Elektrik yükleri ve etkileşimleri. Bedenlerin elektrifikasyonu
Elektrik şarjı. İki tür ücret
ELEKTRİK ŞARJI. İKİ TÜR ÜCRET.
ÜCRETİN KORUNUMU KANUNU. COULLOMB YASASI
Elektrik şarjı. İki tür ücret
Elektrik olaylarıyla tanışmamıza çok basit bir olayla başlayalım. basit deneyler.
1. deneyim. Ebonit çubuğu bir parça yünlü bezle ovalım ve ardından bu çubukla hafif kağıt kılıfına dokunalım. Kağıt kılıfın ebonit çubuktan itileceğini göreceğiz (Şekil 1.1, A). İkinci kağıt kılıfına aynı çubukla dokunursanız ve ardından her iki kılıfı yan yana asarsanız birbirlerini iteceklerdir (Şek. 1.1, B), bu da manşonlar arasında itici kuvvetlerin ortaya çıktığı anlamına gelir. Bu şekildeki kolları 1 numara ile gösterelim.
Pirinç. 1.2
3. deneyim.Şimdi iki kağıt manşonu yan yana asıyoruz (Şekil 1.3): 1 (yüne sürülmüş bir ebonit çubukla temas halinde olan) ve 2 (ipeğe sürtülmüş bir cam çubukla temas halinde olan). Manşonlar birbirini çeker, bu da manşonlar 1 ve 2 arasında çekici bir kuvvetin ortaya çıktığı anlamına gelir.
Düşündüğümüz etkileşim türü eski zamanlarda biliniyordu ve elektriksel etkileşimler.
Sürtünme yoluyla elektrikle şarj edildi Daha sonra etkileşime giren (veya ücret alan) bedenler. Geleneksel olarak pozitif ve negatif olarak adlandırılan iki tür yükün olduğu deneysel olarak tespit edilmiştir. Benzer yükler birbirini iter, farklı yükler ise çeker.
Tarihsel olarak, bir cam çubuğun ipeğe sürtüldüğünde aldığı yüklere bu adı vermek gelenekseldi. pozitif ve ebonit çubuğun yüne sürtündüğünde aldığı yükler olumsuz. (Tam tersi de diyebilirler.)
Elektrostatiğin temel kavramları
Yük, en önemlileri elektron ve proton olan bazı temel parçacıkların doğal bir özelliğidir.
Elektron ve protonların yükleri büyüklük bakımından eşittir ve denir. temel masraflar.
Geleneksel olarak adlandırılan iki tür ücret vardır. pozitif Ve olumsuz . Benzer yükler birbirini iter, farklı yükler ise çeker.
Protonun yükü pozitif kabul edilir ve + ile gösterilir. e ve elektronun yükü negatiftir ve gösterilir - e.
Bir cismin yükü, cismi oluşturan temel parçacıkların yüklerinin cebirsel toplamına eşittir. Bu toplam sıfırsa, cisim denir elektriksel olarak nötr .
Tipik olarak elektronlar ve protonlar vücutta eşit miktarlarda ve aynı yoğunlukta dağılır. Bu yüzden cebirsel toplam Vücudun her temel hacmindeki yükler sıfırdır ve bu tür her hacim (ve bir bütün olarak vücut) elektriksel olarak nötrdür.
Vücutta herhangi bir işarete ait fazla parçacık oluşturursanız vücut şarj olur. Bir ebonit çubuğun, çubuğun üzerindeki yüne sürttüğünde, fazla elektron var ve negatif ücret alır. Bir cam çubuğun ipeğe sürtülmesiyle oluşan fazla proton(veya elektron eksikliği, camı ipeğin içine bırakan elektronlar olduğu için), dolayısıyla cam pozitif olarak yüklenir.
Herhangi bir ücret, temel ücretlerin bir araya gelmesiyle oluşur, dolayısıyla her zaman yazabilirsiniz:
q =± Hayır, (1.1)
Nerede N- doğal sayı.
Yükün büyüklüğünün hareket ettiği hıza bağlı olmadığı deneysel olarak tespit edilmiştir. Ek olarak, temel yükler görünebilir ve kaybolabilir. Ancak! Farklı işaretlere sahip iki temel yük her zaman aynı anda ortaya çıkar ve kaybolur.
Örneğin, bir elektron ve bir pozitron (pozitif yüklü bir elektron) çarpışıyor yok etmek yani g-foton adı verilen nötr parçacıklara dönüşür. Buna karşılık, bir atom çekirdeğinin yakınında uçan bir g-foton, bir elektron + pozitron çiftine dönüşebilir.
Sistem denir elektriksel olarak izole edilmiş Yüklü parçacıklar kendisini sınırlayan yüzeye nüfuz etmezse.
Temel yükün korunumu yasası:
Elektriksel olarak yalıtılmış bir sistemin net yükü değişemez.
Coulomb yasası
Yüklü bir cismin boyutları, diğer cisimlere olan mesafelere kıyasla ihmal edilebiliyorsa, böyle bir cisme denir. puan ücreti.
Coulomb yasası:
İki sabit nokta yük, bir boşlukta, her bir yükün boyutuyla doğru orantılı ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı bir kuvvetle birbirleriyle etkileşime girer..
Kuvvet, yükleri birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilir (Şekil 1.4).
Skaler formda Coulomb yasası şu şekildedir:
, . (1.2)
Vektör formunda Coulomb yasası şu şekildedir:
. (1.3)
Formül (1.3)'ün kuvvetin yalnızca büyüklüğünü değil aynı zamanda yönünü de benzersiz bir şekilde belirlediğine dikkat edin!
Vektörün mutlak değeri bire eşittir ve yönü vektörle çakışır. (Matematikte böyle bir vektöre denir ortom vektör.)
Bu derste, elektrodinamiğin üzerinde durduğu "balinalar" - elektrik yükleri - ile tanışmaya devam edeceğiz. Elektrifikasyon sürecini inceleyeceğiz, bu sürecin hangi prensibe dayandığını ele alacağız. İki tür yükten bahsedelim ve bu yüklerin korunumu yasasını formüle edelim.
Son dersimizde elektrostatikteki ilk deneylerden zaten bahsetmiştik. Hepsi bir maddenin diğerine sürtünmesine ve bu cisimlerin küçük nesnelerle (toz zerreleri, kağıt parçaları...) daha fazla etkileşimine dayanıyordu. Tüm bu deneyler elektrifikasyon sürecine dayanmaktadır.
Tanım.Elektrifikasyon– elektrik yüklerinin ayrılması. Bu, elektronların bir cisimden diğerine hareket ettiği anlamına gelir (Şekil 1).
Pirinç. 1. Elektrik yüklerinin ayrılması
Temelde farklı iki yük teorisi ve bir elektronun temel yükü keşfedilene kadar, yükün bir tür görünmez ultra hafif sıvı olduğuna ve eğer vücuttaysa, o zaman vücudun bir yükü olduğuna ve tersine.
Önceki derste de belirtildiği gibi, çeşitli cisimlerin elektrifikasyonuna ilişkin ilk ciddi deneyler İngiliz bilim adamı ve hekim William Gilbert (1544-1603) tarafından gerçekleştirildi, ancak metal cisimleri elektriklendirmeyi başaramadı ve o, metallerin elektrifikasyonu imkansızdı. Ancak bunun doğru olmadığı ortaya çıktı ve bu daha sonra Rus bilim adamı Petrov tarafından kanıtlandı. Ancak elektrodinamik çalışmalarındaki bir sonraki daha önemli adım (yani farklı yüklerin keşfi) Fransız bilim adamı Charles Dufay (1698-1739) tarafından atıldı. Deneylerinin sonucunda, kendi deyimiyle cam (camın ipek üzerindeki sürtünmesi) ve reçine (kürk üzerindeki kehribar) yüklerinin varlığını tespit etti.
Bir süre sonra aşağıdaki yasalar formüle edildi (Şekil 2):
1) benzer yükler birbirini iter;
2) Farklı yükler birbirini çeker.
Pirinç. 2. Yüklerin etkileşimi
Pozitif (+) ve negatif (-) yüklerin isimleri Amerikalı bilim adamı Benjamin Franklin (1706-1790) tarafından ortaya atılmıştır.
Anlaşmaya göre, bir cam çubuk üzerinde kağıt veya ipekle ovalarsanız (Şekil 3) oluşan yükü pozitif, ebonit veya kehribar çubuk üzerinde kürkle ovalarsanız (Şekil 3) negatif yükü çağırmak gelenekseldir. 4).
Pirinç. 3. Pozitif yük
Pirinç. 4. Negatif ücret
Thomson'ın elektronu keşfi sonunda bilim adamlarının elektrifikasyonda vücuda hiçbir elektrik sıvısı verilmediğini ve dışarıdan hiçbir yük uygulanmadığını anlamasını sağladı. Negatif yükün en küçük taşıyıcıları olarak elektronların yeniden dağılımı vardır. Geldikleri bölgede sayıları pozitif protonların sayısından fazla olur. Böylece telafi edilmemiş bir negatif yük ortaya çıkar. Tersine, gittikleri bölgede, olumlu yükleri telafi etmek için gereken olumsuz yüklerin eksikliği görülüyor. Böylece alan pozitif yüklü hale gelir.
Sadece iki kişinin varlığı değil farklı şekiller yükler, aynı zamanda etkileşimlerinin iki farklı ilkesi: benzer yüklerle (aynı işaretli) yüklenen iki cismin karşılıklı itilmesi ve buna göre zıt yüklü cisimlerin çekilmesi.
Elektrifikasyon birkaç şekilde yapılabilir:
- sürtünme;
- dokunarak;
- üflemek;
- rehberlik (etki yoluyla);
- ışınlama;
- kimyasal etkileşim.
Sürtünme yoluyla elektriklenme ve temasla elektriklenme
Bir cam çubuk kağıda sürtüldüğünde çubuk pozitif yük alır. Metal standla temas halinde olan çubuk, kağıt tüyüne pozitif bir yük aktarır ve yaprakları birbirini iter (Şekil 5). Bu deney benzer yüklerin birbirini ittiğini göstermektedir.
Pirinç. 5. Heyecan verici dokunuş
Kürk ile sürtünme sonucunda ebonit negatif yük kazanır. Bu çubuğu kağıt tüyüne getirdiğimizde yaprakların ona nasıl çekildiğini görüyoruz (bkz. Şekil 6).
Pirinç. 6. Farklı Yüklerin Çekilmesi
Etki yoluyla elektriklenme (rehberlik)
Tüylü standın üzerine bir cetvel yerleştirelim. Cam çubuğa elektrik verdikten sonra onu cetvele yaklaştırın. Cetvel ile sehpa arasındaki sürtünme küçük olacaktır, böylece yüklü bir cisim (çubuk) ile yükü olmayan bir cisim (cetvel) arasındaki etkileşimi gözlemleyebilirsiniz.
Her deney sırasında yükler ayrıldı; hiçbir yeni yük ortaya çıkmadı (Şekil 7).
Pirinç. 7. Ücretlerin yeniden dağıtımı
Dolayısıyla, yukarıdaki yöntemlerden herhangi birini kullanarak vücuda bir elektrik yükü ilettiysek, elbette bu yükün büyüklüğünü bir şekilde tahmin etmemiz gerekir. Bunun için Rus bilim adamı M.V. tarafından icat edilen bir elektrometre cihazı kullanılıyor. Lomonosov (Şekil 8).
Pirinç. 8.M.V. Lomonosov'un (1711-1765)
Elektrometre (Şekil 9) yuvarlak bir kutu, bir metal çubuk ve yatay bir eksen etrafında dönebilen bir hafif çubuktan oluşur.
Pirinç. 9. Elektrometre
Elektrometreye bir yük vererek, her durumda (hem pozitif hem de negatif yükler için) hem çubuğu hem de oku aynı yüklerle yükleriz, bunun sonucunda ok sapar. Sapma açısı yükü tahmin etmek için kullanılır (Şekil 10).
Pirinç. 10. Elektrometre. Sapma açısı
Elektrikli bir cam çubuğu alıp elektrometreye dokundurursanız iğne yön değiştirecektir. Bu, elektrometreye bir elektrik yükünün verildiğini gösterir. Bir ebonit çubukla yapılan aynı deney sırasında bu yük telafi edilir (Şekil 11).
Pirinç. 11. Elektrometre şarj telafisi
Hiçbir yük oluşumunun meydana gelmediği, yalnızca yeniden dağıtımın gerçekleştiği zaten belirtildiğinden, yükün korunumu yasasını formüle etmek mantıklıdır:
Kapalı bir sistemde elektrik yüklerinin cebirsel toplamı sabit kalır(Şekil 12). Kapalı bir sistem, yüklerin ayrılmadığı ve yüklü cisimlerin veya yüklü parçacıkların içine girmediği bir cisimler sistemidir.
Pirinç. 13. Yükün korunumu kanunu
Yükler yalnızca parçacıklarla birlikte mevcut olduğundan bu yasa kütlenin korunumu yasasını anımsatmaktadır. Çoğu zaman, suçlamalar benzetme yoluyla çağrılır elektrik miktarı.
Yüklerin korunumu yasası tam olarak açıklanmamıştır, çünkü yükler yalnızca çiftler halinde görünüp kaybolmaktadır. Başka bir deyişle, eğer yükler doğarsa, o zaman aynı anda yalnızca pozitif ve negatif olanlar ve büyüklükleri eşit olur.
Bir sonraki derste elektrodinamiğin niceliksel değerlendirmelerine daha yakından bakacağız.
Kaynakça
- Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizik (temel seviye) - Yüksek Lisans: Mnemosyne, 2012.
- Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizik 10. sınıf. - M.: Ilexa, 2005.
- Kasyanov V.A. Fizik 10. sınıf. - M.: Bustard, 2010.
- İnternet portalı “youtube.com” ()
- İnternet portalı “abcport.ru” ()
- İnternet portalı “planeta.edu.tomsk.ru” ()
Ev ödevi
- Sayfa 356: Sayı 1-5. Kasyanov V.A. Fizik 10. sınıf. - M.: Bustard. 2010.
- Elektroskopun iğnesi yüklü bir cisimle temas ettiğinde neden yön değiştirir?
- Toplardan biri pozitif yüklü, ikincisi negatif yüklü. Topların kütlesi birbirine değdiğinde nasıl değişecek?
- * Yüklü bir metal çubuğu, yüklü bir elektroskopun topuna dokunmadan getirin. İğne sapması nasıl değişecek?
1. Cam çubuk ipek veya kağıda sürülürse kağıt parçaları, saç vb. gibi hafif nesneleri çekme yeteneği kazanacaktır. Aynı etki, kürke sürülen ebonit çubuğun hafif nesnelere getirilmesi durumunda da gözlemlenebilir. Sürtünme sonucu diğer cisimleri çekme yeteneği kazanan cisimlere elektrikli veya yüklü denir ve cisimlerin elektrik yükü kazanması olgusuna elektriklenme denir.
İki ipin üzerine hafif folyo topları asıp ipek üzerine sürülmüş bir cam çubukla her birine dokunduğunuzda topların birbirini ittiğini görebilirsiniz. Daha sonra bir topa ipek üzerine sürülmüş bir cam çubukla ve diğerine kürk üzerine sürülmüş bir ebonit çubukla dokunursanız, toplar birbirini çekecektir. Bu, cam ve ebonit çubukların ovalandığında farklı işaretlere sahip yükler kazandığı anlamına gelir; Doğada zıt işaretlere sahip iki tür elektrik yükü vardır: pozitif ve negatif. İpeğe sürtünen bir cam çubuğun pozitif yük kazandığını ve kürke sürtünen bir ebonit çubuğun negatif yük kazandığını varsaymaya karar verdik.
Anlatılan deneyimlerden, yüklü cisimlerin birbirleriyle etkileşime girdiği de anlaşılmaktadır. Bu etkileşime denir elektrik. Bu durumda, aynı isimdeki suçlamalar, ör. Aynı işaretli yükler birbirini iter, zıt işaretli yükler ise birbirini çeker.
Benzer şekilde yüklü cisimlerin itilmesi olgusu, belirli bir cismin yüklü olup olmadığını belirlemenizi sağlayan bir cihaz olan bir elektroskopun (Şekil 77) ve değerini tahmin etmenizi sağlayan bir elektrometrenin tasarımına dayanmaktadır. bir elektrik yükü (Şekil 78).
Yüklü bir gövdeye sahip bir elektroskopun çubuğuna dokunursanız, elektroskopun yaprakları aynı işaretli bir yük alacakları için dağılacaktır. Yüklü bir cisimle çubuğuna dokunursanız, bir elektrometrenin iğnesine de aynı şey olacaktır. Bu durumda yük ne kadar büyük olursa okun çubuktan sapacağı açı da o kadar büyük olur.
2. Basit deneylerden, yüklü cisimler arasındaki etkileşim kuvvetinin, elde edilen yükün büyüklüğüne bağlı olarak daha fazla veya daha az olabileceği sonucu çıkar. Dolayısıyla elektrik yükünün bir yandan vücudun elektriksel olarak etkileşime girme yeteneğini karakterize ettiğini, diğer yandan bu etkileşimin yoğunluğunu belirleyen bir miktar olduğunu söyleyebiliriz.
Yük \(q \) harfiyle gösterilir, yük birimi bir kolyedir: \([q] \) = 1 C.
Yüklü bir çubukla bir elektrometreye dokunursanız ve ardından bu elektrometreyi metal bir çubukla başka bir elektrometreye bağlarsanız, ilk elektrometrenin yükü iki elektrometre arasında bölünecektir. Daha sonra elektrometreyi birkaç elektrometreye daha bağlayabilirsiniz; yük bunlar arasında paylaştırılacaktır. Dolayısıyla elektrik yükü bölünebilme özelliğine sahiptir. Yük bölünebilirlik sınırı, yani Doğada bulunan en küçük yük elektronun yüküdür. Elektron yükü negatiftir ve 1,6·10 -19 C'ye eşittir. Diğer herhangi bir yük, elektron yükünün katıdır.
3. Elektron, atomun parçası olan bir parçacıktır. Fizik tarihinde atomun yapısına ilişkin birçok model bulunmaktadır. Elektrifikasyon olgusu da dahil olmak üzere bir dizi deneysel gerçeği açıklamayı mümkün kılan bunlardan biri E. Rutherford tarafından önerildi. Deneylerine dayanarak, atomun merkezinde pozitif yüklü bir çekirdek olduğu ve çevresinde negatif yüklü elektronların yörüngelerde hareket ettiği sonucuna vardı. Nötr bir atomda çekirdeğin pozitif yükü, elektronların toplam negatif yüküne eşittir. Bir atomun çekirdeği pozitif yüklü protonlardan ve nötr parçacıklardan, nötronlardan oluşur. Bir protonun yükü mutlak değer olarak bir elektronun yüküne eşittir. Nötr bir atomdan bir veya daha fazla elektron çıkarılırsa pozitif yüklü bir iyon haline gelir; Bir atoma elektron eklenirse negatif yüklü bir iyon haline gelir.
Atomun yapısı hakkındaki bilgi, sürtünmeyle elektriklenme olayını açıklamayı mümkün kılar. Çekirdeğe zayıf bağlı elektronlar bir atomdan ayrılıp diğerine bağlanabilir. Bu, neden bir vücutta elektron eksikliğinin, diğerinde ise fazlalığın oluşabileceğini açıklıyor. Bu durumda, ilk vücut pozitif, ikincisi ise negatif olarak yüklenir.
4. Yüksüz cam ve ebonit plakaları birbirine sürtüp sonra bunları elektrometre çubuğunun üzerine yerleştirilmiş içi boş bir topun içine tek tek sokarsanız, elektrometre hem cam hem de ebonit plakalar üzerindeki yükün varlığını kaydedecektir. Bu durumda levhaların zıt işaretli yüklere sahip olacağı gösterilebilir. Her iki plaka da topun içine sokulursa elektrometre iğnesi sıfırda kalacaktır. Bu, ebonit bir çubuğu kürke sürttüğünüzde bulunabilir: kürk, tıpkı çubuk gibi yüklenecektir, ancak yük zıt işaret.
Sürtünme sonucunda elektronlar cam plakadan ebonit plakaya geçti ve cam plakanın pozitif (elektron eksikliği) ve ebonit plakanın negatif (elektron fazlası) yüklü olduğu ortaya çıktı. Böylece, elektrifikasyon sırasında yükün yeniden dağıtımı meydana gelir; her iki cisim de elektriklenir ve eşit büyüklükte ve zıt işaretlerde yükler elde edilir.
burada elektrifikasyondan önce ve sonra elektrik yüklerinin cebirsel toplamı sabit kalır: \(q_1+q_2+…+q_n=const \) .
Açıklanan deneyde \(q_n \) elektrifikasyondan önce ve sonra plakaların yüklerinin cebirsel toplamı sıfıra eşittir.
Yazılı eşitlik doğanın temel yasasını ifade eder: elektrik yükünün korunumu kanunu. Herhangi bir fizik kanunu gibi, bunun da belirli uygulanabilirlik sınırları vardır: kapalı bir cisimler sistemi için geçerlidir; diğer nesnelerden izole edilmiş vücutların bir koleksiyonu için.
Bölüm 1
1. Yalıtkan bir plakanın üzerine çok büyük bir ağırlık yerleştirilip bir elektrometreye bağlanırsa ve ardından bir kürk parçasıyla birkaç kez vurulursa, ağırlık negatif yüklenecek ve elektrometrenin iğnesi sapacaktır. Bu durumda kürk parçası bir ücret alacaktır.
1) sıfıra eşit
2) pozitif, büyüklüğü ağırlığın yüküne eşit
3) negatif, ağırlığın yüküne eşit
4) pozitif, ağırlığın yükünün modülü daha büyük
2. İki nokta yükü birbirini çekerse eğer
1) işaret olarak aynı ve mutlak değer olarak herhangi biri
2) işaret olarak aynı ve mutlak değerde zorunlu olarak aynı
3) işaret bakımından farklı, ancak mutlak değer açısından zorunlu olarak aynı
4) işareti farklı ve mutlak değeri herhangi biri
3. Çizimler ipek iplikler üzerinde asılı duran üç çift özdeş ışık yüklü topu göstermektedir. Toplardan birinin yükü şekillerde gösterilmiştir. Hangi durumda/durumlarda ikinci topun yükü negatif olabilir?
1) yalnızca A
2) A ve B
3) yalnızca B
4) A ve B
4. İpek bir iplik üzerinde asılı duran metal bir topun yalıtkan bir stand üzerine yerleştirilmiş pozitif yüklü bir plastik top ile etkileşimini incelemek için yapılan bir deney sırasında bir öğrenci, gözlemlenen olguyu not defterine çizdi: top ile iplik dikeyden saptı. açı \(\alfa \) . Şekle dayanarak metal topun olduğu iddia edilebilir.
1) pozitif yüke sahiptir
2) negatif yüke sahiptir
3) şarj edilmedi
4) ya ücretlendirilmemiş ya da negatif yüke sahip
5. Negatif yüklü bir gövde, bir iplik üzerinde asılı duran hafif bir alüminyum folyo topunu iter. Top şarjı:
Bir pozitif
B.negatif
B. sıfırdır
Aşağıdaki ifadeler doğrudur:
1) yalnızca B
2) B ve C
3) A ve B
4) yalnızca B
6. Uzun bir yalıtkan sap üzerine monte edilmiş ve \(+q\) yüküne sahip metal bilye 1, yalıtkan standlar üzerinde yer alan benzer şekilde izole edilmiş iki yüksüz top 2 ve 3 ile dönüşümlü olarak temas ettirilmektedir.
Sonuç olarak top 2'nin yükü ne olacaktır?
1) 0
2) \(\frac(q)(4) \)
3) \(\frac(q)(3)\)
4) \(\frac(q)(2)\)
7. \(+e \) yüklü bir damla, elektrik yüküne sahip bir damladan \(-2e \) ayrılıyor. Damlanın geri kalan kısmının elektrik yükü nedir?
1) \(-e\)
2) \(-3e\)
3) \(+e\)
4) \(+3e\)
8. Metal tabak Negatif yüke sahip olan \(-10e\) aydınlatıldığında dört elektron kaybetti. Plakadaki yük neydi?
1) \(+6e\)
2) \(+14e\)
3) \(-6e\)
4)\(-14e\)
9. Elektrik yükü \(+5e\) olan su damlasına \(-6e\) yükü olan bir omurga katıldı. Kombine düşüşün ücreti ne olacak?
1) \(+e\)
2) \(-e\)
3) \(+11e\)
4) \(-11e\)
10. Şekil nokta yüklü cisimleri göstermektedir. A ve B cismi aynı negatif yüke sahiptir ve B cismi eşit pozitif yüke sahiptir. A ve B yüklerinden B yüküne etki eden bileşke kuvvetin büyüklüğü ve yönü nedir?
1) \(F=F_A+A_B \) ; yön 2
2) \(F=F_A-A_B\) ; yön 2
3) \(F=F_A+A_B\) ; yön 1
4) \(F=F_A-A_B\) ; yön 1
11. Aşağıdaki ifadelerden doğru olanlardan ikisini seçip numaralarını tabloya yazınız.
1) Aralarındaki mesafe ne kadar büyük olursa, elektrik yükleri arasındaki etkileşimin kuvveti de o kadar büyük olur.
2) İki cisim sürtünmeyle elektriklendiğinde toplam yükleri sıfırdır.
3) Elektrik yükleri arasındaki etkileşim kuvveti, yükler ne kadar büyükse o kadar büyüktür.
4) Yüklü iki cisim birbirine bağlandığında toplam yükleri, bağlanmadan önceki yüklerinin cebirsel toplamından az olacaktır.
5) Bir ebonit çubuk kürke sürttüğünde yalnızca ebonit çubuk bir yük kazanır.
12. İpeğe sürtünme sürecinde cam cetvel pozitif bir yük kazandı. Sürtünme sırasında atom değişimi olmadığı sürece cetvel ve ipek üzerindeki yüklü parçacıkların sayısı nasıl değişti? Bu durumda fiziksel büyüklükler ile bunların olası değişiklikleri arasında bir ilişki kurun. Seçilen sayıları tabloda ilgili harflerin altına yazın. Cevaptaki sayılar tekrarlanabilir.
FİZİKSEL MİKTAR
A) ipekteki proton sayısı
B) Cam cetvel üzerindeki protonların sayısı
B) ipekteki elektron sayısı
DEĞİŞİMİN DOĞASI
1) arttı
2) azaldı
3) değişmedi
Yanıtlar
§ 1 İki tür elektrik yükü. Elektrik yüklerinin etkileşimi
Evrenin yapısı yerçekimsel çekim tarafından oluşturulur, ancak yalnızca bu kuvvet sınırsız sıkıştırmaya yol açabilir. Cisimlerin boyutlarının sabit kalması için bir itici kuvvet gereklidir. Bu tür kuvvetler elektromanyetik etkileşim kuvvetlerini içerir. Parçacıkların çekilmesine ve itilmesine neden olurlar. Elektrodinamik, yüklü parçacıkların elektromanyetik etkileşimini inceleyen bir fizik alanıdır. Elektrostatik, durağan (statik) elektrik yüklerinin etkileşimini inceleyen bir elektrodinamik dalıdır.
Elektrik yükü nedir? Bir temsilin oluşturulabilmesi için ilk bilgilere, bilgilere, deneyimlere, deneylere ve hipotezlere ihtiyaç vardır.
Elektriksel etkileşim (yerçekimi etkileşiminin aksine) yalnızca karşılıklı çekim değil aynı zamanda itmedir.
Bir deney yapalım: Sürtünmeyle elektriklenen bir ebonit çubuğu önce bir "pultant"a, sonra ikinciye getiriyoruz. “Tüyleri” birbirine getirdiğimizde yaprakların itileceğini göreceğiz (Şek. 1).
İkinci “pultant”ı ipek üzerine sürülmüş camdan yapılmış bir sopayla elektriklendiriyoruz. İlk “tüy”e getirelim ve yapraklarının çekiciliğini görelim (Şek. 2, 3).
Doğada var olan elektrik yüklerinin (pozitif ve negatif) bu deneylerle doğrulanması mümkündür.
Elektrik yükü taşıyan cisimler birbirleriyle şu şekilde etkileşime girer:
·zıt işaretli yüklere sahiplerse çekerler (Şekil 4);
· Aynı işarete sahip yükleri varsa püskürtün (Şekil 5).
Farklı gövdelerin elektrifikasyonu sürecinde, gövdeler arasındaki etkileşimin kuvveti daha büyük (eğer gövde büyük bir yüke sahipse) veya daha az (eğer gövde küçük bir yüke sahipse) olacaktır. Dolayısıyla yük fiziksel bir niceliktir ve yükün ölçü birimi genellikle 1 coulomb (1C) olarak kabul edilir.
Elektrik yükü, yüklü cisimlerin birbirleriyle etkileşime girme özelliklerini karakterize eden fiziksel bir ölçüdür.
Yükün en küçük kısmı temel yüktür, 1,6 · 10-19 C'ye eşittir. Hiçbir cismin yükü bu değerden az olamaz.
Bir ebonit çubuğu yünlü bir eldivenle ve cam bir çubuğu ipek bir eşarpla elektriklendirirseniz, ardından çubukları iplere asarsanız şunu görebilirsiniz:
Ebonit ve yün birbirini çeker;
Cam ve ipek birbirini çeker;
Cam ve yün birbirini iter;
Ebonit ve ipek birbirini iter.
İki cismi sürtünmeyle elektriklendiriyoruz ve bunlar eşit büyüklükte ve zıt işaretli yüklerle yükleniyor. Temas nedeniyle birinci cisim elektron kaybeder, diğeri kazanır. Bu, neden bir cisimde elektron fazlalığı (negatif yük) ve diğerinde eksiklik (pozitif yük) olacağını açıklayabilir.
Sonuç: Eğer bir cisim negatif yüklüyse, o zaman fazla miktarda elektronu vardır, ancak eğer
Pozitif yüklü ise elektron eksikliği vardır.
İki elektrikli cisim, nasıl elektriklendiklerine bağlı olarak çeker veya iter. Sürtünmeyle elektriklenen cisimler her zaman yalnızca çeker.
İletkenlerde bazı elektronlar bir atomdan diğerine hareket edebilir, bu işlem elektronların atom çekirdeğine zayıf bir şekilde bağlanması nedeniyle meydana gelir. Ücretsiz denir. Yük aktarımını (iletkenliği) sağlayan da bu atomlardır.
Dielektriklerde neredeyse hiç iletkenlik yoktur, çünkü içlerinde neredeyse hiç serbest elektron yoktur ve yükü aktaracak “kimse” yoktur.
İle elektriksel özellikler Tüm maddeler iki türe ayrılabilir:
1. Dielektrikler, serbest yükleri olmayan ve bir cismin yükünün diğer cisimlere "akmasına" izin vermeyen maddelerdir.
2. İletkenler, içinde serbest yüklü parçacıkların bulunduğu cisimler ve maddelerdir; yükü vücudun diğer bölgelerine veya başka bedenlere aktarırken hareket edebilirler.
Yükleri iletme yeteneklerine bağlı olarak maddeler iletkenlere ayrılabilir: metaller, toprak, tuz ve asit çözeltileri vb. ve iletken olmayanlar (dielektrikler): porselen, sert kauçuk, cam, gazlar, plastik vb. Yarı iletkenler iletkenliği bağlı olan bir dizi maddeyi içerir. dış koşullar(sıcaklık, aydınlatma, yabancı maddelerin varlığı).
Elektrometre, elektrik yüklerini tespit etmek ve yaklaşık değerlerini belirlemek için kullanılan bir cihazdır (Şekil 6).
Vücudun şarjlı olup olmadığını belirlemek için bir elektrometre kullanabilirsiniz. Bunu yapmak için, vücudu A topuna getirmeniz gerekir, eğer vücut şarj edilirse B oku sapacaktır. Neden sapıyor? Diyelim ki vücudun negatif bir yükü vardı, yani. vücutta aşırı miktarda elektron vardı. Topa temas ettiğinde elektronların bir kısmı elektrometreye doğru hareket edecektir. Top negatif yüklü hale gelecektir. Top çubuğa, çubuk da oka bağlıdır ve hepsi iletkendir, elektronlar çubuğa ve ardından oka hareket edecektir. Plastik bir tapa top, çubuk ve ok sistemini izole etmeye yardımcı olacaktır. Sonuç olarak, çubuk ve ok aynı negatif yükü alacak ve birbirlerini itecek, böylece okun yönünü değiştirecektir. Üstelik yük ne kadar büyük olursa okun sapma açısı da o kadar büyük olur. Bir elektrometre yalnızca şarj miktarını tahmin etmenize olanak tanır; bir cismin diğerinden daha fazla yüke sahip olduğunu söyleyin. Bir elektrometre kullanarak küçük bir yükün varlığını belirlemek imkansızdır çünkü Küçük bir yük ile benzer yüklerin itme kuvveti oku saptırmak için yeterli olmayacaktır; Bir elektrometre kullanarak küçük bir yükün varlığını belirlemek imkansızdır. Ok bir yük olmadığında neden orijinal konumuna geri dönüyor? Ok kabul etme eğiliminde olacak dikey pozisyonçünkü okun askı noktası ağırlık merkezinin üzerindedir.
Sürtündükten sonra diğer cisimleri kendine çeken bir cisme elektrik verildiği veya elektrik yükü verildiği söylenir.
Yük, cisimlerin elektromanyetik etkileşimlere girme özelliğidir. Yüklü bir cisim genellikle yük olarak adlandırılır, ancak bir cisim olmadan bir yük var olamaz.
Farklı maddelerden yapılmış gövdeler elektriklenebilir. Cisimlerin elektrifikasyonu, temas ve ardından cisimlerin ayrılması (örneğin sürtünme sırasında) üzerine meydana gelir.
Elektrifikasyonda iki kurum yer alıyor. Bu durumda her iki gövde de elektriklenir.
İki tür elektrik yükü vardır: “+” ve “-”. Yük q ile gösterilir ve Coulomb [C] cinsinden ölçülür.
İpek ile ovulan cam üzerinde elde edilen yüke pozitif, yün ile ovulan amber üzerinde elde edilen yüke ise negatif denir.
Elektrifikasyon, elektronların bir vücuttan diğerine hareketi ile açıklanmaktadır. Bir cisim 1 veya daha fazla elektron kaybederse pozitif yük kazanır. Bir cisim 1 veya daha fazla elektron alırsa negatif yük kazanır.
Deneyimler, bir elektrik yükünün farklı anlam. Ancak bu değer, temel adı verilen 1,6·10 -19 C yükünün katıdır. Bir elektronun yükü “-” işaretiyle alınan temel yüke eşittir.
Sürtünme ile elektriklendiğinde, her iki cisim de bir elektrik yükü kazanır ve yükler büyüklük olarak eşit fakat işaret olarak zıttır. Böylece, kehribar ovalandığında negatif bir yük kazanır ve yün de eşit bir pozitif yük kazanır.
Aynı işaretli elektrik yüklerine sahip cisimler birbirini iter, zıt işaretli elektrik yüklerine sahip cisimler ise birbirini çeker.
Yüklerin etkileşimi, herhangi bir yükün etrafında bir Elektrik alanı belirli bir kuvvetle başka bir yüke etki eden. Bu kuvvet yüklerin boyutuyla orantılıdır ve mesafe arttıkça azalır.
Yüklerin etkileşimi sürecinde, doğanın temel yasalarından biri yerine getirilir - elektrik yükünün korunumu yasası: kapalı bir sistemdeki elektrik yüklerinin cebirsel toplamı sabit kalır, yani.
q 1 + q 2 + q 3 +… + q n = sabit
Bir cisim üzerinde bir yükün varlığını belirlemek için, eylemi yüklü cisimlerin etkileşimine dayanan, elektroskop adı verilen bir cihaz kullanılır. Bir elektroskopta, metal bir çubuk, metal bir çerçeveye yerleştirilmiş plastik bir tapanın içinden geçirilir ve bunun ucuna iki parça ince kağıt tutturulur. Çerçevenin her iki tarafı da camla kaplıdır. Elektroskopun yükü ne kadar büyük olursa, yaprakların itme kuvveti de o kadar büyük olur ve birbirlerinden ayrılacakları açı da o kadar büyük olur. Bu, elektroskop yapraklarının ıraksaklık açısını değiştirerek yükünün arttığını mı yoksa azaldığını mı yargılayabileceği anlamına gelir.
Elektrostatik boyamada gövdelerin elektrifikasyonu kullanılır metal ürünleri, yazıcılarda baskı yaparken, havayı toz ve hafif parçacıklardan vb. temizlemek.
Elektrostatik boyama yöntemi, boyanın boyanacak parçaya daha düzgün bir tabaka halinde uygulanmasını sağlar. Bunu yapmak için bir sprey şişesi kullanın. Boyanacak parçayı boya jetinin yanına yerleştirip, üzerine pozitif yük uygulayın ve püskürtme tabancasının metal borusuna negatif yük uygulayarak bunu bir elektrofor makinesine bağlarsanız, boyanın damlacıklar küçülür ve renkler daha eşit olur.
Üretimde ve günlük yaşamda, elektrifikasyonun ortadan kaldırılması gereken durumlar vardır: Kağıt hamuru ve kağıt fabrikasında elektrifikasyon, hızlı hareket eden kağıt bandında sık sık kırılmalara neden olabilir. Havaya sürtündüğünde uçak elektrikleniyor. Bu nedenle inişten sonra uçağa hemen metal bir merdiven takamazsınız: yangına neden olacak bir deşarj meydana gelebilir.
Elektrifikasyonla mücadele yolları: makinelerin ve makinelerin dikkatli bir şekilde topraklanması; zeminler için iletken plastiklerin kullanılması, havanın nemlendirilmesi, çeşitli "nötrleştiricilerin" kullanımı, hava iyonlaştırıcıları. Günlük yaşamda elektrifikasyonla mücadele etmek için dairedeki bağıl hava nemini% 60-70'e çıkarmak yeterlidir; veya “Antistatik” ilacını kullanın.
