Электрический заряд.

Эффекты электрического заряда были известны по меньшей мере с 600 г. до Н.Э. В то время греки заметили что янтарь – твердый, прозрачный материал, сформированный из окаменевшей смолы вымерших хвойных деревьев – имеет особое свойство: если кусок янтаря потереть о мех животных, то он начитает притягивать легкие предметы. Данное явление показано на рисунке 19-1.

В течении некоторого времени считалось, что только янтарь способен заряжаться. Намного позже было обнаружено, что другие материалы могут вести себя подобным образом. Например, если стекло натереть куском шелка то оно также сможет притягивать маленькие объекты. В этом смысле стекло и янтарь кажутся аналогичными. Однако, как выяснилось, эти материалы имеют разный тип зарядов.

Чтобы убедиться в этом, представьте себе маленький заряженный трубчатый кусок янтаря, как показано на рисунке 19-2. Если поднести второй кусок заряженного янтаря к трубке, как показано на рисунке 19-2(а), то трубка вращается в направлении от второго куска янтаря, что указывает на силу отталкивания между двумя кусками янтаря. Таким образом, одноименные заряды отталкиваются. C другой стороны, если кусок заряженного стекла поднести к трубке из янтаря, она начнет вращаться к куску стекла, что указывает на силы притяжения. Это изображено на рисунке 19-2 (б). Следовательно, разноименные заряды стекла и янтаря притягиваются друг к другу. Имеются ввиду заряды, которые противоположны друг к другу, как в известном выражении «противоположности притягиваются».

На сегодняшний день известно, что два типа зарядов, найденных в янтаре и стекле, фактически являются единственными существующими типами, и мы до сих пор пользуемся чисто производными названиями – положительный (+) и отрицательный (–) заряд, предложенный Бенжамином Франклином (1706-1790) в 1747 году. В соответствии с оригинальным предложением Франклина, заряд янтаря является отрицательным а заряд стекла положительным (противоположным отрицательному). Называть различные заряды «+» и «-» достаточно полезно математически; к примеру предмет, содержащий равное количество положительных и отрицательных зарядов в сумме имеет заряд равный нулю. Предметы с нулевым зарядом называются электрически нейтральными.

Известным примером электрически нейтрального объекта является атом. Атомы имеют небольшие плотные ядра с положительными зарядами, окруженными облаком отрицательно заряженных электронов (от греческого слова «elektnin» - янтарь). Графическое изображение атома показано на рисунке 19-J.

Все электроны имеют в точности одинаковый электрический заряд. Этот заряд очень мал и определяется величиной, е, равной:

Величина заряда электрона, е:

е = 1,60 * 10 ^ -19 Кл 19-1

Единица СИ: Кулон, Кл

В данном выражении, «Кл» это единица заряда Кулон, названная в честь французского физика Шарля-Августин де Кулона (1736-1806). (Точное определение Кулон в терминах электрического тока, которой мы обсудим в главе 21.) Очевидно, что заряд электрона, который имеет отрицательное значение, это -е. Это одно из определяющих свойств электрона. Другим внутренним свойством электронов является его масса, Ме:

Me = 9,11 * 10 ^ -31 кг 19-2

В противоположность этому, заряд протона – одного из главных составляющих ядра равен точно + е. Таким образом, суммарный заряд на атомах, которые имеют равное число электронов и протонов, равняется именно нулю. Масса протона равна:

Мр = 1,673 * 10 ^ -27 кг 19-3

Отметим, что это примерно в 2000 раз больше массы электрона. Другой основной составляющей ядра является ​​нейтрон, который, как следует из названия, имеет нулевой заряд. Его масса чуть больше, чем у протона:

Мn = 1,675 х 10 ^ -27 кг 19-4

Так как величина заряда электрона составляет 1,60 * 10 ^ -19 Кл, то следует, что число электронов в 1 Кл заряда огромно и составляет 6,25 · 10^18 электронов. Говоря о силах между зарядами, Кулон это огромное количество заряда, и даже заряд мощных молний составляет лишь от 20 до 30 Кл. Более общая единица заряда это микроКулон, мкКл, 1 мКл = 10^ -6Кл. Тем не менее, количество заряда, содержащегося в объектах повседневного применения очень велико, даже если измерять в Кулонах.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: