Komentarji: 0
Običajno ima atom enako število protonov in elektronov. V tem primeru je atom električno nevtralen, ker so pozitivno nabiti protoni natančno uravnoteženi z negativno nabitimi elektroni. Vendar pa v nekaterih primerih atom izgubi električno ravnovesje zaradi izgube ali zajetja elektrona. Ko se elektron izgubi ali ujame, atom ni več nevtralen. Je pozitivno ali negativno nabit – odvisno od izgube ali zajetja elektrona. Torej obstaja naboj v atomu, ko se število njegovih protonov in elektronov ne ujema.
IN določene pogoje nekateri atomi lahko za kratek čas izgubijo majhno število elektronov. Elektrone atomov nekaterih snovi, zlasti kovin, je mogoče zlahka izbiti iz njihovih zunanjih orbit. Takšni elektroni se imenujejo prosti elektroni, materiali, ki jih vsebujejo, pa prevodniki. Ko elektroni zapustijo atom, dobijo pozitiven naboj, ker se negativno nabit elektron odstrani, kar poruši električno ravnovesje v atomu.
Atom lahko prav tako zlahka zajame dodatne elektrone. V tem primeru pridobi negativni naboj.
Naboj torej nastane, ko je v atomu presežek elektronov ali protonov. Ko je en atom nabit, drugi pa vsebuje naboj nasprotnega predznaka, lahko elektroni tečejo iz enega atoma v drugega. Ta tok elektronov imenujemo električni tok.
Atom, ki je izgubil ali pridobil elektron, velja za nestabilnega. Odvečni elektroni v njem ustvarijo negativen naboj. Pomanjkanje elektronov je pozitiven naboj. Električni naboji medsebojno delujejo različne poti. Dva negativno nabita delca se odbijata, prav tako se odbijajo pozitivno nabiti delci. Dva naboja nasprotnih predznakov se privlačita. Zakon o električnih nabojih pravi: naboji z enakimi predznaki se odbijajo, naboji z nasprotnimi predznaki pa se privlačijo. 1.2 služi kot ilustracija zakona električnih nabojev.
Vsi atomi ponavadi ostanejo nevtralni, ker elektroni v zunanjih orbitah odbijajo druge elektrone. Vendar lahko številni materiali pridobijo pozitiven ali negativen naboj zaradi mehanski vplivi, kot je trenje. Dobro znani prasketanje, ko se ebonitni glavnik premika skozi lase na suh zimski dan, je primer generacije električni naboj skozi trenje.
Preprosti poskusi elektrifikacije različna telesa ponazorite naslednje točke.
1. Obstajata dve vrsti nabojev: pozitivni (+) in negativni (-). Pozitiven naboj nastane, ko se steklo drgne ob usnje ali svilo, negativni naboj pa, ko se jantar (ali ebonit) drgne ob volno.
2. Stroški (oz naelektrena telesa) medsebojno delujejo. Enake dajatve odriniti in za razliko od obtožb se privlačijo.
3. Stanje naelektrenosti se lahko prenaša z enega telesa na drugo, kar je povezano s prenosom električnega naboja. V tem primeru se lahko na telo prenese večji ali manjši naboj, torej ima naboj velikost. Pri naelektrenju s trenjem dobita obe telesi naboj, eno je pozitivno, drugo pa negativno. Poudariti je treba, da so absolutne vrednosti nabojev teles, naelektrenih s trenjem, enake, kar potrjujejo številne meritve nabojev z elektrometri.
Po odkritju elektrona in proučevanju zgradbe atoma je postalo mogoče pojasniti, zakaj se telesa med trenjem naelektrijo (tj. naelektrijo). Kot veste, so vse snovi sestavljene iz atomov; atomi pa so sestavljeni iz elementarni delci- negativno nabit elektroni, pozitivno nabit protoni in nevtralni delci - nevtroni. Elektroni in protoni so nosilci elementarnih (minimalnih) električnih nabojev.
Elementarni električni naboj ( e) je najmanjši električni naboj, pozitiven ali negativen, enak naboju elektrona:
e = 1,6021892(46) 10 -19 C.
Nabitih osnovnih delcev je veliko in skoraj vsi imajo naboj +e oz -e, vendar so ti delci zelo kratkotrajni. Živijo manj kot milijoninko sekunde. Samo elektroni in protoni obstajajo v prostem stanju neomejeno dolgo.
Protoni in nevtroni (nukleoni) sestavljajo pozitivno nabito jedro atoma, okoli katerega se vrtijo negativno nabiti elektroni, katerih število je enako številu protonov, tako da je atom kot celota elektrarna.
IN normalne razmere telesa, sestavljena iz atomov (ali molekul), so električno nevtralna. Vendar pa se med procesom trenja lahko nekateri elektroni, ki so zapustili svoje atome, premaknejo iz enega telesa v drugo. Premiki elektronov ne presegajo medatomskih razdalj. Toda če se telesa po trenju ločijo, se izkaže, da so naelektrena; telo, ki je del elektronov oddalo, bo naelektreno pozitivno, telo, ki jih je pridobilo, pa negativno.
Torej se telesa naelektrijo, to pomeni, da dobijo električni naboj, ko izgubijo ali pridobijo elektrone. V nekaterih primerih naelektrenje povzroči gibanje ionov. V tem primeru ne nastanejo novi električni naboji. Obstaja le delitev obstoječih nabojev med naelektrenimi telesi: del negativnih nabojev prehaja iz enega telesa v drugega.
Določitev naboja.
Posebej je treba poudariti, da je naboj sestavna lastnost delca. Lahko si predstavljate delec brez naboja, ne morete pa si predstavljati naboja brez delca.
Nabiti delci se kažejo v privlačnosti (nasprotni naboji) ali odbijanju (kot naboji) s silami, ki so za veliko velikostnih redov večje od gravitacijskih sil. Tako je sila električnega privlaka elektrona na jedro v atomu vodika 10 39-krat večja od sile gravitacijskega privlačenja teh delcev. Interakcija med nabitimi delci se imenuje elektromagnetna interakcija, električni naboj pa določa intenzivnost elektromagnetnih interakcij.
V sodobni fiziki je naboj opredeljen na naslednji način:
Električni naboj je fizikalna količina, ki je vir električnega polja, skozi katerega poteka interakcija delcev z nabojem.
« Fizika - 10. razred"
Najprej si oglejmo najpreprostejši primer, ko električno nabita telesa mirujejo.
Imenuje se veja elektrodinamike, ki preučuje ravnotežne razmere električno nabitih teles elektrostatika.
Kaj je električni naboj?
Kakšni so stroški?
Z besedami elektrika, električni naboj, električni tok velikokrat ste se srečali in se nanje uspeli navaditi. Toda poskusite odgovoriti na vprašanje: "Kaj je električni naboj?" Koncept sam napolniti- to je osnovni, primarni koncept, ki ga na sedanji stopnji razvoja našega znanja ni mogoče zmanjšati na preprostejše, elementarne koncepte.
Poskusimo najprej ugotoviti, kaj je mišljeno z izjavo: "To telo ali delec ima električni naboj."
Vsa telesa so zgrajena iz najmanjših delcev, ki so nedeljivi na enostavnejše in se zato imenujejo osnovno.
Elementarni delci imajo maso in se zaradi tega med seboj po zakonu privlačijo univerzalna gravitacija. Ko se razdalja med delci povečuje, se gravitacijska sila zmanjšuje v obratnem sorazmerju s kvadratom te razdalje. Večina osnovnih delcev, čeprav ne vsi, ima tudi sposobnost medsebojnega delovanja s silo, ki prav tako pada v obratnem sorazmerju s kvadratom razdalje, vendar je ta sila mnogokrat večja od sile gravitacije.
Torej v atomu vodika, ki je shematsko prikazan na sliki 14.1, elektron privlači jedro (proton) s silo, ki je 10 39-krat večja od sile gravitacijske privlačnosti.
Če delci medsebojno delujejo s silami, ki se z večanjem razdalje zmanjšujejo na enak način kot sile univerzalne gravitacije, vendar večkrat presegajo gravitacijske sile, potem pravimo, da imajo ti delci električni naboj. Sami delci se imenujejo napolnjena.
Obstajajo delci brez električnega naboja, toda električnega naboja brez delca ni.
Interakcija nabitih delcev se imenuje elektromagnetni.
Električni naboj določa intenzivnost elektromagnetnih interakcij, tako kot masa določa intenzivnost gravitacijskih interakcij.
Električni naboj elementarnega delca ni poseben mehanizem v delcu, ki bi mu ga lahko odstranili, razgradili na sestavne dele in ponovno sestavili. Prisotnost električnega naboja na elektronu in drugih delcih pomeni le obstoj določenih silnih interakcij med njimi.
V bistvu ne vemo ničesar o naboju, če ne poznamo zakonov teh interakcij. Poznavanje zakonov interakcij bi moralo biti vključeno v naše predstave o naboju. Ti zakoni niso enostavni in jih je nemogoče orisati v nekaj besedah. Zato je nemogoče dati dovolj zadovoljivo kratka definicija koncept električni naboj.
Dva znaka električnih nabojev.
Vsa telesa imajo maso in se zato privlačijo. Naelektrena telesa se lahko privlačijo in odbijajo. to najpomembnejše dejstvo, ki vam je znano, pomeni, da v naravi obstajajo delci z električnimi naboji nasprotnih znakov; pri nabojih istega predznaka se delci odbijajo, pri različnih predznakih pa privlačijo.
Naboj osnovnih delcev - protoni, ki so del vseh atomskih jeder, imenujemo pozitivni, naboj pa elektroni- negativno. Med pozitivnimi in negativnimi naboji ni notranjih razlik. Če bi bili znaki nabojev delcev obrnjeni, se narava elektromagnetnih interakcij sploh ne bi spremenila.
Elementarni naboj.
Poleg elektronov in protonov obstaja še nekaj drugih vrst nabitih osnovnih delcev. Toda samo elektroni in protoni lahko obstajajo v prostem stanju neomejeno dolgo. Ostali nabiti delci živijo manj kot milijoninko sekunde. Nastanejo med trki hitrih osnovnih delcev in, ko obstajajo zanemarljivo kratek čas, razpadejo in se spremenijo v druge delce. S temi delci se boste seznanili v 11. razredu.
Delci, ki nimajo električnega naboja, vključujejo nevtron. Njegova masa je le malo večja od mase protona. Nevtroni so skupaj s protoni del atomsko jedro. Če ima elementarni delec naboj, potem je njegova vrednost strogo določena.
Naelektrena telesa Elektromagnetne sile v naravi igrajo veliko vlogo zaradi dejstva, da vsa telesa vsebujejo električno nabite delce. Sestavni deli atomov – jedra in elektroni – imajo električni naboj.
Neposredno delovanje elektromagnetnih sil med telesi ni zaznano, saj so telesa v normalnem stanju električno nevtralna.
Atom katere koli snovi je nevtralen, ker je število elektronov v njem enako številu protonov v jedru. Pozitivno in negativno nabiti delci so med seboj povezani z električnimi silami in tvorijo nevtralne sisteme.
Makroskopsko telo je električno nabito, če vsebuje presežna količina elementarni delci s poljubnim predznakom naboja. Tako je negativni naboj telesa posledica presežka števila elektronov v primerjavi s številom protonov, pozitivni naboj pa pomanjkanja elektronov.
Da bi dobili električno nabito makroskopsko telo, to je, da bi ga naelektrili, je treba del negativnega naboja ločiti od z njim povezanega pozitivnega naboja ali prenesti negativni naboj na nevtralno telo.
To je mogoče storiti s pomočjo trenja. Če greste z glavnikom skozi suhe lase, potem se bo majhen del najbolj mobilnih nabitih delcev – elektronov – premaknil z las na glavnik in ga naelektril negativno, lasje pa pozitivno.
Enakost nabojev pri elektrifikaciji
S pomočjo poskusa je mogoče dokazati, da ob naelektrenju s trenjem obe telesi pridobita naboja, ki sta predznaku nasprotna, a po velikosti enaka.
Vzemimo elektrometer, na katerega palici je kovinska krogla z luknjo, in dve plošči na dolgih ročajih: eno iz trde gume in drugo iz pleksi stekla. Pri drgnjenju druga ob drugo se plošče naelektrijo.
Postavimo eno od plošč v notranjost krogle, ne da bi se dotaknili njenih sten. Če je plošča pozitivno nabita, bo del elektronov z igle in palice elektrometra privabljen na ploščo in zbran na notranja površina krogle. Hkrati bo puščica pozitivno nabita in bo potisnjena stran od palice elektrometra (slika 14.2, a).
Če v kroglo prinesete drugo ploščo, potem ko ste prvo odstranili, se bodo elektroni krogle in palice odbili od plošče in se nabrali v presežku na puščici. To bo povzročilo, da bo puščica odstopala od palice in pod enakim kotom kot v prvem poskusu.
Ko obe plošči spustimo znotraj krogle, ne bomo zaznali nobenega odstopanja puščice (slika 14.2, b). To dokazuje, da so naboji plošč enaki po velikosti in nasprotnega predznaka.
Elektrifikacija teles in njene manifestacije. Med trenjem sintetičnih tkanin pride do znatne elektrifikacije. Ko na suhem zraku slečete srajco iz sintetičnega materiala, lahko slišite značilno prasketanje. Majhne iskre preskakujejo med naelektrenimi območji drgnih površin.
V tiskarnah se papir med tiskom naelektri in listi se zlepijo. Da se to ne bi zgodilo, uporabite posebne naprave za praznjenje naboja. Vendar pa se včasih uporablja elektrifikacija teles v tesnem stiku, na primer v različnih napravah za elektrokopiranje itd.
Zakon o ohranitvi električnega naboja.
Izkušnje z elektrifikacijo plošč dokazujejo, da pri elektrifikaciji s trenjem pride do prerazporeditve obstoječih nabojev med telesi, ki so bila prej nevtralna. Majhen del elektronov se premakne iz enega telesa v drugo. V tem primeru se novi delci ne pojavijo in že obstoječi ne izginejo.
Ko so telesa naelektrena, zakon o ohranitvi električnega naboja. Ta zakon velja za sistem, v katerega nabiti delci ne vstopajo od zunaj in iz katerega ne izstopajo, tj. izoliran sistem.
V izoliranem sistemu se algebraična vsota nabojev vseh teles ohrani.
q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = konst. (14.1)
kjer so q 1, q 2 itd. naboji posameznih naelektrenih teles.
Zakon o ohranitvi naboja ima globok pomen. Če se število nabitih osnovnih delcev ne spremeni, je izpolnitev zakona o ohranitvi naboja očitna. Toda osnovni delci se lahko spreminjajo drug v drugega, se rodijo in izginejo ter dajo življenje novim delcem.
Vendar pa se v vseh primerih nabiti delci rodijo samo v parih z naboji enake velikosti in nasprotnega predznaka; Nabiti delci tudi izginejo le v parih in se spremenijo v nevtralne. In v vseh teh primerih ostane algebraična vsota nabojev enaka.
Veljavnost zakona o ohranitvi naboja potrjujejo opazovanja ogromnega števila transformacij osnovnih delcev. Ta zakon izraža eno najbolj temeljnih lastnosti električnega naboja. Razlog za ohranitev naboja še ni znan.
