שדה חשמלי: חלוקת מטען חשמלי ואלקטרוסקופ. חלוקה של מטען חשמלי. מבנה האטומים

על פי משנתם של פאראדיי ומקסוול, במרחב שבו נמצא המטען החשמלי, יש שדה חשמלי. מייקל פאראדיי פיזיקאי וכימאי אנגלי (22 בספטמבר 1867) ג'יימס קלרק מקסוול פיזיקאי אנגלי מפורסם (13 ביוני, בנובמבר 1879)

גופים מחושמלים מתקשרים זה עם זה במרחק - הם מושכים ודוחים גם בחלל שבו יש אוויר וגם בוואקום. יש שדה חשמלי בחלל שמסביב למטען החשמלי. ניתן לייצג שדה חשמלי בצורה גרפית באמצעות קווי שדה חשמליים בעלי כיוון.

הכוח שבו פועל השדה החשמלי על המטען החשמלי המוכנס אליו נקרא הכוח החשמלי, ליד גופים טעונים פעולת השדה חזקה יותר וכאשר מתרחקים מהם השדה נחלש.

תן לאלקטרוסקופ השמאלי להיות טעון ולימין לא. אנו מחברים את האלקטרוסקופים עם חוט. נראה שהטעינה מתחלקת שווה בשווה בין המכשירים. על ידי הסרת החוט ונגיעה באלקטרוסקופ הנכון עם היד, נכריח את המטען שלו לעבור לתוך הגוף שלנו. לאחר מכן, נחבר שוב את האלקטרוסקופים עם חוט. ניתן לעשות זאת מאות פעמים: המטען יחולק לחלקים קטנים יותר ויותר. עם זאת, הפיזיקאי האמריקאי ר' מיליקן והפיזיקאי הסובייטי A.F. ניסויים של איופה קבעו שלא ניתן לחלק את המטען של כל גוף לאין שיעור.

Q - מטען חשמלי (C) PENDANT Charles Augustin (14 ביוני 1806) פיזיקאי ומהנדס צרפתי.

אם הסתובבת בבגדים מבד סינטטי, אז סביר מאוד להניח שבקרוב תרגישי השלכות לא נעימות במיוחד מפעילות כזו. הגוף שלך יתחשמל, וכאשר אתה מברך חבר או נוגע בידית דלת, אתה תרגיש טלטלה חדה של זרם.

זה לא קטלני או מסוכן, אבל זה לא מאוד נעים. כל אחד חווה דבר כזה לפחות פעם אחת בחייו. אבל לעתים קרובות אנחנו מגלים שאנחנו מחושמלים, כבר מההשלכות. האם אפשר לדעת שהגוף מחושמל בצורה יותר נעימה מזריקת זרם?פחית.

מה זה אלקטרוסקופ ואלקטרומטר?

המכשיר הפשוט ביותר לקביעת חשמול הוא אלקטרוסקופ. עקרון הפעולה שלו פשוט מאוד. אם אתה נוגע באלקטרוסקופ עם גוף שיש לו מטען כלשהו, ​​אז המטען הזה יועבר למוט מתכת עם עלי כותרת בתוך האלקטרוסקופ. עלי הכותרת ירכשו מטען של אותו סימן ויתפזרו, נדחו על ידי המטען של אותו סימן זה מזה. על הסולם ניתן לראות את גודל המטען בתליונים. סוג אחר של אלקטרוסקופ הוא האלקטרומטר. במקום עלי כותרת על מוט מתכת, קבוע בו חץ. אבל עקרון הפעולה זהה - המוט והחץ טעונים ודוחים זה את זה. כמות הסטייה של החץ מציינת את רמת המטען בסולם.

חלוקת מטען חשמלי

נשאלת השאלה - אם המטען יכול להיות שונה, אז יש איזה ערך של המטען הקטן ביותר שאי אפשר לחלק? אחרי הכל, אתה יכול להפחית את החיוב. לדוגמה, על ידי חיבור אלקטרוסקופ טעון ולא טעון עם חוט, נחלק את המטען שווה בשווה, מה שנראה בשני הסולמות. לאחר שפרקנו אלקטרוסקופ אחד ביד, אנו שוב מחלקים את המטען. וכך הלאה עד שערך המטען יפחת מהחלוקה המינימלית של סולם האלקטרוסקופ. באמצעות מכשירים למדידות עדינות יותר, ניתן היה לקבוע שחלוקת המטען החשמלי אינה אינסופית. ערכו של המטען הקטן ביותר מסומן באות e ונקרא המטען היסודי. e=0.0000000000000000000016 Cl=1.6*(10)^(-19) Cl (קולומב). ערך זה קטן פי מיליארדים מכמות המטען שאנו מקבלים על ידי חשמול השיער במסרק.

מהות השדה החשמלי

שאלה נוספת שעולה כאשר לומדים את תופעת החשמול היא כדלקמן. על מנת להעביר את המטען צריך לגעת ישירות בגוף המחושמל לגוף אחר, אך כדי שהמטען יפעל על גוף אחר אין צורך במגע ישיר. אז, מוט זכוכית מחושמל מושך אליו פיסות נייר למרחק, מבלי לגעת בהן. אולי המשיכה הזו מועברת באוויר? אבל ניסויים מראים שבחלל חסר אוויר נשארת השפעת המשיכה. אז מה זה?

תופעה זו מוסברת בקיומו של סוג מסוים של חומר סביב גופים טעונים - שדה חשמלי. השדה החשמלי בקורס פיזיקה בכיתה ח' מקבל את ההגדרה הבאה:שדה חשמלי הוא סוג מיוחד של חומר, שונה מחומר, שקיים סביב כל מטען חשמלי ומסוגל לפעול על מטענים אחרים. למען האמת, עדיין אין תשובה ברורה מה זה, ומה הסיבות שלו. כל מה שאנחנו יודעים על השדה החשמלי והשפעותיו התבסס אמפירית. אבל המדע מתקדם, ואני רוצה להאמין שיום אחד הנושא הזה ייפתר לבהירות מוחלטת. יתרה מכך, למרות שאיננו מבינים עד הסוף את מהות קיומו של שדה חשמלי, בכל זאת, כבר למדנו היטב כיצד להשתמש בתופעה זו לטובת האנושות.

ניקח שני אלקטרומטרים זהים ונטען אחד מהם (איור א). המטען שלו מתאים לחלוקות \(6\) של הסולם.

אם אתה מחבר את האלקטרומטרים האלה עם מוט זכוכית, אז לא יחול שינוי. זה מאשר את העובדה שזכוכית היא דיאלקטרי. אם, לעומת זאת, כדי לחבר את האלקטרומטרים, השתמש במוט מתכת A (איור ב), אוחז בו בידית לא מוליכה B, אז אתה יכול לראות שהמטען הראשוני מחולק לשני חלקים שווים: חצי מהמטען יהיה העברה מהכדור הראשון לשני. כעת המטען של כל אלקטרומטר מתאים לחלוקות \(3\) של הסולם. בואו נמשיך בניסוי. בואו ננתק את האלקטרומטרים ונגע בכדור השני עם היד. מכאן יאבד מטען – משוחרר. חבר אותו שוב עם הכדור הראשון, שנותר לו חצי מהמטען המקורי. המטען הנותר יתחלק שוב לשני חלקים שווים, והחלק הרביעי של המטען המקורי יישאר בכדור הראשון. כך גם ניתן לקבל שמינית, שש עשרה מהחיוב המקורי וכו'.
נשאלת השאלה, תוך כמה זמן ניתן להפחית את החיוב? האם יש גבול לחלוקת המטען החשמלי? כדי לגלות זאת, היה צורך לבצע ניסויים מורכבים ומדויקים יותר מאלה שתוארו לעיל, שכן מהר מאוד המטען שנותר על הכדור מתברר כל כך קטן עד שלא ניתן לזהות אותו בעזרת אלקטרומטר בית ספר. . ניסויים מדויקים יותר הראו שאי אפשר להפחית את המטען החשמלי ללא הגבלת זמן: יש לו מגבלת חלוקה.

מטען חשמלי הוא גודל פיזיקלי, המסומן באות q.

הקולומב (C) נלקח כיחידת המטען החשמלי. החלקיק בעל המטען הקטן ביותר נקרא אלקטרון. לא ניתן "להסיר" מטען זה מאלקטרון. מטען האלקטרון מסומן באות e. מטען האלקטרון שלילי. \(e = -0.000000000000000000016\) Cl = \(-\) 1.6 10 − 19 \(\)Cl. מטען זה קטן פי מיליארדים ממה שמתקבל בדרך כלל בניסויים בחשמול גופים על ידי חיכוך.
כדי לגלות את המטען של הגוף, יש צורך להכפיל את מטען האלקטרון במספר המטענים n:
q = e n.
אלקטרון הוא חלקיק קטן מאוד. המסה שלו היא \(m =\) 9.1 10 − 31 ק"ג. לכנף של זבוב יש מסה בערך \(5·10²²\) גדולה יותר ממסה של אלקטרון.

אם הגוף אינו טעון וכשהוא מחושמל הוא רכש אלקטרונים, אז הוא יהיה טעון שלילי. המטען שלו יהיה שווה לסכום המטענים של האלקטרונים המתקבלים.

שים לב!

אם הגוף טעון שלילי וכאשר הוא מחושמל הוא עדיין רוכש אלקטרונים, אז המטען השלילי של הגוף גדל.

דוגמא:

לדוגמה, לפני החשמול, המטען \(2e\) במהלך החשמול רוכש יותר \(4\) ממטען האלקטרונים. לאחר מכן, לאחר חשמול, המטען הוא \(2e + 4e \u003d 6e\).

שקופית 2

נחזור ונזכור: אילו גופים נקראים מחושמלים? (גופים שלאחר שפשוף רכשו את התכונה למשוך לעצמם גופים אחרים) אילו שני סוגי מטענים חשמליים קיימים בטבע? (בטבע יש מטענים חיוביים ושליליים) איך הם מתקשרים? (כמו מטענים דוחים זה את זה, בניגוד למטענים מושכים)

שקופית 3

חשמול של גופים יכול להתבצע לא רק על ידי חיכוך. בואו נעשה את הניסוי הבא. אנו תולים שרוול נייר אלומיניום קל על חוט משי ונוגעים בו במקל אלקטרוליזה. נראה שאחרי הנגיעה השרוול מתחיל להדוף מהמקל. זה אומר שלמארז המחסנית והמקל יש את אותה טעינה.

שקופית 4

מאיפה המטען החשמלי על השרוול? ברור שחלק מהמטען החשמלי מהמקל המחושמל עבר לשרוול. לכן, כאשר שני גופים באים במגע, מטען חשמלי יכול לעבור חלקית מגוף טעון לגוף לא טעון.

שקופית 5

ניתן לזהות נוכחות של מטען חשמלי על כל גוף באמצעות מכשיר מיוחד הנקרא אלקטרוסקופ (מהאלקטרון היווני ו-scopeo - הסתכל, התבונן). באלקטרוסקופ מעבירים מוט מתכת 3 דרך פקק פלסטיק 5 המוחדר למארז מתכת 1. בקצהו תלויות שתי יריעות מתכת קלות 4. המארז נסגר בכוסות 2 משני הצדדים.

שקופית 6

אם מוט האלקטרוסקופ ייגע בגוף טעון, העלים יתפזרו. אז הם הואשמו באותו אישום. יתרה מכך, זווית ההתפצלות של העלים תלויה במטען שנמסר להם. ככל שמטען זה גדול יותר, כך הם ידחו זה את זה חזק יותר, והזווית שהם יתפצלו תהיה גדולה יותר.

שקופית 7

אם אתה מביא גוף טעון באותו שם לאלקטרוסקופ טעון, כמו אלקטרוסקופ, אז העלים שלו יתפזרו חזק יותר. הבאת גוף טעון עם הסימן ההפוך לאלקטרוסקופ, הזווית בין עלי האלקטרוסקופ תפחת.

שקופית 8

יש עוד סוג של אלקטרוסקופ שנקרא אלקטרומטר. במקום עלונים, חץ קבוע על מוט מתכת. סיבוב החץ מוסבר בכך שכאשר גוף טעון בא במגע עם המוט של אלקטרומטר, מטענים חשמליים מתפזרים לאורך החץ והמוט. כוחות הדחייה הפועלים בין אותם מטענים חשמליים על המוט והחץ גורמים לחץ להסתובב

שקופית 9

הניסיון מלמד שעם עלייה במטען החשמלי על המוט, זווית הסטייה של החץ מהמיקום האנכי עולה. לכן, על ידי שינוי זווית זו, ניתן לשפוט את העלייה או הירידה במטען החשמלי המועבר אל מוט האלקטרומטר.

שקופית 10

אם מטעין אחד משני אלקטרומטרים זהים ומחברים את המכשירים עם מוט מתכת, מסתבר שסטיית המחט של האלקטרומטר הראשון תפחת במידת מה, אך המחט של האלקטרומטר השני תסטה. כתוצאה מכך, החצים של שני המכשירים יסטו באותה זווית. איך להסביר את התופעה?

שקופית 11

אם נניח שהמתכת היא חומר שדרכו נעים מטענים חשמליים בחופשיות, אזי מחצית מהמטען עשויה לעבור מהאלקטרומטר הטעון לאורך מוט המתכת אל האלקטרומטר הלא טעון. כתוצאה מכך, שניהם התבררו כטעונים באותה מידה, והחיצים שלהם סטו באותן זוויות.

שקופית 12

חומרים המסוגלים להוליך מטענים חשמליים נקראים מוליכים. מתכות, כמו גם תמיסות של מלחים וחומצות במים, הם מוליכים טובים.

שקופית 13

גוף האדם גם מוליך חשמל. אם אתה נוגע בחפץ טעון, למשל, בכדור של אלקטרומטר עם היד שלך, אז החפץ הזה ישוחרר. דרך היד יעבור המטען החשמלי לאדם

שקופית 14

אם אלקטרומטרים מחוברים עם מוט זכוכית, אז לא יתרחשו שינויים. כלומר, זכוכית אינה מאפשרת למטענים חשמליים לנוע בחופשיות מגוף אחד למשנהו.

חלוקה של מטען חשמלי. ניסוי המאשר את חלוקת המטען החשמלי. מודל אלקטרוני-גרעיני של האטום.

אנו מטעינים אלקטרוסקופ אחד, אך לא את השני, מחברים אותם עם חוט, שימו לב שחצי מהמטען של הראשון הועבר לשני. אז ה. ניתן לחלק תשלום. אם אלקטרוסקופ לא טעון מחובר שוב לאלקטרוסקופ הראשון, שעליו נשאר מחצית מהמטען המקורי, אז ¼ מהמטען המקורי יישאר עליו.

ידוע שבמצב נורמלי אין למולקולות ולאטומים מטען חשמלי. לכן, אי אפשר להסביר את החשמול בתנועתם. אם נניח שבטבע ישנם חלקיקים בעלי מטען חשמלי, אז חלוקת המטען צריכה לחשוף את גבול החלוקה. זה אומר שחייב להיות חלקיק עם המטען הקטן ביותר.

האם יש הגבלה לחלוקת החיובים? האם ניתן לקבל חיוב בסדר גודל כזה שלא ניתן עוד לחלוקה נוספת?

כדי לחלק את המטען למנות קטנות, יש להעבירו לא לכדורים, אלא לגרגירי מתכת קטנים או נוזלים. לאחר מכן נמדד המטען שהתקבל על הגופים הקטנים הללו. ניסויים קבעו שאפשר להשיג מטען שהוא פי מיליארדי מיליארדים פחות מאשר בניסויים שחשבנו. אבל לא ניתן היה לחלק את החיוב מעבר לערך מסוים. זה הצביע על כך שיש חלקיק טעון בעל המטען הקטן ביותר שלא ניתן להפרידו.

האלקטרון קטן מאוד. המסה של אלקטרון היא 9.1 × 10 -31 ק"ג. מסה זו קטנה בערך פי 3700 מהמסה של מולקולת המימן, שהיא הקטנה מכל המולקולות.

מטען חשמלי הוא אחת התכונות הבסיסיות של אלקטרון. אי אפשר לדמיין שאפשר להסיר את המטען הזה מאלקטרון. הם בלתי נפרדים אחד מהשני.

מטען חשמליהיא כמות פיזית. זה מסומן באות ש'. הקולומב (C) נלקח כיחידת המטען החשמלי. יחידה זו נקראת על שם הפיזיקאי הצרפתי שארל קולומב.

אלקטרון הוא חלקיק בעל המטען השלילי הקטן ביותר. המטען שלו הוא 1.6 × 10 -19 C.

* בפעם הראשונה הצליחו המדענים איופה ומיליקן לקבוע את המטען של אלקטרון.

חוק קולומב- כוח האינטראקציה של גופים טעונים נקודתיים עומד ביחס ישר למכפלת המטענים של גופים אלה ובפרופורציה הפוך לריבוע המרחק ביניהם.

גופים טעונים נקודההם גופים שניתן להזניח את מידותיהם במצב של בעיה זו.

המטען של הגרעין שווה בערכו המוחלט למטען הכולל של האלקטרונים של האטום,חלקיקים טעונים. הם נקראו פרוטונים. לכל פרוטון יש מסה גדולה פי 1840 ממסה של אלקטרון. . לאטום בכללותו אין מטען, הוא ניטרלי כי המטען החיובי של הגרעין שלו שווה למטען השלילי של כל האלקטרונים שלו.

אָטוֹם- זהו החלקיק הקטן ביותר של חומר, החלק הקטן ביותר של יסוד כימי, שהוא נושא התכונות הכימיות שלו.

E. Rutherford מצא שבתוך האטום יש גרעין טעון חיובי, ומחוץ - אלקטרון.

* גרעין קטן פי 10,000 מאטום.

*מסה של אטום כמעט שווה למסת הגרעין שלו.

יון חיוביאטום שאיבד אלקטרון.

יון שליליאטום שצבר אלקטרוני אחד או יותר.

פּרוֹטוֹןגרעין של אטום הנושא מטען אלמנטרי אחד.

נֵיטרוֹן- חלקיק יסודי שאין לו מטען חשמלי.

פרוטונים וניטרונים נקראים נוקלונים- חלקיקים של הגרעין.

אלקטרונים ערכייםהם אלקטרונים הממוקמים על השכבה החיצונית.

אִיזוֹטוֹפּהוא יסוד כימי בעל אותו מספר של פרוטונים ואלקטרונים, אך עם מספר שונה של נויטרונים.

הניסויים של נ.בוהר קבעו כי אלקטרונים באטומים מסודרים בשכבות-קליפות (רמות אנרגיה. רמה 1 = 2 אלקטרונים, רמה 2 = 8, רמה 3 = 18, רמה 4 = 32)