithë anën e majtë; mungesa e elektroneve në pikën b plotësohet pjesërisht nga zona e pikës b ', kështu që secila pjesë e dirigjentit është e ngarkuar: e majta - me një ngarkesë të kundërt në shenjë të ngarkesës së topit, e djathta - me një ngarkesë me të njëjtin emër si ngarkesa e topit. Jo vetëm gjethet ndryshojnë në pikat a dhe b, por edhe gjethet e palëvizshme më parë në pikat a 'dhe b'.

Burov L.I., Strelchenya V.M. Fizika nga A në Z: studentë, aplikantë, tutorë. - Minsk: Paradox, 2000.-- 560 f.

Myakishev G.Ya. Fizika: Elektrodinamika. 10-11 klasa: teksti shkollor. Për një studim të thelluar të fizikës / G. Ya. Myakishev, A.Z. Sinyakov, B.A. Slobodskov. - M.Zh.Busta, 2005.– 476 f.

Fizika: Libër mësuesi. manual për 10 qeliza. shk dhe klasat me në thellësi. studimi fizikantë / O. F. Kabardin, V. A. Orlov, E. E. Evenchik dhe të tjerët; Ed. A. A. Pinsky. - ed. 2 - M.: Edukimi, 1995.-- 415 f.

Libër mësimi për fizikën fillore: Tutorial... Në 3 vëllime / Ed. G.S. Landsberg: T. 2. Energjia elektrike dhe magnetizmi. - M: FIZMATLIT, 2003. - 480 f.

- skalar sasia fizike, i kuantizuar dhe i pandryshueshëm, i cili është një masë sasiore e pronës së trupave fizikë ose grimcave të një substance për të hyrë në bashkëveprim elektromagnetik. Ngarkesa elektrike zakonisht shënohet me shkronja latine q ose Q. Njësia matëse SI për ngarkesën elektrike është Coulomb.
Në botën makroskopike të njohur për ne, një ngarkesë elektrike lind si rezultat i procesit të elektrifikimit, për shembull, elektrizimi nga fërkimi dhe manifestohet në tërheqjen ose zmbrapsjen e trupave të ngarkuar. Fakti që kur fërkohet, qelibari fiton aftësinë për të tërhequr objekte të lehta në vetvete, u përshkrua në vitet 600 para Krishtit. Thales i Miletit. Eksperimentet me një elektroskop tregojnë se kjo mundësi mund të shfaqet më e dobët ose më e fortë, domethënë se ngarkesa elektrike mund të karakterizohet në mënyrë sasiore. Një ngarkesë elektrike mund të rrjedhë nga një trup në tjetrin.
Ngarkesat elektrike janë dy llojesh, ato quhen pozitive dhe negativ akuza (pozitive dhe negative). Ekzistenca e dy llojeve të ngarkesave është një ndryshim i rripit në bashkëveprimin e trupave të elektrizuar. Akuzat me të njëjtin emër tërhiqen, ndryshe nga akuzat që tërhiqen. Kontakti i një trupi të ngarkuar negativisht me një trup të ngarkuar pozitivisht çon në uljen e ngarkesave të trupave, d.m.th. ngarkesa negative kompenson pozitivin dhe anasjelltas. Quhen trupat në të cilët ngarkesat elektrike kompensohen plotësisht asnjanës Të tilla janë shumica e trupave në natyrë, meqenëse forcat e bashkëveprimit midis ngarkesave elektrike janë shumë të rëndësishme dhe ato venë në lëvizje ngarkesat, në të cilat ato kompensohen dhe trupat shkarkohen.
Sasiore, forcat që vijnë nga bashkëveprimi i ngarkesave përshkruhen nga ligji i Coulomb. Ndërveprimi midis ngarkesave ndërmjetësohet nga një fushë elektrike që ndodh rreth çdo trupi të ngarkuar.
Lëvizja e ngarkesave çon në gjenerimin e një rryme elektrike. Lëvizja e akuzave, dmth elektricitet, krijojnë rreth vetes jo vetëm një fushë elektrike, por edhe një fushë magnetike.
Sipas koncepteve moderne, ngarkesa elektrike është një veti e grimcave që përbëjnë atomet dhe molekulat. Bërthamat e atomeve duhet të jenë të ngarkuara pozitivisht, ndërsa elektronet duhet të ngarkohen negativisht. Në përgjithësi, shumica e atomeve janë neutralë, pasi secili prej tyre ka kaq shumë elektrone për të kompensuar ngarkesën shtesë të bërthamës. Ligjet mekanika kuantike çojnë në faktin se bërthamat e rënda janë të rrethuara si një re elektronesh të lehta. Në rastin e një tepricë ose mungese elektronesh, atomet bëhen jone të ngarkuara negativisht ose pozitivisht.
Pjesa më e madhe e rrymës elektrike është për shkak të lëvizjes së elektroneve, megjithatë, në disa raste, për shembull, në elektrolite, rryma elektrike është për shkak të lëvizjes së joneve.
Përveç elektroneve, shumë grimca të tjera elementare kanë një ngarkesë elektrike. Bërthama e një atomi përbëhet nga protone të ngarkuara pozitivisht dhe neutrone neutrale. Përveç kësaj, grimcat e tjera kanë një ngarkesë elektrike: muone, tauons, mezone, kaons, etj. Për çdo grimcë, përveç një fotoni, ekziston një antigrimcë me një ngarkesë elektrike të kundërt. Pra, për një elektron, antigrimca është një pozitron, ngarkesa e së cilës është pozitive, për një proton, një antiproton me një ngarkesë negative, etj.
Një tipar i rëndësishëm i ngarkesës është se ajo është e kuantizuar (diskrete). Kjo është, ekziston ngarkesa më e vogël elektrike me të cilën ngarkesa totale e trupit mund të rritet ose zvogëlohet. Kjo ngarkesë quhet e vetme ose elementare dhe shpesh shënohet me shkronjën latine e.

E \u003d 1.601 10 -19 Cl.

Kështu, ngarkesa elektrike e një grimce mund të konsiderohet në dy esenca: aftësia e një grimce për të krijuar një fushë elektrike dhe për të bashkëvepruar me të: një sasi diskrete që merr vlera të plota, për shembull, dhe një konstante që karakterizon intensitetin e këtij ndërveprimi , vlera sasiore e së cilës është sasia e. Në njësitë pa dimension, intensiteti i bashkëveprimit mund të shprehet me konstantën e strukturës së imët duke ndarë katrorin e e me produktin e dy konstanteve të tjera themelore: shpejtësinë e dritës dhe konstantën e Planck.
Transportuesit e ngarkesës janë grimca të qëndrueshme - të qëndrueshme dhe të paqëndrueshme - të paqëndrueshme. Midis vetë grimcave, një elektron ka një ngarkesë negative njësi, një proton një njësi ngarkese pozitive. Ngarkesa e bërthamave të atomeve përcaktohet nga numri i protoneve në to.
Teoria e kuarkeve thotë se këto grimca elementare kanë një ngarkesë elektrike fraksionale: ose nga një ngarkesë elementare.

Lexoni më shumë në artikullin Ligji i Ruajtjes së Ngarkesës elektrike

Një nga ligjet themelore të fizikës thotë se një ngarkesë elektrike nuk lind ose zhduket. Në botën makroskopike, kjo do të thotë që ngarkesa e një trupi të caktuar mund të rritet ose zvogëlohet vetëm si rezultat i tejmbushjes së tij në trupa të tjerë dhe kompensimit nga ngarkesa e një shenje tjetër. Një sistem i izoluar fizik ruan ngarkesën e tij. Në botën e grimcave elementare, ligji i ruajtjes do të thotë që për çdo transformim të grimcave, shuma algjebrike e ngarkesave të grimcave të ruhet.
Shprehja shpesh përdoret ngarkesa po lëviz, në këtë rast, nënkuptojmë që një transportues ngarkese po lëviz, ose një trup që ka një tepricë të disa transportuesve të ngarkesës. Asnjanësia e trupave tregon se trupa të tillë kanë të njëjtin numër ngarkesash pozitive dhe negative.

3.1 Ngarkesa elektrike

Edhe në kohët antike, njerëzit vunë re se një copë qelibar, e veshur me lesh, fillon të tërheqë objekte të ndryshme të vogla: grimca pluhuri, fije dhe të ngjashme. Ju lehtë mund ta shihni vetë që një krehër plastik, i fërkuar me flokët tuaj, fillon të tërheqë copa të vogla letre. Kjo dukuri quhet elektrifikimi, dhe forcat që veprojnë në këtë rast janë forcat elektrike... Të dy emrat vijnë nga fjala greke "elektron" që do të thotë "qelibar".
Kur fërkoni krehrat me flokë ose një shkop abanoni kundër leshit, sendeve duke ngarkuar, mbi ta ngarkesa elektrike... Trupat e ngarkuar bashkëveprojnë me njëri-tjetrin dhe forcat elektrike lindin midis tyre.
Jo vetëm trupat e ngurtë, por edhe lëngjet dhe madje edhe gazrat mund të elektrizohen nga fërkimi.
Gjatë elektrizimit të trupave, substancat prej të cilave përbëhen trupat elektrizues nuk shndërrohen në substanca të tjera. Kështu, elektrifikimi është një fenomen fizik.
Ekzistojnë dy lloje të ndryshme të ngarkesave elektrike. Ata janë emëruar mjaft me kusht " pozitive "ngarkuar dhe " negativ "ngarkuar (dhe ju mund t'i quani "të zezë" dhe "të bardhë", ose "të bukur" dhe "të tmerrshëm", ose diçka tjetër).
Ngarkuar pozitivisht ata i quajnë trupa që veprojnë në objekte të tjera të ngarkuara në të njëjtën mënyrë si qelqi, të elektrizuar nga fërkimi kundër mëndafshit.
Ngarkuar negativisht ata thërrasin trupa që veprojnë në objekte të tjera të ngarkuara në të njëjtën mënyrë si dylli mbyllës i elektrizuar nga fërkimi me leshin.
Prona kryesore e trupave dhe grimcave të ngarkuara: trupat dhe grimcat e ngarkuara me gjasë tërhiqen, dhe trupat e ngarkuar në mënyrë të kundërt tërhiqen. Në eksperimentet me burimet e ngarkesave elektrike, do të njiheni me disa veti të tjera të këtyre ngarkesave: ngarkesat mund të "rrjedhin" nga një objekt në tjetrin, të grumbullohen, një shkarkesë elektrike mund të ndodhë midis trupave të ngarkuar, etj. Këto veti do t'i studioni në detaje në kursin e fizikës.

Ngarkesa elektrike ( Pyetje ose q) Quantityshtë një sasi fizike, mund të jetë pak a shumë, dhe, për këtë arsye, mund të matet. Por fizikanët nuk mund të krahasojnë akoma drejtpërdrejt ngarkesat me njëri-tjetrin, prandaj ata nuk i krahasojnë vetë ngarkesat, por veprimin që trupat e ngarkuar ushtrojnë mbi njëri-tjetrin, ose mbi trupat e tjerë, për shembull, forcën me të cilën një trup i ngarkuar vepron mbi tjetrin.

Forcat (F) që veprojnë në secilin prej dy trupave të ngarkuar me pikë drejtohen në mënyrë të kundërt përgjatë vijës së drejtë që lidh këto trupa. Vlerat e tyre janë të barabarta me njëra-tjetrën, në përpjesëtim të drejtë me produktin e ngarkesave të këtyre trupave (q 1 ) dhe (q 2 ) dhe janë në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës (l) ndërmjet tyre.

Ky raport quhet "ligji i Kulombit" në nder të fizikanit francez Charles Coulomb (1763-1806) i cili e zbuloi atë në 1785. Varësia e forcave të Kulombit nga shenja e ngarkesës dhe distanca midis trupave të ngarkuar, e cila është më e rëndësishme për kiminë, tregohet qartë në Fig. 3.1

Njësia e matjes për një ngarkesë elektrike është një kulomb (përkufizimi në një kurs fizike). Një ngarkesë prej 1 C rrjedh përmes një llambë 100 vat në rreth 2 sekonda (në 220 V).

Deri në fund të shekullit të 19-të, natyra e energjisë elektrike mbeti e paqartë, por eksperimente të shumta çuan shkencëtarët në përfundimin se madhësia e një ngarkese elektrike nuk mund të ndryshojë vazhdimisht. U zbulua se ekziston pjesa më e vogël, e pastaj e pandashme e energjisë elektrike. Ngarkesa e kësaj pjese quhet "ngarkesë elektrike elementare" (shënuar me shkronjë) e) Doli të jetë 1.6. 10-19 kl. Kjo është një vlerë shumë e vogël - gati 3 miliardë miliardë ngarkesa elementare elektrike kalojnë përmes filamentit të së njëjtës llambë në 1 sekondë.
Çdo ngarkesë është shumëfish i një ngarkese elektrike elementare, prandaj, një ngarkesë elektrike elementare është e përshtatshme për t'u përdorur si një njësi për matjen e ngarkesave të vogla. Kështu,

1e \u003d 1.6. 10-19 kl.

Në kapërcyell të shekujve 19 dhe 20, fizikanët kuptuan se bartësi i një ngarkese elektrike elementare negative është një mikropjesë, e cila mori emrin elektron (Joseph John Thomson, 1897). Bartësi i një ngarkese elementare pozitive është një mikropjesë e quajtur protoni - u zbulua pak më vonë (Ernest Rutherford, 1919). Në të njëjtën kohë u vërtetua se ngarkesat elektrike elementare pozitive dhe negative janë të barabarta në vlerë absolute

Kështu, ngarkesa elektrike elementare është ngarkesa e protonit.
Ju do të njiheni me karakteristikat e tjera të elektronit dhe protonit në kapitullin tjetër.

Përkundër faktit se përbërja e trupave fizikë përfshin grimca të ngarkuara, në gjendje normale trupat janë të pa ngarkuar, ose elektrikisht neutral... Shumë grimca komplekse, të tilla si atomet ose molekulat, janë gjithashtu elektrike neutral. Ngarkesa totale e një grimce të tillë ose një trupi të tillë rezulton të jetë zero sepse numri i elektroneve dhe numri i protoneve që përbëjnë grimcën ose trupin janë të barabartë.

Trupat ose grimcat ngarkohen nëse ngarkesat elektrike janë të ndara: në një trup (ose grimcë) ka një tepricë të ngarkesave elektrike të një shenje, dhe në tjetrën - një tjetër. Në fenomenet kimike, një ngarkesë elektrike e çdo shenje (pozitive ose negative) nuk mund të shfaqet dhe as të zhduket, pasi që bartësit e ngarkesave elektrike elementare të vetëm një shenje nuk mund të shfaqen ose zhduken.

NENI ELEKTRIK Pozitiv, NGARIMI ELEKTRIK NEGATIV, PRONP THEMELORE E ORGANEVE DHE PJESAVE T CH NGARKUARA, LIGJI I KOLONS, NDRYSHIMI ELEKTRIK ELEKTRIK
1. Si ngarkohet mëndafshi kur fërkohet me xhamin? Dhe leshi kur fërkohet me dyllin vulosës?
2. Cili është numri i ngarkesave elektrike elementare është 1 kulb?
3. Përcaktoni forcën me të cilën tërhiqen njëra-tjetra dy trupa me ngarkesa +2 C dhe –3 C, të cilat janë në një distancë prej 0.15 m nga njëra-tjetra.
4. Dy trupa me ngarkesa +0,2 C dhe –0,2 C janë në një distancë prej 1 cm nga njëri-tjetri. Përcaktoni forcën me të cilën tërhiqen.
5. Me çfarë forcë tërhiqen nga njëra-tjetra dy grimca që mbajnë të njëjtën ngarkesë të barabartë me +3 e, dhe ndodhet në një distancë prej 2 E? Vlera e konstantës në ekuacionin e ligjit të Coulomb k \u003d 9 10 9 N.m 2 / Kl 2.
6. Me çfarë force tërhiqet një elektron nga një proton nëse distanca midis tyre është 0,53 Е? Dhe protoni në elektron?
7. Dy topa të ngarkuar në mënyrë identike dhe identike janë të lidhura nga një fije jopërçuese. Mesi i fijes është i fiksuar. Vizatoni se si do të vendosen këto topa në hapësirë \u200b\u200bnë kushte kur forca e gravitetit mund të neglizhohet.
8. Si, në të njëjtat kushte, do të vendosemi në hapësirën tre të njëjtat topa, të lidhur me të njëjtën gjatësi të fijeve në një mbështetëse? Dhe katër?
Eksperimente mbi tërheqjen dhe zmbrapsjen e trupave të ngarkuar.

Faqja 3

Për shkak të këtij depërtimi, dendësia e ngarkesës elektrike negative në hapësirën ndër-bërthamore rritet. Bërthamat atomike të ngarkuara pozitivisht tërhiqen nga rajoni i mbivendosur i reve të elektronit. Kjo tërheqje mbizotëron mbi zmbrapsjen e ndërsjellë të elektroneve si të ngarkuara, kështu që si rezultat formohet një molekulë e qëndrueshme.

Nëse një elektron i lirë me një ngarkesë elektrike negative vendoset në hapësirën midis dy elektrodave me një ndryshim potencial Lart, atëherë nën ndikimin fushe elektrike elektroni do të fillojë të lëvizë drejt elektrodës pozitive (anode).

Thomson ishte në gjendje të tregonte se një ngarkesë elektrike negative hiqej nga një pllakë zinku nën këtë veprim rrezatimi ultraviolet, përbëhet nga elektronet. Emetimi i elektroneve nga ultraviolet ose radiografia quhet efekti fotoelektrik. Elektronet e dhëna nga pllaka metalike quhen fotoelektronë; ato nuk ndryshojnë në karakter nga elektronet e tjerë.

Një elektron është një grimcë me një ngarkesë elektrike negative e - - 1 6XYu - 19 C. Masa e tij në qetësi është e barabartë me 9 107х10 - 28 g. Elektroni ka moment moment këndor (rrotullim), i cili shkakton rrotullimin e elektronit rreth boshtit të vet. Si rezultat i rrotullimit, lind një moment magnetik dipol, i cili përcakton vetitë e avullit - dhe substancave ferromagnetike.

Pjesa tjetër e molekulës merr një ngarkesë elektrike negative.

Grimcat e argjilës në ujë marrin një ngarkesë elektrike negative, e cila shkakton fenomene të ndryshme elektrokinetike që ndodhin në sipërfaqen e grimcave të argjilës.

Thomson ishte në gjendje të tregonte se ngarkesa elektrike negative e hequr nga një pllakë zinku nën ndikimin e dritës ultravjollcë përbëhet nga elektronet. Emetimi i elektroneve nga drita ultraviolet ose rrezet X quhet efekti fotoelektrik.

Një elektron është grimca më e vogël e ngarkesës elektrike negative, vlera e së cilës është e barabartë me e 1 605 - 10 - 19 k esp e 4 833 X X 10 -10 njësi absolute elektrostatike.

Zgjidhja shkaktohet nga prania e një ngarkese elektrike pozitive ose negative në grimcat e tretura dhe polaritetin e molekulave të tretësit.

Një elektron është grimca më e vogël e ngarkesës elektrike negative, vlera e së cilës është e barabartë me e 1 605 - 10 - 19 k ose e 4 8 3 X X 10 -10 njësi absolute elektrostatike.

Me zbulimin e elektronit - bartësin e një ngarkese elektrike negative, dhe pastaj protonin, i cili ka një ngarkesë pozitive, atomi filloi të konsiderohej si një formacion material, i përbërë nga një numër i caktuar i barabartë i elektroneve dhe protoneve. Ngarkesa e trupit tani shpjegohej me faktin se, për një arsye apo një tjetër, numri i elektroneve në të nuk korrespondonte me numrin e protoneve. Nëse do të kishte më pak elektrone sesa protonet, trupi konsiderohej i ngarkuar pozitivisht, por nëse kishte më shumë elektrone sesa protonet, ai konsiderohej i ngarkuar negativisht. Elektrifikimi i trupave në dritën e këtyre pikëpamjeve nuk ishte asgjë më shumë sesa krijimi i një mungese ose tepricë të elektroneve në to duke i transferuar ato në trupa të tjerë dhe duke marrë hua nga këto të fundit. Kjo shpjegoi pse shfaqja e një ngarkese elektrike të caktuar në një trup në mënyrë të pashmangshme përfshin shfaqjen e një sasie të tillë të ngarkesës së kundërt në një trup tjetër.

Një elektron është një grimcë elementare e pandashme e ngarkesës elektrike negative: e 1 6 - 10 19 C. Bartës i elementarit të barabartë ngarkesë pozitive është protoni - bërthama e atomit të hidrogjenit.