Какая частица является носителем наименьшего отрицательного заряда. Электрические заряды
Испокон веков человеку приходилось наблюдать разные явления природы, как мы знаем теперь, что некоторые из них имели электрическое происхождение. Такие как молнии, ярко святящие во время грозы, или необычайные и величественные по своей красоте полярные сияния.
Простейшее электрическое явление человек сам воспроизвёл впервые более 2500 лет назад: древними греками было найдено, что стоит кусок особой окаменевшей смолы – янтаря, потереть сухой шерстью, как он немедленно начинал притягивать к себе лёгкие тела, такие как кусочки нити, различного рода мелкие соринки, и т.п. Слово «электричество» собственно и происходит от греческого названия янтаря – «электрон».
Ключевые понятия Электричество Магнетизм Гравитация. От национальных стандартов образования в области науки: свет, тепло, электричество и магнетизм. Введение Вы когда-нибудь замечали, что ваши волосы выделяются в сухую погоду или как нечеткое одеяло из флиса может искры, если вы втираете две части одеяла вместе в темноте? Обе эти вещи вызваны электричеством, которое также работает как ток через провода за выключателями света и электрическими розетками. Но вид электричества, который заставляет волосы встать, известное как статическое электричество, намного слабее.
Объяснение этому – электрические заряды, которые появляются на поверхности янтаря при его трении, и именно это свойство заставляет янтарь притягивать к себе мелкие тела.
Электрические заряды, как это известно, бывают двух родов: отрицательные и положительные. В янтаре, и в том числе на смолах, на момент натирания их шерстью возникают отрицательные электрические заряды.
Поскольку он слабее, статическое электричество не работает, чтобы подавать электрические лампочки или приборы, но вы можете заставить его сделать некоторые удивительные вещи вокруг дома. Фон Статическое электричество работает на аналогичных принципах как магнит. Он может создать положительный или отрицательный заряд, который может либо привлечь, либо отразить другие объекты.
Вы когда-нибудь протирали воздушный шар или нечеткую ткань против ваших волос и смотрели, что происходит? Действие трения перемещает некоторые из свободных отрицательных зарядов в ваших волосах на поверхность шара или ткани. Это заставляет ваши положительно заряженные волосы привлекать более отрицательно заряженную поверхность шара или ткани. И поскольку у каждого из ваших волос есть небольшой положительный заряд, подобно подобным сторонам магнита, они захотят отойти друг от друга, еще больше распушив ваши волосы!
Из неких опытов известно, что одноимённые электрические заряды отталкиваются, а разноимённые – притягиваются. Силы зарядов, как на отталкивания, так и притяжения именуются электрическими силами. В любом сколь угодно малом количестве электрический заряд не может существовать. Электрон является минимальной частицей вещества, несущей отрицательный заряд, то есть неделимое количество отрицательного электричества.
Вода, которая представляет собой два атома водорода и один атом кислорода, также состоит из заряженных частиц, причем два атома водорода имеют положительный заряд. Поскольку в жидкой форме воды эти атомы могут свободно перемещаться по любому пути, на него легко может воздействовать статический электрический заряд. Материалы. Кто-то с головой чистых сухих волос.
Осторожно надавите зубочисткой наполовину через дно одной из чашек из пенополистирола. Заполните верхнюю чашку из пенополистирола водой и убедитесь, что она просачивается в чашку, как минимум, небольшую струйку воды. Процедура. Теперь отложите чашку от потока воды. Что делает вода? Дополнительно: попробуйте упражнение с другими объектами, такими как бумажная чашка, воздушный шар, который вы натерли на волосы или другие предметы. Что работает, чтобы изменить поток воды?
Другой вид электрических заряженных частиц представляют собой протоны. Протоны существенно тяжелее электронов и несут равный по величине заряда электрона положительный заряд. Некое огромное впечатление предоставляет собой электрическая иллюминация. На данный момент специалистами разработаны составы особых светящихся красок. Картины, написанные подобными красками на время их освещения кварцевыми электрическими лампами, излучающими ультрафиолетовые лучи, несут собой весьма увлекательное зрелище.
Читайте дальше для наблюдений, результатов и дополнительных ресурсов. Наблюдения и результаты Что случилось с потоком воды, когда статически заряженная чаша приблизилась к ней? Что случилось, когда вы сняли статически заряженную чашку? Почему вы думаете, что это произошло?
Когда вы протираете чашку из пенополистирола в волосах, отрицательные заряды перемещались от волос к поверхности чашки, давая чашке отрицательный заряд. Вода, выпавшая из верхней чашки, изготовлена из положительных и отрицательных частей, которые все смешаны. Но по мере приближения отрицательно заряженной чашки к потоку положительно заряженные части молекул воды притягиваются к отрицательному заряду и перемещают весь поток в сторону чашки.
Мельчайшие частицы всех тел природы – атомы. Атомы построены из электронов и протонов, а также из нейтронов – не заряженных электричеством частиц. Положительно заряженное ядро служит центральной частью атома, заключающееся из протонов и нейтронов. Число протонов в ядре, то есть величина заряда ядра – это важнейшее свойство атомов данного вещества, полностью отличающее их от атомов других веществ.
Почему вода не тянет все боком, чтобы прикрепить себя к поверхности чашки? Несмотря на то, что статическая электрическая тяга между отрицательной и положительной силой сильна, вода по-прежнему достаточно тяжела, чтобы ее можно было поднять под действием силы тяжести. Поэтому, когда вы берете заряженную чашку от ручья, гравитация полностью возвращается назад и тянет воду прямо вниз.
Поделитесь своими наблюдениями и результатами изгибания воды! Используя понятия атомов и полей, мы можем начать обсуждение электрических сил. Первая важная идея - это электрический заряд. Можно сказать, что объект имеет электрический заряд, если он имеет больше протонов, чем электронов, или наоборот. Если вы протираете воздушный шар на ваших волосах, как воздушный шар, так и ваши волосы станут заряженными, в результате чего воздушный шар поднимает ваши волосы вопреки гравитации.
От ядра атома, скажем так, в значительном отдалении расположены несколько или одна так называемая электронная оболочка. Данные оболочки представляют собой некую совокупность электронов, вращающихся вокруг ядра, с большой скоростью имея собственную орбиту. Силой электрического притяжения к ядру атома электроны удерживаются на своих орбитах. Численность электронов в данных оболочках идентична численности протонов в ядре атома, что в целом предоставляет атому оказываться электрически нейтральным. Чрезмерное трение тел приводит к тому, что у одного из этих тел расположенные атомы на поверхности, утрачивают часть своих электронов. Они переходят на второе тело, и в результате первое тело зарядится положительно, а второе, которое обретет избыток электронов – отрицательно.
Как мы уже говорили, существуют два типа фундаментальных заряженных частиц: протон и электрон с положительными и отрицательными зарядами соответственно. Когда вы втираете баллон в волосы, человек становится положительно заряженным, а другой становится отрицательно заряженным, так как электроны перемещаются из одного объекта в другой. Если вы заряжаете стеклянный стержень, протирая его куском шелка, вы увидите, что шелк притягивается к стеклянному стержню. Это связано с тем, что электроны были сняты с стекла и переданы на шелк, что привело к противоположным зарядам.
Из всех известных фундаментальных типов взаимодействия наиболее распространенными являются электромагнитные. Простейший пример этих взаимодействий - притяжение и отталкивание наэлектризованных тел.
Впервые его наблюдал Фал ее (VII в. до н.э.), используя янтарную палочку, потертую о шерсть. Позже В.Гильберт (XVI в.) обнаружил, что свойством притягивать легкие предметы обладают, кроме янтаря, фарфор и многие другие тела, предварительно натертые кожей или другими мягкими материалами. Это явление В. Гильберт назвал электризацией (electron по-гречески - янтарь).
Кроме того, если вы принесете два одинаково подготовленных стеклянных стержня в непосредственной близости, вы почувствуете отталкивающую силу, так как оба объекта имеют одинаковый чистый положительный заряд. Из этих наблюдений можно заключить, что одинаковые заряды будут отталкивать друг друга, а противоположные заряды будут привлекать друг друга.
Есть только эти два типа заряда. Мы никогда не находили частицу с зарядом, которая притягивается или отталкивается как положительными, так и отрицательными зарядами. Это движение заряда от одного объекта к другому может также происходить в пределах одного объекта, где движение заряда называется электрической проводимостью. Объект, который позволяет зарядам перемещаться внутри него легко и без особого сопротивления, называется проводником, тогда как объект, который сопротивляется движению зарядов, называется изолятором.
О телах, способных к таким взаимодействиям, говорят, что они электрически заряжены , т.е. им сообщен электрический заряд .
Электрический заряд q - это количественная мера способности тел к электромагнитным взаимодействиям.
Единицей электрического заряда в СИ является кулон. 1 кулон есть электрический заряд, переносимый через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока 1 А.
В общем, металлы, как правило, отличные проводники, поэтому, если вы отделите часть электрооборудования, вы увидите, что все провода сделаны из меди. Вы также увидите, что они покрыты резиной, которая отличный изолятор, чтобы убедиться, что заряд движется в правильном направлении, и что кто-то может касаться проводов без шок.
Существует еще один способ зарядить объект без прямого контакта, называемый зарядкой по индукции. Это требует концепции заземления. Если проводник подключен к земле другим проводником, он считается заземленным. Мы можем рассматривать Землю как бесконечный резервуар зарядов, т.е. мы можем дать или взять столько электронов, сколько хотим, и земля не получит никакого заряда, так как в ней столько электронов. Рассмотрим незаряженную проводящую сферу, которая окружена изолятором, так что она не может быть заземлена.
Опыты по электризации тел трением, взаимодействию незаряженной станиолевой гильзы с заряженной палочкой показывают, что:
- существуют два рода электрических зарядов, которые условно называют положительными и отрицательными; заряд элементарных частиц - протонов, входящих в состав любого ядра, называют положительным, а заряд электронов - отрицательным;
- при взаимодействии одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются . На этом свойстве зарядов основано действие простейших приборов - электроскопа и электрометра;
- современная физика приводит к выводу о существовании элементарного заряда, являющегося неотъемлемым свойством ряда элементарных частиц. Впервые немецкий физик Г. Гельмгольц в 1881 г. высказал гипотезу, объясняющую электрические явления существованием электрически заряженных элементарных частиц. Впоследствии эта гипотеза подтвердилась открытием электрона (в 1897 г. английским физиком У. Томсоном) и протона (в 1919 г. Э. Резерфордом).
Электрон - это элементарная частица, заряд которой е = -1,6·10 -19 Кл, масса m e = 9,1·10 -31 кг. Протон имеет положительный заряд е = 1,6·10 -19 Кл, а масса протона в 1836 раз больше массы электрона;
Рядом с сферой приводится отрицательно заряженный стержень. Отталкивающая сила на электронах в сфере отталкивает их от стороны, ближайшей к стержню, оставляя чистый положительный заряд в этой области. Если мы затем заземлим сферу, некоторые из электронов покинут сферу из-за отталкивающей силы от стержня. Если мы удалим землю, сфера останется с избытком положительного заряда. Тогда этот положительный заряд будет распределяться равномерно по сфере. Обратите внимание, что отрицательно заряженный стержень никогда не касается сферы и, следовательно, не теряет своего заряда.
- электрический заряд дискретен
(это доказано опытным путем американским физиком Р. Милликеном и русским физиком А. Ф. Иоффе). Это значит, что любой заряд, больший элементарного, состоит из целого числа элементарных зарядов q = ±N·e, где N = 1, 2, 3...
В теле, электрически нейтральном, число протонов и электронов одинаково и они равномерно распределены по объему. Если число электронов в теле меньше числа протонов, то оно заряжено положительно, а если заряд обусловлен избытком электронов, то тело заряжено отрицательно.
Именно этот избыточный заряд определяет собой электрические свойства тела, и его называют зарядом тела, q = (N+ - N-) e, где N+ - число протонов, N- - число электронов.
Зарядка объекта по индукции не требует физического контакта с вызывающим объектом. Если затем мы приведем эту положительно заряженную сферу вблизи, скажем, нейтральной стены, мы обнаружим, что наша сфера будет прилипать к стене. Это связано с тем, что чистый положительный заряд заставит электроны двигаться в сторону сферы, в результате чего получается отрицательный заряд в небольшой области на стене.
Мы можем математически определить, насколько сильной будет сила притяжения или отталкивания между двумя заряженными объектами, и, как оказывается, электрическая сила пропорциональна обратному квадрату расстояния между зарядами. Если у нас есть два заряда, то величина силы между ними определяется выражением.
Процесс, приводящий к появлению на телах или разных частях тела избыточного заряда, называют электризацией;
- заряд инвариантен, т.е. не зависит от характера движения заряженной частицы, ни от ее взаимодействия с другими частицами, ни от выбора системы отсчета. Об этом свидетельствуют многие факты. Так, неионизированный атом и молекула нейтральны: заряды электронной оболочки атома и ядра в точности равны друг другу. А между тем характер движения электронов и ядер совершенно различен. Кроме того, при химических превращениях движение электронов в оболочках атомов изменяется, что приводит к изменению характера спектров атомов. Если бы заряд зависел от скорости движения частиц, то в химических реакциях могли бы появиться нескомпенсированные электрические заряды, но это не обнаружено.