Cours de physique
(Partie III-IV. Electrodynamique. Optique.
Brèves notes de cours
Fondamentaux de l'électrostatique.
1. Loi de conservation charge électrique. La loi de coulomb.
2. Champ électrostatique. L'intensité du champ électrostatique.
3. Le principe de superposition des champs. Dipôle.
4. Flux du vecteur déplacement électrique. Théorème de Gauss.
5. Le travail de déplacement d'une charge dans un champ électrostatique. Potentiel de terrain. Différence de potentiel.
6. Relation entre tension et potentiel.
7. Conducteurs et diélectriques dans un champ électrique.
8.Capacité électrique. Condensateurs.
9. Énergie de champ électrique
Constant électricité.
10. Le courant électrique et ses caractéristiques.
11. Loi d'Ohm pour une section de chaîne.
12. Connexions des conducteurs.
13. Loi d'Ohm pour un circuit contenant des champs électromagnétiques.
14. Travail et puissance du courant électrique. Loi de Joule-Lenz.
15. Règles de Kirchhoff pour les chaînes ramifiées.
16. Conversion d'une connexion ″triangle″ en une ″étoile″ équivalente.
17. Cohérent et connexion parallèle sources actuelles.
18. Courant électrique dans les métaux.
19. Courant électrique dans les semi-conducteurs.
20. Courant électrique dans les électrolytes.
21. Courant électrique dans les gaz.
Électromagnétisme
22. Interaction magnétique des courants.
23. Loi Biot-Savart. Le théorème de la circulation.
24. Force de Lorentz.
25. Champ magnétique dans la matière.
26. Induction électromagnétique. La règle de Lenz.
27. Auto-induction. L'énergie du champ magnétique.
Optique.
28. Lois fondamentales de l'optique.
29. Verres fins. Formule lentille mince. Construction d'images dans des lentilles.
30. Nature ondulatoire de la lumière. Interférence lumineuse.
31. Principe de Huygens-Fresnel Diffraction en faisceaux parallèles.
32. Polarisation de la lumière.
33. Interaction de la lumière avec la matière.
Fondamentaux de l'électrostatique.
La loi de conservation de la charge électrique. La loi de coulomb.
Tous les corps de la nature sont capables de s'électriser, c'est-à-dire d'acquérir une charge électrique. Dans la nature, il existe des particules avec des charges électriques de signes opposés. La charge d'un électron est considérée comme négative et la charge d'un proton - une particule élémentaire faisant partie du noyau d'un atome - est positive. La plupart des corps sont électriquement neutres ; le nombre d'électrons qu'ils contiennent est égal au nombre de protons. Si la neutralité électrique du corps est violée, alors il devient électrifié (chargé). Les charges semblables se repoussent, les charges dissemblables s'attirent.
Un corps macroscopique peut être chargé de n'importe quel signe. Ce processus s'appelle l'électrification. Exister différentes façons l'électrification des corps notamment, cela peut se faire en frottant les corps les uns contre les autres (électrification par frottement). On sait que les tiges d'ébonite et de verre électrifiées ont différentes sortes des charges. Nous sommes convenus de considérer la charge qui apparaît lors de l'électrisation par frottement sur un bâton d'ébonite ou d'ambre comme négative, et sur une tige de verre comme positive.
L'électrification des corps s'explique par le transfert d'électrons d'une substance à une autre. Les électrons externes des atomes d'une substance sont souvent très faiblement attachés à leur noyau et, lors du frottement, peuvent passer d'une substance à une autre. Un corps qui a reçu un excès d'électrons devient chargé négativement. Un corps qui a perdu des électrons est positif.
En plus de l'électrification par frottement, il existe également une électrification par induction.
Électrification par inductionpeut s'expliquer sur la base microstructure de la matière. DANS les métaux, qui appartiennent à la classe des conducteurs - substances qui conduisent bien le courant électrique - il existe électrons libres, qui peut se déplacer librement. Lorsqu'un corps chargé est amené sur une sphère métallique non chargée, déplacement des électrons vers ou loin d'un corps chargé, selon le signe de sa charge. Dans d'autres substances, telles que le plastique ou le caoutchouc, qui sont classées comme isolants, ni les charges positives ni négatives ne peuvent se déplacer librement. Mais lorsqu'un corps chargé, par exemple, chargé positivement, est amené sur une tige en plastique, la configuration des molécules de la tige est déformée de telle sorte que sa surface faisant face au corps chargé sera chargée négativement, et vice versa.
Pour détecter les corps électrifiés sont utilisés dispositifs spéciaux- électroscopes. Apparence dispositif est illustré à la fig. Le corps cylindrique (1) est recouvert de verre (2). Une tige métallique (3) avec des pétales facilement mobiles ou une flèche (4) est insérée à l'intérieur du dispositif. La tige est séparée du corps métallique de l'appareil par un manchon en plastique (5). Lorsqu'un corps chargé entre en contact avec la tige d'un électroscope, des charges électriques de même signe se répartissent le long de la tige et de l'aiguille. Les forces de répulsion électrique font tourner la flèche d'un certain angle, par lequel on peut juger de la charge transférée à la tige de l'électromètre.
La charge électrique a la propriété discrétion- lorsqu'elle est électrifiée, la charge électrique change d'une valeur strictement définie, égale ou multiple de la quantité minimale d'électricité, appelée charge électrique élémentaire.
La plus petite particule de masse stable qui a une charge électrique négative élémentaire est appelée électron. Charge électronique e \u003d -1,6 × 10 -19 C . Masse d'un électron te \u003d 9,11 × 10 -31 kg . La charge du proton est positive et égale en module à la charge de l'électron, sa masse t p \u003d 1,67 × 10 -27 kg . La charge d'un corps composé de N particules chargées, est un multiple de valeurs entières de la charge de l'électron : q=±Ne. La charge d'un électron a d'abord été mesurée R.E.Milliken en 1909 Les charges fractionnaires à l'état libre n'existent pas.
Empiriquement, la loi fondamentale de la nature a été établie - loi de conservation de la charge électrique: la somme algébrique des charges électriques de tout système fermé reste inchangée, quels que soient les processus qui se déroulent à l'intérieur de ce système.
Unité de charge - pendentif(CL).
La loi fondamentale de l'électrostatique est la loi d'interaction de deux charges ponctuelles fixes. La loi a été établie expérimentalement par un physicien français Sh. O. Coulomb en 1785 : force interaction électrique entre deux charges ponctuelles fixes, situé dans le vide, est proportionnel au produit des charges q 1 et q 2
Il stipule que la somme algébrique des charges électriques de toutes les particules d'un système isolé ne change pas au cours des processus qui s'y déroulent.
La charge électrique de toute particule ou système de particules est un multiple entier charge électrique élémentaire(égale en grandeur à la charge de l'électron) ou zéro.
Une des confirmations de la loi de conservation de la charge électrique est la stricte égalité (selon valeur absolue) les charges électriques de l'électron et du proton. L'étude du mouvement des atomes (molécules) et des corps microscopiques dans les champs électriques confirme la neutralité électrique de la substance et, par conséquent, l'égalité des charges de l'électron et du proton (et la neutralité électrique du neutron) avec une précision de 10 -21 .
Loi de conservation de la charge confirmé par de simples expériences sur l'électrification des corps. Nous fixerons un disque métallique sur la tige de l'électromètre et, après avoir mis une couche de tissu dessus, nous mettrons un autre disque similaire sur le dessus, mais avec une poignée diélectrique. Après avoir effectué plusieurs mouvements avec le disque supérieur le long de la couche isolante, nous le retirons sur le côté. Nous verrons que la flèche de l'électromètre s'écarte, indiquant l'apparition d'une charge électrique sur le tissu et le disque en contact avec celui-ci. Ensuite, touchons le deuxième disque (que nous avons frotté sur le tissu) à la tige du deuxième électromètre. La flèche de cet électromètre s'écartera approximativement du même angle que la flèche du premier électromètre. Cela signifie que lors de l'électrification, les deux disques ont reçu la même charge en valeur absolue. Que peut-on dire des signes de ces charges ? Pour répondre à cette question, nous allons compléter l'expérience en connectant les électromètres avec une tige métallique. Nous allons voir comment les flèches des instruments descendent. La neutralisation des charges indique qu'elles étaient égales en valeur absolue, mais de signe opposé (et donc qu'elles s'additionnaient à zéro).
Cette expérience et d'autres montrent que dans le processus d'électrification, la charge totale (totale) des corps est préservée: si elle était égale à zéro avant l'électrification, elle le restera après.
La charge électrique totale est conservée même si les charges initiales des corps étaient différentes de zéro. Si nous désignons les charges initiales des corps comme q 1 Et q2, et la charge des mêmes corps après leur interaction comme q' 1 Et q' 2 alors tu peux écrire :
q' 1 + q' 2 \u003d q 1 + q 2.
Dans toute interaction de corps, leur charge électrique totale reste inchangée.
C'est la loi fondamentale de la nature - la loi de conservation de la charge électrique.
La loi de conservation de la charge a été établie en 1750 par le scientifique et éminent homme politique américain Benjamin Franklin. Il a également introduit le concept de charges positives et négatives, en les désignant par les signes "+" et "-".
La loi de conservation de la charge a un sens profond. C'est évident lorsque le nombre de particules élémentaires ne change pas. Cependant particules élémentaires peut surgir (naître) et disparaître, c'est-à-dire subir diverses transformations. Les particules élémentaires apparaissent et disparaissent toujours par paires (avec des charges opposées). De nombreuses observations de transformations de particules élémentaires confirment la loi de conservation de la charge. Cette loi exprime une des propriétés fondamentales de la charge électrique.
Ainsi, la charge électrique dans l'Univers est conservée et la charge électrique totale de l'Univers est très probablement égale à zéro.
électrostatique ou Coulomb électrostatique.
Pendentif ampère unité de mesure de base.
Le coefficient k dans le système SI s'écrit généralement :
Charge électrique. La loi de coulomb
Comme le concept de masse gravitationnelle d'un corps en mécanique newtonienne, le concept de charge en électrodynamique est le concept de base principal.
Charge électrique- Ce quantité physique caractérisant la propriété des particules ou des corps à entrer dans des interactions de force électromagnétique.
La charge électrique est généralement désignée par les lettres q ou Q.
L'ensemble de tous les faits expérimentaux connus nous permet de tirer les conclusions suivantes :
Il existe deux sortes de charges électriques, appelées classiquement positives et négatives.
Les charges peuvent être transférées (par exemple, par contact direct) d'un corps à un autre. Contrairement à la masse corporelle, la charge électrique n'est pas une caractéristique inhérente à un corps donné. Le même corps dans conditions différentes peut avoir des frais différents.
Comme les charges se repoussent, contrairement aux charges qui s'attirent. Cela se manifeste aussi différence fondamentale forces électromagnétiques de la gravitation. Les forces gravitationnelles sont toujours des forces d'attraction.
L'une des lois fondamentales de la nature est l'établissement expérimental la loi de conservation de la charge électrique.
Dans un système isolé, la somme algébrique des charges de tous les corps reste constante :
Dans un atome neutre, le nombre de protons dans le noyau est égal au nombre d'électrons dans la coquille. Ce numéro s'appelle numéro atomique. Un atome d'une substance donnée peut perdre un ou plusieurs électrons ou gagner un électron supplémentaire. Dans ces cas, l'atome neutre se transforme en un ion chargé positivement ou négativement.
Une charge ne peut être transférée d'un corps à un autre que par portions contenant un nombre entier de charges élémentaires. Ainsi, la charge électrique du corps est une quantité discrète :
Les grandeurs physiques qui ne peuvent prendre qu'une suite discrète de valeurs sont appelées quantifié. La charge élémentaire e est quantum(plus petite portion) de charge électrique. Il convient de noter qu'en physique moderne particules élémentaires, l'existence de ce qu'on appelle quarks– particules de charge fractionnaire et Cependant, les quarks n'ont pas encore été observés à l'état libre.
Dans les expériences de laboratoire conventionnelles, les charges électriques sont détectées et mesurées à l'aide de électromètre- un dispositif constitué d'une tige métallique et d'une flèche pouvant tourner autour d'un axe horizontal (Fig. 4.1.1). La pointe de flèche est isolée du boîtier métallique. Lorsqu'un corps chargé entre en contact avec la tige d'un électromètre, des charges électriques de même signe se répartissent le long de la tige et de la flèche. Les forces de répulsion électrique font tourner la flèche d'un certain angle, par lequel on peut juger de la charge transférée à la tige de l'électromètre.
L'électromètre est un instrument assez rudimentaire ; elle ne permet pas d'étudier les forces d'interaction des charges. Pour la première fois la loi de l'interaction frais fixes a été créé par le physicien français Ch. Coulomb (1785). Dans ses expériences, Coulomb a mesuré les forces d'attraction et de répulsion de balles chargées à l'aide d'un appareil qu'il a conçu - une balance de torsion (Fig. 4.1.2), qui était extrêmement sensible. Ainsi, par exemple, le balancier a été tourné de 1° sous l'action d'une force de l'ordre de 10–9 N.
L'idée des mesures était basée sur la supposition brillante de Coulomb selon laquelle si une balle chargée est mise en contact avec exactement la même balle non chargée, alors la charge de la première sera divisée également entre eux. Ainsi, une méthode a été indiquée pour changer la charge de la balle par deux, trois, etc. fois. Les expériences de Coulomb ont mesuré l'interaction entre des boules dont les dimensions sont bien inférieures à la distance qui les sépare. Ces corps chargés sont appelés charges ponctuelles.
Une charge ponctuelle est un corps chargé dont les dimensions peuvent être négligées dans les conditions de ce problème.
Sur la base de nombreuses expériences, Coulomb a établi la loi suivante :
Les forces d'interaction des charges fixes sont directement proportionnelles au produit des modules de charge et inversement proportionnelles au carré de la distance qui les sépare :
Les forces d'interaction obéissent à la troisième loi de Newton : ce sont des forces répulsives avec les mêmes signes de charges et des forces attractives avec différents signes(Fig. 4.1.3). L'interaction des charges électriques fixes est appelée électrostatique ou Coulomb interaction. La section d'électrodynamique qui étudie l'interaction de Coulomb s'appelle électrostatique.
La loi de Coulomb est valable pour les corps chargés ponctuellement. En pratique, la loi de Coulomb est bien satisfaite si les dimensions des corps chargés sont bien inférieures à la distance qui les sépare.
Le coefficient de proportionnalité k dans la loi de Coulomb dépend du choix du système d'unités. Dans le système international SI, l'unité de charge est le pendentif (C).
Pendentif- c'est la charge passant en 1 s à travers la section du conducteur à une intensité de courant de 1 A. L'unité d'intensité du courant ( ampère) en SI est accompagné d'unités de longueur, de temps et de masse unité de mesure de base.
Le coefficient k dans le système SI est généralement écrit comme.
Vous vous occupez tout le temps de l'électricité. Tu as vu des éclairs, tu éclaires la pièce avec ampoule, le radiateur électrique génère de la chaleur - tous ces phénomènes sont associés au mouvement d'une charge électrique. Vous avez également rencontré une charge électrique stationnaire lorsque vous avez des cheveux électrifiés après le peignage. Ils se dispersent dans différentes directions. Sans exagération, les charges électriques sont partout, toute substance en est constituée ! Dans cette leçon, nous découvrirons ce que nous savons sur les charges.
Comme vous le savez, dans la nature, il existe deux types de charges - positives et négatives. Les charges opposées s'attirent, comme les charges se repoussent. Cette interaction se produit à n'importe quelle distance. Comment interagissent-ils alors ? Pour cela, il existe un champ électrique. Il existe un tel champ autour de chaque charge, et si une autre charge y pénètre, alors il commence à «sentir» ce champ: des forces d'attraction ou de répulsion, respectivement, commencent à agir dessus.
Il y a beaucoup de choses inobservables dans la nature. Par exemple, nous ne voyons pas le vent, mais nous voyons comment il balance les branches des arbres. Nous ne voyons pas la température, mais nous voyons comment les corps chauffés se dilatent. En dilatant, par exemple, le mercure dans un thermomètre, nous pouvons mesurer la température (voir Fig. 1).
Riz. 1. Dilatation du mercure
C'est-à-dire que nous observons la manifestation de quelque chose et sur la base de ces observations, nous jugeons ce que nous n'observons pas directement. Nous étudions également la charge par sa manifestation. Nous ne voyons pas les charges, mais nous observons leur interaction. Une charge agit sur une autre à distance par un champ électrique. Le champ d'une charge est l'espace où une force va agir sur d'autres charges.
L'interaction des corps à travers le champ nous est déjà familière. Un corps qui a une masse crée un champ gravitationnel autour de lui, qui se manifeste par l'action sur un autre corps qui a une masse. Leur interaction obéit à la loi de la gravitation universelle (voir Fig. 2).
Riz. 2. Interaction de corps massifs
La loi de la gravité
Un champ gravitationnel apparaît autour d'un corps avec une masse. A travers ce champ, les masses interagissent, s'attirent. La force de leur attraction est proportionnelle à la valeur de chacune des masses et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare (voir Fig. 3) :
La constante, la constante gravitationnelle, est 
.
Riz. 3. Loi de la gravité
Le carré de la distance se trouve dans de nombreux formules physiques, cela nous permet donc de parler d'une loi reliant l'ampleur de l'effet au carré de la distance à la source d'exposition :
Cette proportionnalité est valable pour l'action gravitationnelle, électrique, magnétique, la force du son, de la lumière, du rayonnement se propageant à partir de la source. Ceci est bien sûr lié au fait que la surface de la sphère de propagation de l'effet augmente proportionnellement au carré de la distance (voir Fig. 4). Cela paraîtra naturel si vous vous rappelez que l'aire d'une sphère est proportionnelle au carré du rayon :
et alors il est clair que la force d'action d'une source éloignée doit se répartir sur une sphère de rayon toujours plus grand.
Riz. 4. L'aire de la sphère de propagation de l'effet augmente avec l'augmentation du rayon de la sphère
Ainsi, les charges électriques interagissent à travers le champ électrique qu'elles créent autour d'elles.
Charge électrique - une grandeur physique qui montre la capacité des corps à participer aux interactions électromagnétiques.
Différentes charges interagiront avec différentes forces. Mesurer les forces de la manière habituelle est une tâche facile. Par l'amplitude de la force, nous pouvons juger de l'amplitude de la charge. Il est clair que plus les charges sont importantes, plus elles interagissent. Mais les concepts de charge plus ou moins importante sont flous et l'amplitude de la charge doit être mesurée avec précision.
Il ne fonctionnera pas de mesurer la charge en utilisant des unités de mesure déjà connues. Nous ne mesurerons la charge ni en mètres ni, par exemple, en kilogrammes. C'est l'entité qui a besoin d'une nouvelle unité de mesure. L'unité de charge est le pendentif.
La charge est généralement désignée par la lettre .
Unités de charge
Une charge se manifeste dans l'action sur une autre charge. Il peut être mesuré par cet effet, c'est-à-dire mesurer la force avec laquelle cette charge agit sur une autre charge à une certaine distance. Ensuite, les unités de charge peuvent être exprimées en termes de kilogramme, mètre et seconde. C'est ainsi que cela se faisait dans le système SGS. Dans le système SI, la charge est commodément mesurée en C (coulombs).
Le processus de transmission d'une charge électrique à un corps s'appelle électrisation. Cela se produit souvent lorsque les corps se frottent les uns contre les autres. Par exemple, si vous frottez un bâton d'ébonite sur de la laine (voir Fig. 5), celui-ci et la laine acquerront des charges électriques (le bâton d'ébonite sera chargé négativement et la laine positivement).
Riz. 5. Chargement d'un bâton d'ébonite
Il est facile de vérifier cela : si vous rapprochez deux pièces de laine électrifiées, elles se repousseront, puisqu'elles sont chargées d'une charge de même signe (voir fig. 6).
Riz. 6. Les deux morceaux de laine sont chargés positivement
Il en résulte que des charges de même nature se repoussent. Si vous peignez vos cheveux, le peigne est chargé négativement et les cheveux sont chargés positivement (voir Fig. 7).
Riz. 7. Chargement des cheveux
En fait, donc, après le peignage, les cheveux se dispersent dans différentes directions (chaque cheveu est chargé positivement et repoussé du reste (voir Fig. 8)).
Riz. 8. Chaque cheveu est chargé positivement.
Grâce à des expériences simples, nous avons découvert qu'il existe deux types de charges qui interagissent de la manière suivante : les charges de même type se repoussent, les charges de types différents s'attirent.
Comment déterminer le type de charge qu'un corps acquiert pendant le frottement
Nous faisons beaucoup d'expériences avec des peignes, des tissus et des bâtons pour qu'ils acquièrent une charge électrique. La même laine est chargée négativement lorsqu'elle est frottée contre du verre et chargée positivement lorsqu'elle est frottée contre du polyéthylène. Comment savoir à l'avance quel type de charge acquiert un matériau ? Existe-t-il une règle ? On peut s'engager dans une détermination pratique (de telles expériences ont été réalisées à plusieurs reprises), et des rangées triboélectriques de certains matériaux ont été obtenues (voir Fig. 9), dans lesquelles tout matériau pris, lorsqu'il est frotté avec un matériau situé en dessous dans la rangée , est chargé positivement et vice versa. Différents expérimentateurs ont reçu leur propre série, et ils peuvent être vus sur la figure.
Riz. 9. Série triboélectrique
On sait maintenant que les porteurs de deux types de charge sont des particules élémentaires : l'électron et le proton. Les particules élémentaires sont indivisibles, donc la charge d'une particule, égale à , est la charge minimale, souvent désignée par ou . Ces particules ont une masse : et 
respectivement pour l'électron et le proton.
Que deviennent les corps lorsqu'ils sont électrifiés ? Imaginez deux boules métalliques identiques, mais une seule d'entre elles est chargée négativement et l'autre n'est pas chargée (voir Fig. 10).
Riz. 10. Balles chargées et non chargées
On sait que tous les corps sont constitués d'atomes, et ceux-ci, à leur tour, sont constitués de protons, de neutrons, d'électrons (voir Fig. 11).
Riz. 11. Atome
Les protons sont chargés positivement, les électrons sont chargés négativement. Nous les appellerons charges élémentaires, c'est-à-dire indivisibles. Ainsi, dans la plupart des cas, le nombre de protons dans un atome est égal au nombre d'électrons, et il s'avère qu'ils se compensent complètement et, en général, l'atome est neutre. Il est important de comprendre que les charges ne disparaissent nulle part dans un atome, il y a toujours des particules positives et négatives, c'est juste que leur effet sur les objets distants est complètement compensé (voir Fig. 12).
Riz. 12. L'action des particules est compensée
Mais dans une boule chargée négativement, il y a plus d'électrons que de protons, donc, en général, le nombre de charges élémentaires négatives dans le corps est supérieur au nombre de charges élémentaires positives, et le corps est chargé négativement (voir Fig. 13) .
Riz. 13. Le nombre d'électrons dans une boule chargée
La charge d'un corps macroscopique(constitué d'un grand nombre d'atomes) est une valeur indiquant la différence entre les charges positives et négatives dans le corps. Si ce nombre est le même, alors la charge est nulle. La valeur de la charge élémentaire est connue et égale à . En conséquence, il a été convenu que la charge du proton était considérée comme positive et la charge de l'électron - négative.
Que se passe-t-il lorsque des corps se frottent les uns contre les autres, par exemple, du plastique contre de la laine ? Les électrons des enveloppes extérieures des atomes qui composent la laine "sautent" vers le plastique (voir Fig. 14).
Riz. 14. Mouvement des électrons lors du frottement
Il s'avère qu'il y a moins d'électrons négatifs dans la laine et qu'elle est chargée positivement, et que le plastique est chargé négativement, car une quantité excessive d'électrons y apparaît. On peut même dire : si la charge d'un corps augmente au contact, alors la charge de l'autre diminue.
Quant aux étincelles entre personnes, cela se produit si au moins une personne est "chargée" (par exemple, une personne a marché sur un tapis en laine, en frottant ses semelles dessus), et si l'autre personne n'est pas également chargée, alors le la charge s'écoulera d'une personne à l'autre, parfois ce débordement peut même se faire par l'air, auquel cas une étincelle apparaît. Il convient de noter que l'étincelle n'apparaît qu'en raison du mouvement des électrons, les protons sont dans les noyaux des atomes, ils sont moins mobiles et ne peuvent pas quitter les atomes, contrairement aux électrons.
Il est possible de charger le corps sans contact - grâce à l'influence d'un champ électrique. Imaginez une balle non chargée, à laquelle un bâton chargé positivement est amené - des charges opposées sont attirées, de sorte que les électrons qui étaient dans la balle seront attirés par le bâton chargé positivement et s'accumuleront dans la partie de la balle qui en est la plus proche (voir figure 15).
Riz. 15. Effet d'une tige chargée positivement sur les électrons
Pourquoi les particules de feuille non chargées sont-elles attirées par un peigne chargé ?
Il s'avère qu'un morceau de papier d'aluminium non chargé sera attiré par un peigne chargé. Comment? En général, un morceau de feuille est électriquement neutre. Voyons ce qui se passe si nous apportons un peigne chargé négativement à un morceau de papier d'aluminium - un peigne chargé négativement attire une charge positive et repousse une charge négative. Par conséquent, les électrons s'éloigneront de la frontière et le côté le plus proche du peigne sera chargé positivement (voir Fig. 16) et l'attraction sera plus forte que la répulsion, car la partie positive de la feuille est plus proche. au peigne.
Riz. 16. Disposition des électrons dans la feuille lorsque le peigne est relevé
Puisque le principe de base de la physique est le principe selon lequel "rien ne disparaît sans laisser de trace", alors la loi de conservation de la charge électrique est remplie : dans un système électriquement fermé, la somme algébrique des charges est inchangée. Un système fermé électriquement est un modèle. Il s'agit d'un système qui ne laisse ni ne reconstitue les charges électriques.
Un grain de poussière qui a une charge positive a perdu un électron. Quelle est la charge de la particule de poussière ?
Le problème décrit un corps qui perd sa charge. Selon la loi de conservation, la charge ne disparaît pas sans laisser de trace ; dans un système électriquement fermé, la charge totale ne change pas. Choisissons quel système considérer électriquement fermé. Un électron laisse un grain de poussière, de sorte que le grain de poussière lui-même ne peut pas être considéré comme électriquement fermé. Un système qui comprend un grain de poussière et un électron peut être considéré comme fermé (voir Fig. 17).
Riz. 17. Système fermé
Selon la loi de conservation de la charge, la charge du système avant la perte d'un électron est égale à la charge après la perte. Écrivons-le : la charge de la particule de poussière était de . Après l'interaction, la charge du système est constituée de la nouvelle charge du grain de poussière et de la charge de l'électron et est égale à la charge du système avant la perte :
où est la nouvelle charge de la particule de poussière. La charge de la particule de poussière est devenue égale à .
Riz. 18. Charge du système avant et après la perte d'un électron
Réponse : la charge de la particule de poussière est devenue égale à .
Ceci conclut notre leçon. Merci pour votre attention!
Bibliographie
1. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B., Sotsky N.N. Physique: manuel. pour l'enseignement général établissements. Niveaux de base et de profil. 19ème édition. - M. : Éducation, 2010.
2. Kassianov V.A. La physique. 10e année : Niveau profil. 13e édition. - M. : 2013 - 432 p.
1. Site Internet "Encyclopédie médicale" ()
3. Site Internet "Classe! Physique" ()
4. Site Internet "Electric PRO" ()
Devoirs
1. Formuler la loi de conservation de la charge électrique.
2. Quelle est la charge d'un électron ?
3. L'énoncé est-il vrai : "Les charges du même nom se repoussent" ?
Les expériences montrent clairement que lorsque les corps sont électrifiés, des charges de signes opposés apparaissent toujours. Si l'un des deux corps devient chargé négativement à la suite de l'interaction, l'autre aura une charge positive.
Prenons deux électromètres avec des boules identiques et préparons-les pour mesurer les charges électriques. Pour ce faire, nous broyons leurs boîtiers métalliques.
Garnir une plaque de verre organique avec une plaque dont la surface est recouverte de papier. Si après cela nous touchons les billes métalliques avec chaque plaque, nous verrons que les flèches des galvanomètres s'écartent du même angle (Fig. 4.10). Pour déterminer le signe des charges reçues, on apporte alternativement un bâton d'ébonite porté avec de la fourrure aux deux balles. Un électromètre diminuera la lecture et l'autre l'augmentera. Cela indique que les billes des électromètres ont des charges de signes opposés. Vous pouvez vérifier ces déclarations à l'aide d'une autre expérience. Pour ce faire, nous connectons les deux boules sur des électromètres avec un fil sur une poignée isolante. Les aiguilles des deux électromètres tomberont immédiatement à zéro (Fig. 4.11). Ceci indique la neutralisation complète des charges. L'analyse des expériences réalisées montre que dans la nature il existe loi de conservation des charges électriques.
La loi de conservation des charges électriques . Dans un système fermé, la somme algébrique des charges électriques des corps qui composent ce système reste constante.
Q1 + Q2 + Q3 + … + Qn= const.
Benjamin Franklin(1706-1790) - un politicien américain exceptionnel; travaillé dans le domaine de la physique : développé une théorie expliquant l'électrification par débordement de « fluide électrique », introduit le concept de charge positive et négative ; étudié les phénomènes électriques dans l'atmosphère.
a été formulée pour la première fois par le scientifique américain B. Franklin en 1747.
Lors de la résolution de problèmes physiques à l'aide loi de conservation de la charge électrique les valeurs des charges électriques sont utilisées avec leurs signes.
Les scientifiques connaissent les processus physiques au cours desquels les particules élémentaires se forment à partir du rayonnement électromagnétique. Un exemple typique d'un tel phénomène est l'éducation électron Et positron du rayonnement γ qui apparaît lors des transformations radioactives de la matière. De nombreuses études ont prouvé sans ambiguïté qu'un électron de charge négative apparaît toujours dans ces transformations en couple avec un positron de charge positive. La somme algébrique des charges d'un électron et d'un positron est nulle. Un rayonnement électromagnétique n'a aucun frais. Ainsi,
dans la réaction de formation d'une paire électron-positon, loi de conservation de la charge.
q électron +q positron = 0.
Positron - une particule élémentaire ayant une masse approximativement égale à la masse d'un électron ; La charge du positron est positive et égale à la charge de l'électron.
Basé loi de conservation de la charge électrique explique l'électrification des corps macroscopiques.
Comme vous le savez, tous les corps sont constitués d'atomes, qui comprennent électrons Et protons. Le nombre d'électrons et de protons dans la composition d'un corps non chargé est le même. Par conséquent, un tel corps ne se manifeste pas action électrique aux autres corps. Si deux corps sont en contact étroit (lors d'un frottement, d'une compression, d'un choc, etc.), alors les électrons associés aux atomes sont beaucoup plus faibles que les protons, ils passent d'un corps à l'autre. matériel du site
Le corps auquel les électrons sont passés en aura un excès. Selon la loi de conservation, la charge électrique de ce corps sera égale à la somme algébrique des charges positives de tous les protons et des charges de tous les électrons. Cette charge sera négative et égale en valeur à la somme des charges des électrons en excès.
Un corps avec un excès d'électrons a une charge négative.
Un corps qui a perdu des électrons aura une charge positive dont le module sera égal à la somme des charges des électrons perdus par le corps.
Un corps chargé positivement a moins d'électrons que de protons.
La loi de conservation de la charge électrique agit indépendamment du fait que les corps chargés bougent ou non. Cette propriété de la charge s'appelle l'invariance. La charge électronique est de 1,6. 10 -19 C aussi bien à une vitesse de 200 m/s qu'à une vitesse de 100 000 km/s. S'il en était autrement, alors les électrons auraient des propriétés à l'état libre et complètement différentes dans l'atome. Et ce n'est pas établi par la science.
La charge électrique ne change pas lorsque le corps se déplace vers un autre cadre de référence.
Sur cette page, du matériel sur les sujets :
Aide-mémoire sur la loi de conservation de la charge électrique
Stimuler les lois de conservation
Charge électrique des microbes
Formule de la loi de conservation des charges électriques
Loi de conservation de l'énergie. électrification du tél.
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