Faraday ja Maxwelli õpetuste kohaselt on ruumis, kus elektrilaeng asub, elektriväli. Michael Faraday inglise füüsik ja keemik (22. september 1867) James Clerk Maxwell, kuulus inglise füüsik (13. juuni 1879)
Elektrifitseeritud kehad suhtlevad üksteisega distantsilt - nad tõmbavad ja tõrjuvad nii ruumis, kus on õhk, kui ka vaakumis. Elektrilaengu ümbritsevas ruumis on elektriväli. Elektrivälja saab kujutada graafiliselt, kasutades elektrivälja jooni, millel on suund.
Jõudu, millega elektriväli mõjub sellesse sisestatud elektrilaengule, nimetatakse elektrijõuks Laetud kehade läheduses on välja toime tugevam, neist eemaldudes väli nõrgeneb.
Vasak elektroskoop olgu laetud ja parem mitte. Ühendame elektroskoobid traadiga. Näeme, et laeng jaguneb seadmete vahel võrdselt. Eemaldades traadi ja puudutades käega paremat elektroskoopi, sunnime selle laengu meie kehasse kandma. Pärast seda ühendame elektroskoobid uuesti traadiga. Seda saab teha sadu kordi: laeng jagatakse järjest väiksemateks osadeks. Kuid Ameerika füüsik R. Milliken ja nõukogude füüsik A.F. Ioffi katsed näitasid, et ühegi keha laengut ei saa lõpmatult jagada.
Q - elektrilaeng (C) RIPUTUS Charles Augustin (14. juuni 1806) Prantsuse füüsik ja insener.
Kui kõndisite ringi sünteetilisest riidest valmistatud riietes, siis on väga tõenäoline, et tunnete peagi sellisest tegevusest mitte eriti meeldivaid tagajärgi. Teie keha elektriseerub ja kui te tervitate sõpra või puudutate ukselinki, tunnete teravat voolu raputust.
See ei ole surmav ega ohtlik, kuid see pole ka väga meeldiv. Igaüks on vähemalt korra elus midagi sellist kogenud. Kuid sageli avastame juba tagajärgede tõttu, et oleme elektrifitseeritud. Kas on võimalik teada, et keha on elektrifitseeritud mõnel meeldivamal viisil kui voolusüst? Saab.
Mis on elektroskoop ja elektromeeter?
Lihtsaim seade elektrifitseerimise määramiseks on elektroskoop. Selle tööpõhimõte on väga lihtne. Kui puudutate elektroskoopi kehaga, millel on mingi laeng, siis kandub see laeng elektroskoobi sees olevale kroonlehtedega metallvardale. Kroonlehed omandavad sama märgi laengu ja hajuvad, tõrjudes sama märgi laenguga üksteisest eemale. Skaalal näete laengu suurust ripatsites. Teine elektroskoobi tüüp on elektromeeter. Metallvarda kroonlehtede asemel on sellesse kinnitatud nool. Kuid toimimispõhimõte on sama - varras ja nool on laetud ja tõrjuvad üksteist. Noole läbipainde suurus näitab skaalal laengu taset.
Elektrilaengu jagunemine
Tekib küsimus - kui laeng võib olla erinev, siis on väikseima laengu mingi väärtus, mida ei saa jagada? Lõppude lõpuks saate tasu vähendada. Näiteks ühendades juhtmega laetud ja laemata elektroskoobi, jagame laengu võrdselt, mida näeme mõlemal skaalal. Pärast ühe elektroskoobi käsitsi tühjendamist jagame laengu uuesti. Ja nii edasi, kuni laengu väärtus muutub väiksemaks kui elektroskoobi skaala minimaalne jaotus. Kasutades instrumente peenemate mõõtmiste jaoks, oli võimalik kindlaks teha, et elektrilaengu jagunemine ei ole lõpmatu. Väikseima laengu väärtust tähistatakse tähega e ja seda nimetatakse elementaarlaenguks. e=0,000000000000000000016 Cl=1,6*(10)^(-19) Cl (Coulomb). See väärtus on miljardeid kordi väiksem kui laengu hulk, mille saame juukseid kammiga elektriseerides.
Elektrivälja olemus
Teine küsimus, mis elektrifitseerimise nähtust uurides kerkib, on järgmine. Laengu ülekandmiseks peame elektrifitseeritud keha otse teise kehaga puudutama, kuid selleks, et laeng teisele kehale mõjuks, pole otsest kontakti vaja. Niisiis tõmbab elektrifitseeritud klaaspulk eemalt paberitükke enda külge, neid puudutamata. Võib-olla kandub see tõmme edasi õhu kaudu? Kuid katsed näitavad, et õhuta ruumis jääb külgetõmbe mõju püsima. Mis see siis on?
Seda nähtust seletatakse teatud tüüpi aine olemasoluga laetud kehade ümber – elektriväljaga. Elektriväljale 8. klassi füüsikakursuses antakse järgmine definitsioon: elektriväli on ainest erinev aine eriliik, mis eksisteerib iga elektrilaengu ümber ja on võimeline toimima teistele laengutele. Ausalt öeldes pole siiani selget vastust, mis see on ja mis on selle põhjused. Kõik, mida me teame elektrivälja ja selle mõju kohta, on empiiriliselt kindlaks tehtud. Kuid teadus liigub edasi ja ma tahan uskuda, et kunagi saab see küsimus täieliku selguseni lahendatud. Veelgi enam, kuigi me ei mõista täielikult elektrivälja olemasolu olemust, oleme sellest hoolimata juba üsna hästi õppinud, kuidas seda nähtust inimkonna hüvanguks kasutada.
Võtame kaks ühesugust elektromeetrit ja laadime neist ühe (joonis a). Selle laeng vastab skaala \(6\) jaotustele.
Kui ühendada need elektromeetrid klaaspulgaga, siis muutusi ei toimu. See kinnitab tõsiasja, et klaas on dielektrik. Kui aga elektromeetrite ühendamiseks kasutada metallvarda A (joonis b), hoides seda mittejuhtivast käepidemest B, siis on näha, et alglaeng jaguneb kaheks võrdseks osaks: pool laengust ülekandmine esimeselt pallilt teisele. Nüüd vastab iga elektromeetri laeng skaala \(3\) jaotustele. Jätkame katset. Ühendame elektromeetrid lahti ja puudutame käega teist palli. Sellest tulenevalt kaotab ta laengu - tühjaks. Ühendage see uuesti esimese kuuliga, millel on pool algsest laengust alles. Ülejäänud laeng jagatakse jälle kaheks võrdseks osaks ja algse laengu neljas osa jääb esimesele kuulile. Samamoodi saab algsest laengust ühe kaheksandiku, kuueteistkümnendiku jne.
Tekib küsimus, kui kaua saab tasu vähendada? Kas elektrilaengu jagunemisel on piir? Selle väljaselgitamiseks tuli teha ülalkirjeldatutest keerukamaid ja täpsemaid katseid, kuna üsna pea osutub pallile jääv laeng nii väikeseks, et seda pole võimalik koolielektromeetri abil tuvastada. . Täpsemad katsed on näidanud, et elektrilaengut ei saa lõputult vähendada: sellel on jaguvuse piir.
Elektrilaeng on füüsikaline suurus, mida tähistatakse tähega q.
Elektrilaengu ühikuks võetakse kulon (C). Väikseima laenguga osakest nimetatakse elektroniks. Seda laengut ei saa elektronilt "eemaldada". Elektroni laeng on tähistatud tähega e. Elektroni laeng on negatiivne. \(e = -0,00000000000000000016\) Cl = \(-\) 1,6 10–19 \(\)Cl. See laeng on miljardeid kordi väiksem kui see, mis tavaliselt saadakse kehade elektrifitseerimise katsetes hõõrdumise teel.
Keha laengu väljaselgitamiseks on vaja elektroni laeng korrutada laengute arvuga n:
q = e n.
Elektron on väga väike osake. Selle mass on \(m =\) 9,1 10–31 kg. Kärbse tiiva mass on umbes \(5·10²²\) suurem kui elektroni mass.
Kui keha ei ole laetud ja elektrifitseerimisel omandas ta elektrone, siis on see negatiivselt laetud. Selle laeng võrdub vastuvõetud elektronide laengute summaga.
Pane tähele!
Kui keha on negatiivselt laetud ja elektrifitseerides siiski elektrone omandab, siis keha negatiivne laeng suureneb.
Näide:
Näiteks enne elektrifitseerimist omandab laeng \(2e\) elektriseerimise käigus rohkem \(4\) elektroni laengust. Seejärel on pärast elektrifitseerimist laeng \(2e + 4e \u003d 6e\).
slaid 2
Kordame ja meenutame: Milliseid kehasid nimetatakse elektrifitseerituks? (kehad, mis pärast hõõrdumist omandasid omaduse teisi kehasid enda poole meelitada) Milliseid kahte tüüpi elektrilaenguid leidub looduses? (looduses on positiivsed ja negatiivsed laengud) Kuidas need omavahel suhtlevad? (nagu laengud tõrjuvad üksteist, erinevalt laengud tõmbavad)
slaid 3
Kehade elektrifitseerimist saab läbi viia mitte ainult hõõrdumise abil. Teeme järgmise katse. Riputame siidniidile kerge alumiiniumfooliumist varruka ja puudutame seda elektrolüüsitud pulgaga. Näeme, et pärast puudutamist hakkab varrukas pulgast eemale tõrjuma. See tähendab, et padruniümbrisel ja pulgal on sama laeng.
slaid 4
Kust tuli varruka elektrilaeng? Ilmselgelt läks osa elektrifitseeritud pulga elektrilaengust varrukasse. Seetõttu võib kahe keha kokkupuutel elektrilaeng osaliselt üle kanda laetud kehalt laenguta kehale.
slaid 5
Elektrilaengu olemasolu mis tahes kehal saab tuvastada spetsiaalse seadmega, mida nimetatakse elektroskoobiks (kreeka elektronist ja skoopist – vaata, jälgi). Elektroskoobis lastakse metallvarras 3 läbi plastkorgi 5, mis on sisestatud metallkorpusesse 1. Selle otsas on riputatud kaks kergmetalllehte 4. Korpus on mõlemalt poolt suletud klaasidega 2.
slaid 6
Kui elektroskoobi varda puudutab laetud keha, lähevad lehed laiali. Seega esitati neile sama süüdistus. Pealegi sõltub lehtede kaldenurk neile edastatud laengust. Mida suurem on see laeng, seda tugevamini nad üksteist tõrjuvad ja seda suurema nurga all nad lahknevad.
Slaid 7
Kui tuua laetud elektroskoobi, näiteks elektroskoobi juurde samanimeline laetud keha, hajuvad selle lehed tugevamini. Vastupidise märgiga laetud keha toomisel elektroskoobi juurde väheneb elektroskoobi lehtede vaheline nurk.
Slaid 8
On ka teist tüüpi elektroskoobid, mida nimetatakse elektromeetriks. Voldikute asemel kinnitatakse metallvardale nool. Noole pööret seletatakse sellega, et kui laetud keha puutub kokku elektromeetri vardaga, jaotuvad elektrilaengud piki noolt ja varda. Varda ja noole samade elektrilaengute vahel mõjuvad tõukejõud põhjustavad noole pöörde
Slaid 9
Kogemused näitavad, et varda elektrilaengu suurenemisega suureneb noole kõrvalekalde nurk vertikaalasendist. Seetõttu saab seda nurka muutes hinnata elektromeetri vardale ülekantud elektrilaengu suurenemist või vähenemist.
Slaid 10
Kui laete ühte kahest identsest elektromeetrist ja ühendate seadmed metallvardaga, siis selgub, et esimese elektromeetri nõela hälve väheneb mõnevõrra, kuid teise elektromeetri nõel kaldub kõrvale. Selle tulemusena kalduvad mõlema seadme nooled sama nurga võrra kõrvale. Kuidas seda nähtust seletada?
slaid 11
Kui eeldada, et metall on aine, mille kaudu elektrilaengud vabalt liiguvad, siis pool laengust võiks laetud elektromeetrilt mööda metallvarrast laenguta elektromeetrile üle minna. Selle tulemusena osutusid need mõlemad võrdselt laetuks ja nende nooled kaldusid samade nurkade all.
slaid 12
Aineid, mis on võimelised juhtima elektrilaenguid, nimetatakse juhtideks. Metallid, aga ka soolade ja hapete lahused vees, on head juhid.
slaid 13
Ka inimkeha juhib elektrit. Kui puudutate käega laetud eset, näiteks elektromeetri kuuli, siis see objekt tühjeneb. Käe kaudu kandub elektrilaeng inimeseni
Slaid 14
Kui elektromeetrid ühendada klaaspulgaga, siis muutusi ei toimu. See tähendab, et klaas ei lase elektrilaengutel vabalt ühest kehast teise liikuda.
Elektrilaengu jagatavus. Katse, mis kinnitab elektrilaengu jaguvust. Aatomi elektron-tuumamudel.
Laadime ühte elektroskoopi, kuid mitte teist, ühendame need juhtmega, pange tähele, et pool esimese laengust kanti üle teisele. Seega e. tasu saab jagada. Kui esimese elektroskoobi külge kinnitatakse uuesti laenguta elektroskoop, millele jääb pool esialgsest laengust, siis jääb sellele ¼ esialgsest laengust.
On teada, et normaalses olekus pole molekulidel ja aatomitel elektrilaengut. Seetõttu on elektrifitseerimist nende liikumisega võimatu seletada. Kui eeldada, et looduses on osakesi, millel on elektrilaeng, siis laengu jagamisel peaks ilmnema jagunemise piir. See tähendab, et seal peab olema väikseima laenguga osake.
Kas tasu jagamisel on piir? Kas on võimalik saada sellise suurusjärgu laeng, et seda enam edasi jagada pole?
Laengu jagamiseks väikesteks portsjoniteks tuleks see üle kanda mitte pallidele, vaid väikestele metalli- või vedelikuteradele. Pärast seda mõõdeti nendele väikestele kehadele saadud laengut. Katsed on näidanud, et on võimalik saada laengut, mis on miljardeid miljardeid kordi väiksem kui meie poolt vaadeldud katsetes. Kuid laengut üle teatud väärtuse jagada ei olnud võimalik. See viitas sellele, et on olemas laetud osake, millel on väikseim laeng, mida ei saa eraldada.
Elektron on väga väike. Elektroni mass on 9,1 × 10 -31 kg. See mass on umbes 3700 korda väiksem kui vesiniku molekuli mass, mis on molekulidest väikseim.
Elektrilaeng on elektroni üks põhiomadusi. On võimatu ette kujutada, et seda laengut saab elektronilt eemaldada. Nad on üksteisest lahutamatud.
Elektrilaeng on füüsikaline suurus. Seda tähistatakse tähega q. Elektrilaengu ühikuks võetakse kulon (C). See üksus on nime saanud prantsuse füüsiku Charles Coulombi järgi.
Elektron on väikseima negatiivse laenguga osake. Selle laeng on 1,6 × 10 -19 C.
* Teadlastel Ioffel ja Millikanil õnnestus esimest korda määrata elektroni laeng.
Coulombi seadus- punktlaenguga kehade vastasmõju jõud on võrdeline nende kehade laengute korrutisega ja pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga.
punktlaenguga kehad on kehad, mille mõõtmed võib selle probleemi tingimustes tähelepanuta jätta.
Tuuma laeng on absoluutväärtuses võrdne aatomi elektronide kogulaenguga, laetud osakesed. Neid nimetati prootoniteks. Iga prootoni mass on 1840 korda suurem kui elektroni mass. . Aatomil tervikuna pole laengut, on see neutraalne, kuna selle tuuma positiivne laeng on võrdne kõigi selle elektronide negatiivse laenguga.
Atom- see on aine väikseim osake, keemilise elemendi väikseim osa, mis on selle keemiliste omaduste kandja.
E. Rutherford leidis, et aatomi sees on positiivselt laetud tuum ja väljaspool - elektron.
* Tuum on 10 000 korda väiksem kui aatom.
*Aatomi mass on peaaegu võrdne selle tuuma massiga.
positiivne ioon aatom, mis on kaotanud elektroni.
negatiivne ioon Aatom, mis on saanud ühe või mitu elektroni.
Prooton Aatomi tuum, mis kannab ühte elementaarlaengut.
Neutron- elementaarosake, millel puudub elektrilaeng.
Prootoneid ja neutroneid nimetatakse nukleonid- tuuma osakesed.
Valentselektronid on elektronid, mis asuvad väliskihil.
Isotoop on keemiline element, millel on sama arv prootoneid ja elektrone, kuid erinev arv neutroneid.
N. Bohri katsetega tehti kindlaks, et aatomites paiknevad elektronid kihtidena-kestadena (energiatasemed. Tase 1 = 2 elektroni, Tase 2 = 8, Tase 3 = 18, Tase 4 = 32)
