Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Vědecké doložení mnoha elektrických jevů bylo možné díky Coulombovým experimentům, na jejichž základě vědec zavedl termín „bodový elektrický náboj“. Při zkoumání podstaty elektrifikace objevil francouzský fyzik pomocí torzní rovnováhy, kterou vynalezl, zákon interakce bodových nábojů, nám známý jako Coulombův zákon.

Následně tento základní zákon pomohl vědcům vytvořit si představu o struktuře atomů, vysvětlit podstatu elektřiny. To přispělo k vytvoření zdrojů elektrického proudu, bez kterých by nebylo možné dosáhnout současné úrovně vědeckotechnického pokroku.

Historie

Už před naším letopočtem myslitelé věnovali pozornost existenci elektrických nábojů. Nedokázali však vysvětlit svou povahu a navíc ani popsat interakci.

Mnoho staletí uplynulo před okamžikem, kdy vědci přišli na kloub studiu elektrických jevů, což je přivedlo k objevům v této oblasti. Zejména William Gilbert v 16. století, který nechápal podstatu elektřiny, nazýval zelektrizovaná těla, která přitahovala jiné látky.

Charles Dufay v roce 1729 při pozorování elektrifikace různých těles dospěl k závěru, že existují dva typy nábojů, které nazval „sklo“ (jak se projevovaly na skleněné tyči) a „pryskyřice“ ( vznikající elektrifikací pryskyřic ). Později Benjamin Franklin nahradil pojmy „sklo“ a „pryskyřice“ obecnějšími pojmy: „pozitivní“ a „negativní“. Tyto termíny používáme dodnes.

Navzdory skutečnosti, že tito výzkumníci pochopili skutečnost rozložení nábojů, nedokázali vysvětlit podstatu jevu. Fyzik S. Coulomb se přiblížil pochopení elementárních částic jako nosičů náboje. Jím vymyšlený termín „bodový náboj“ pomohl vědci pochopit interakci elementárních částic, což ho vedlo k objevu zákona.

Fyzik na základě svého objevu již dokázal vysvětlit důvod interakce bodově nabitých těles (viz obr. 1).

Rýže. 1. Interakce elektrifikovaných těles

Diskrétnost (nedělitelnost) elementárních nabitých částic dokázal Robert Milliken. Vědec potvrdil, že nabité těleso obsahuje celé číslo elementárních částic. Došel k závěru, že dělitelnost náboje má limit. Elementární nosič náboje je elektron.

Obrázek 2 ukazuje experiment potvrzující dělitelnost náboje. Zkušenosti ukazují, že dělení je násobek, což naznačuje existenci elementárních částic.

Rýže. 2. Dělitelnost náboje

Po zveřejnění Rutherfordova vizuálního planetárního modelu atomu se objevil úplný obrázek. Model předpokládá, že atom se skládá z jádra, kolem kterého obíhají elektrony. Toto je poněkud zjednodušený model, ale již vysvětlil mnoho elektrických procesů, včetně elektrifikace těles.

Rýže. 3. Moderní interpretace planetárního modelu atomu

Co je to elektrický náboj?

Tento termín znamená, že nabité tělo je schopno vytvořit elektrické pole. V širším smyslu se náboji nazývá množství elektřiny – skalární veličina, která je zdrojem elektromagnetického pole, účastní se procesů elektromagnetických interakcí. Elektrický náboj nemůže existovat bez nosiče.

Elementárními nosiči záporných nábojů jsou elektrony. Antipodem elektronu je pozitron - stabilní antičástice, hmotnostně stejná jako elektron, ale se znaménkem "+" . Existuje další stabilní, kladně nabitá elementární částice - proton.

Částice nabité zlomkovými částmi (kvarky) mohou existovat pouze jako součást hadronů, takže nejsou považovány za nosiče.

Nabité protony, které tvoří jádro atomu, jsou pevně spojeny jadernými silami. Nemohou volně uniknout z jádra atomu. Proto je za volné nositele kladného náboje zvykem považovat iont - atom, z jehož oběžné dráhy elektron odešel. K tvorbě záporných iontů dochází v důsledku přidání volných elektronů k nim.

Náboj neutrálních atomů a molekul je nulový a počet kladných a záporných iontů v buňkách krystalových mřížek je kompenzován. Proto jsou tělesa za normálních podmínek elektrostaticky neutrální. Mezi neutrálními atomy není žádná interakce.

Vlastnosti

Bylo zjištěno, že pevný náboj q je nerozlučně spojen s elektrickým polem, představitelem zvláštního druhu hmoty. Pole je hmotným nositelem interakce mezi elementárními částicemi.Tato vlastnost pole se projevuje i v nepřítomnosti hmoty mezi interagujícími tělesy.

Elektrické pole působí silou F na zkušební náboj q′ umístěný v libovolném bodě pole.

Vektorové množství:

charakterizuje působení elektřiny a nazývá se intenzita pole. Čáry, tečny, ke kterým se shodují s vektorem napětí, tvoří čáry napětí. Hustota napínacích čar určuje velikost napětí.

Čáry elektrostatického pole bodového náboje jsou paprsky vycházející z jednoho bodu (pro kladný) nebo vstupující do bodu (pro záporný) (viz obr. 4).

Rýže. 4. Čáry síly pole

V chování nabitých kuliček lze pozorovat elektrostatickou interakci elektromagnetických polí. Pokud se ebonitová nebo skleněná tyčinka zelektrizuje třením a přiblíží se k droboučkým kuličkám černého bezu, pak uvidíme, jak se v důsledku silových interakcí částice odpuzují (pokud mají stejná znaménka) nebo se přitahují (různá znaménka).

Nasycení volných nosičů náboje různých látek není stejné. Většina volných elektronů se nachází v kovech. Protože se nabité elektrony mohou pohybovat vlivem elektrického pole, jsou hlavními přenašeči elektrického proudu v kovech. Pohyb elektronů přitom nevede k žádným chemickým změnám.

Přenos nábojů v roztavených solích nebo v kyselých roztocích je prováděn ionty. Mohou být nabíjeny kladně i záporně. Na rozdíl od kovů je redistribuce nábojů v těchto kapalinách doprovázena chemickými reakcemi. Proto se roztokům říká vodiče druhého druhu, tedy takové, které vlivem stejnosměrných proudů vedou ke změně chemického složení látky.

Látky jsou tedy podmíněně rozděleny podle typu vodivosti:

  • vodiče prvního druhu (kovy);
  • vodiče druhého druhu (solné, alkalické a kyselé roztoky);
  • polovodiče (vedení elektronovou dírou);
  • dielektrika (látky neschopné vést elektřinu kvůli nedostatku volných nosičů).

Měrná jednotka

Jednotkou měření náboje v mezinárodní soustavě SI je 1 coulomb - celkový náboj elementárních částic, které překonávají průřez vodiče proudem 1 A za jednotku času (sekundu). To je obrovská částka. Sílu vzájemného působení 1 C na vzdálenost 1 m lze porovnat s působením zemské gravitace tělesa o hmotnosti 1 milionu tun (9 × 109 H).

Vzájemné působení poplatků

Četné experimenty ukázaly, že nabité elementární částice spolu interagují. Nosiče podobných nábojů se odpuzují a nositelé opačných nábojů se přitahují (viz obr. 5).

Rýže. 5. Interakce elementárních částic

Síla interakce bodových nábojů je určena vzorcem z Coulombova zákona: F=(kq1q2)/ r2, kde q1a q2 jsou dva účtované body umístěné na vzdálenost r, k je koeficient, jehož rozměr závisí na zvoleném systému měření a hodnota závisí na vlastnostech prostředí. Coulombův zákon je jedním ze základních fyzikálních zákonů.

Rýže. 6. Výklad Coulombova zákona

Zákon zachování elektrického náboje

Experimentálně bylo zjištěno, že v uzavřeném systému je splněn jeden ze základních fyzikálních zákonů – zákon zachování. V izolovaném systému celkový náboj nezmizí, ale je zakonzervován v čase. Navíc je kvantován, to znamená, že se mění v částech, které jsou násobky náboje elementární částice.

Algebraický součet nábojů je konstantní: q1+ q2+ + qn=const (viz obrázek 7).

Rýže. 7. Zachování statické elektřiny

Zákon byl formulován B. Franklinem (1747) a potvrzen M. Faradayem v roce 1843

Metody měření

Nejjednodušším přístrojem pro měření je elektroskop. Skládá se ze dvou fóliových lístků umístěných na kovové tyči. Design je krytý skleněným uzávěrem.

Pokud se tyče dotknete zelektrizovaným tělem, okvětní lístky zelektrizují. Vzhledem k tomu, že znaky na nich jsou stejné, Coulombova síla je bude tlačit různými směry. Podle hodnoty úhlu vychýlení můžete odhadnout množství statické elektřiny přijaté na okvětní lístky.

Složitějším zařízením je elektrometr (schematické znázornění na obr. 8). Zařízení se skládá z elektroměrové tyče, šipky a stupnice. Princip činnosti je podobný jako u elektroskopu (šíp je odražen od tyče). Díky přítomnosti stupnice ukazuje odchylka ručičky elektroměru kvantitativní hodnotu přenášené elektřiny.

Rýže. 8. Schematické znázornění elektroměru

Už jsme zmínili, že Coulomb při svých experimentech používal torzní váhy. Toto měřicí zařízení umožnilo vědci objevit slavný zákon pojmenovaný po něm.

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Elektrikář