Розділ 2: електродинаміка

Тема 5. Електричне поле. Заняття 1 Електричний заряд

Мета: дати визначення про електричний заряд як про особливі властивості тіл та частинок матерії; навчити учнів пояснювати явище електризації в світі класичної електронної теорії; пояснити фізичне значення закону Кулона, вказати межі його застосування, навчити учнів розв’язувати нескладні задачі на застосування формули закону Кулона по розрахунку сили взаємодії, величини заряду і відстані між зарядженими тілами.

1. Типи взаємодії

2. Основи електродинаміки

3. Заряджені тіла. Електризація тіл

4. Закон Кулона

Ключові слова: гравітаційна, електромагнітна, сильна(ядерна) і слабка взаємодія, електричний заряд та його властивості, явище електризації, закон Кулона

Теоретичні відомості Типи взаємодії

Розрізняють 4 типи взаємодії: гравітаційна, електромагнітна, сильна(ядерна) і слабка.

Гравітаційна взаємодія проявляється в масштабах космосу. Хоча б одне з тіл повинно мати космічні розміри. Проявом гравітаційної взаємодії є сила тяготіння.

Сильна(ядерна) – взаємодія в самих малих системах природи – в атомних ядрах.

Слабка – взаємодія між частинками, що входять до складу ядра і викликають ділення або перетворення ядер.

Електромагнітна взаємодія – найбільш часто зустрічається. Проявом цієї взаємодії – сили пружності, сили тертя і та інші, сили м’язів тварин (і людини); світло – одна з форм електромагнітних хвиль.

Всі 4 типи взаємопов’язані і не існують в природі окремо один від одного.

Основи електродинаміки

Електродинаміка – це наука про властивості і закономірності поведінки особливого виду матерії – електромагнітного поля, яке здійснює взаємодію між електрично зарядженими тілами і частинками. Електродинаміка як наука розвивалася довгим і складним шляхом від явища притягання предметів янтарем, потертим об шерсть, до гіпотези Джеймса Клерка Максвелла про породження магнітного поля змінним електричним полем.

Розділ електродинаміки, який присвячений вивченню електрично заряджених тіл, що покояться, називають електростатикою.

Всі тіла побудовані з найдрібніших частинок, які неможна розділити на більш прості і тому називаються елементарними.

Більшість елементарних частинок володіють здібністю взаємодіяти з силою прямо пропорційною , але більшою ніж сила тяготіння. Якщо частинка взаємодіє з такою силою (>сили тяготіння), то кажуть, що частинка має електричний заряд і називається зарядженою.

Бувають частинки без заряду, але немає заряду без частинки.

Взаємодія між зарядженими частинками називається електромагнітною. Електричний заряд визначає інтенсивність електромагнітної взаємодії.

Заряджені тіла. Електризація тіл

Макроскопічне тіло заряджене електрично, якщо воно має надмірну кількість елементарних частинок з будь-яким одним знаком заряду.

Для того, щоб одержати електрично заряджене тіло, тобто наелектризувати його, треба відділити частину негативного заряду від пов’язаного з ним позитивного (наприклад, за допомогою тертя).

Виявити не електризоване тіло можна за допомогою електроміра або електроскопу.

Дослідним шляхом встановлені властивості заряду, і не існує таких явищ, в яких вони не спостерігалися:

1. електричні заряди можуть бути лише двох видів. Ті заряди, які мають такі ж самі властивості, що має ебоніт потертий об хутро, називаються від’ємними, а ті, що утворюються на склі при терті об шовк, називаються позитивними.;

2. електричний заряд – величина інваріантна (стала), яка не залежить від швидкості носія заряду;

3. електричний заряд – дискретний, тобто всі електричні заряди кратні заряду електрону (або протону). Заряд макроскопічного тіла q=ne^-, де n – ціле число, e^- – заряд електрона. Елементарні заряджені частинки: електрон е і протон р: q_e=-q_p=-1,6^.10^-19 Кл;

4. електричний заряд - адитивний, тобто заряд будь-якої системи тіл (частинок) дорівнює алгебраїчній сумі зарядів тіл (частинок), що входять до системи;

При електризації тертям відбувається перерозподіл зарядів між тілами, нейтральними в перший момент. В техніці дуже гостро стоїть питання про розрядження поверхонь або поверхневих зарядів, що виникають під час тертя (ролики в технічному обладнанні, тролеї тролейбусів, тощо).

Закон збереження електричного заряду. В замкнутій системі алгебраїчна сума зарядів всіх частинок системи залишається незмінною:

Якщо в системі відбулася передача заряду від одного тіла іншому, вся система має колишній заряд.

Гальвані, Вольт, жаба, хімічне джерело струму, скат, краб, вугор, ... на кінцях дротів різних матеріалів.