Алгебраическая сумма зарядов. Закон сохранения электрического заряда: Алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остается неизменной, какие бы процессы не происходили в ней

Cтраница 1

Закон сохранения электрического заряда: полный заряд замкнутой системы, т.е. алгебраическая сумма зарядов всех тел, постоянен. Это утверждение очевидно, если в системе не происходит превращений элементарных частиц. Но закон сохранения заряда имеет более фундаментальный характер - он выполняется в любых процессах рождения и уничтожения элементарных частиц.  

Закон сохранения электрического заряда звучит следующим образом: в изолированной системе алгебраическая сумма электрических зарядов остается постоянной. Заряды могут только передаваться от одного тела данной системы другому или передвигаться внутри одного тела. Это значит, что изменение суммарного заряда электрически изолированной системы можно осуществить только путем внесения зарядов извне или перенесения их за пределы системы.  

Закон сохранения электрического заряда: в изолированной системе полная алгебраическая сумма электрических зарядов остается постояннэй; заряды могут только передаваться от одного тела другому или смещаться внутри тела.  

Закон сохранения электрических зарядов: алгебраическая сумма электрических зарядов в изолированной системе сохраняется постоянной. Закон сохранения барионного заряда говорит о том, что для ба-рионов (например, нейтронов, протонов) в любой реакции число барио-нов в начале и в конце процесса оказывается одинаковым.  

Закон сохранения электрического заряда: в замкнутой (электрически изолированной) системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной.  

Закон сохранения электрических зарядов: алгебраическая сумма электрических зарядов в изолированной системе сохраняется постоянной. Следовательно, в нейтральном (незаряженном) теле содержатся заряды противоположных знаков, равные по абсолютной величине.  

Закон сохранения электрического заряда утверждает, что электрический заряд изолированной системы остается постоянным при любых физических процессах, происходящих в системе. Так как электрические заряды бывают двух знаков, положительные и отрицательные, закон сохранения электрического заряда не утверждает, что невозможно возникновение или исчезновение электрических зарядов в замкнутой системе. Положительные и отрицательные заряды в замкнутой системе могут возникать или исчезать, но всегда так, чтобы их алгебраическая сумма оставалась постоянной.  

По закону сохранения электрического заряда сумма нижних индексов после реакции должна равняться их сумме до реакции. Также сумма массовых чисел, т, е, верхних индексов, после реакции должна равняться их сумме до реакции.  

По закону сохранения электрического заряда сумма нижних индексов после реакции должна равняться их сумме до реакции.  

Так выражается закон сохранения электрического заряда в дифференциальной форме.  

Электрический заряд – это способность тел быть источником электромагнитных полей. Так выглядит энциклопедическое определение важной электротехнической величины. Основными законами, связанными с ним, являются Закон Кулона и сохранения заряда. В этой статье мы рассмотрим закон сохранения электрического заряда, постараемся простыми словами дать определение и предоставить все необходимые формулы.

Понятие « » впервые введено в 1875 году в этом. Формулировка утверждает, что сила, которая действует между двумя заряженными частицами направленная по прямой прямо пропорциональна заряду и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними.

Это значит, что, отдалив заряды в 2 раза, сила их взаимодействия уменьшится в четыре раза. А вот так это выглядит в векторном виде:

Граница применимости вышесказанного:

• точечные заряды;
• равномерно заряженные тела;
• его действие справедливо на больших и малых расстояниях.

Заслуги Шарля Кулона в развитии современной электротехники велики, но перейдём к основной теме статьи – закону сохранения заряда. Он утверждает, что сумма всех заряженных частиц в замкнутой системе неизменна. Простыми словами заряды не могут возникнуть или исчезнуть просто так. При этом во времени он не изменяется и его можно измерить (или разделить, квантовать) частями, кратными элементарному электрическому заряду, то есть электрону.

Но помните, что в изолированной системе новые заряженные частицы возникают только под воздействием определенных сил или в результате каких-либо процессов. Так ионы возникают в результате ионизации газов, например.

Если вас заботит вопрос, кем и когда открыт закон сохранения заряда? Он был подтвержден в 1843 году великим учёным — Майклом Фарадеем. В опытах, подтверждающих закон сохранения, количество зарядов измеряется электрометрами, его внешний вид изображен на рисунке ниже:

Но подтвердим свои слова практикой. Возьмем два электрометра, на стержень одного кладем металлический диск, накрываем его сукном. Теперь нам нужен еще один металлический диск на диэлектрической ручке. Его трём о диск, лежащий на электрометре, и они электризуются. Когда диск с диэлектрической ручкой уберут – электрометр покажет насколько заряженным он стал, диском с диэлектрической ручкой касаемся второго электрометра. Его стрелка также отклонится. Если теперь замкнуть два электрометра стержнем на диэлектрические рукоятки – их стрелки вернуться в исходное положение. Это говорит о том, что общий или результирующий электрический заряд равен нулю, и его величина в системе осталась прежней.

Отсюда следует формула, описывающая закон сохранения электрического заряда:

Следующая формула говорит о том, что изменение электрического заряда в объеме равносильно полному току через поверхность. Это также называется «уравнение непрерывности».

А если перейти к очень малому объему получится закон сохранения заряда в дифференциальной форме.

Важно также рассказать, как связаны заряд и массовое число. При разговоре о строении веществ часто звучат такие слова как молекулы, атомы, протоны и подобное. Так вот массовым числом называется общее количество протонов и нейтронов, а число протонов и электронов в ядре называют зарядовым числом. Другими словами, зарядовым числом называют заряд ядра, и он всегда зависит от его состава. Ну а масса элемента зависит от числа его частиц.

Таким образом мы кратко рассмотрели вопросы, связанные с законом сохранения электрического заряда. Он является одним из фундаментальных законов физики наряду с законами сохранения импульса и энергии. Его действие безупречно и с течением времени и развитием техники не удаётся опровергнуть его справедливость. Надеемся, после прочтения нашего объяснения вам стали понятны все ключевые моменты этого закона!

Материалы

В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной.
(... но, не числа заряженных частиц, т.к. существуют превращения элементарных частиц).

Замкнутая система
- система частиц, в которую не входят извне и не выходят наружу заряженные частицы.

Закон Кулона - основной закон электростатики.

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна
произведению модулей заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Когдатела считаются точечными ? - если расстояние между ними во много раз больше размеров тел.
Если у двух тел есть электрические заряды, то они взаимодействуют по закону Кулона.
Единица электрического заряда
1 Кл - заряд, проходящий за 1 секунду через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.
1 Кл - очень большой заряд.
Элементарный заряд:

Таким образом, сила Кулона зависит от свойств среды между заряженными телами.

БЛИЗКОДЕЙСТВИЕ И ДАЛЬНОДЕЙСТВИЕ

Теория близкодействия - определяет вхзаимодействие между заряженными телами
с помощью промежуточной среды (посредством электрического поля - Фарадей, Максвелл).

Теория действия на расстоянии - взаимодействие между заряж. телами, передается мгновенно
на любые расстояния через пустоту.
Победила ТЕОРИЯ БЛИЗКОДЕЙСТВИЯ!!

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
- существует вокруг электрического заряда, материально.
О сновное свойство электрического поля: действие с силой на эл.заряд, внесенный в него.
Электростатическое поле - поле неподвижного эл.заряда, не меняется со временем.
Напряженность электрического поля. - количественная характеристика эл. поля.
- это отношение силы, с которой поле действует на внесенный точечный заряд к величине этого заряда.
- не зависит от величины внесенного заряда, а характеризует электрическое поле!

Направление вектора напряженности
совпадает с направлением вектора силы, действующей на положительный заряд,
и противоположно направлению силы, действующий на отрицательный заряд.

Напряженность поля точечного заряда:

где q0 - заряд, создающий электрическое поле.
В любой точке поля напряженность направлена всегда вдоль прямой, соединяющей эту точку и q0.

ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ (НАЛОЖЕНИЯ) ПОЛЕЙ

Если в данной точке пространства различные электрически заряженные частицы 1, 2, 3... и т.д.
создают электрические поля с напряженностью Е1, Е2, Е3 ... и т.д., то результирующая напряженность
в данной точке поля равна геометрической сумме напряженностей.

Силовые линии эл. поля - непрерывные линии, касательными к которым являются векторы
напряженности эл.поля в этих точках.
Однородное эл.поле - напряженность поля одинакова во всех точках этого поля.
Свойства силовых линий: не замкнуты (идут от + заряда к _), непрерывны, не пересекаются,
их густота говорит о напряженности поля (чем гуще линии, тем больше напряженность).

Графически надоуметь показать эл.поля: точечного заряда, двух точечных зарядов, обкладок
конденсатора (в учебнике есть).

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
заряженного шара.

Есть заряженный проводящий шар радиусом R.

Заряд равномерно рапределен лишь по поверхности шара!
Н апряженность эл. поля снаружи:

внутри шара Е = 0

ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Электростатическое поле - эл.поле, образованное неподвижными электрическими зарядами.
Свободные электроны - электроны, способные свободно перемещаться внутри проводника
(в основном в металлах) под действием эл. поля;
образуются при образовании металлов: электроны с внешних оболочек атомов утрачивают связи
с ядрами и начинают принадлежать всему проводнику;

- участвуют в тепловом жвижении и могут свободно перемещаться по всему проводнику.
Электростатическое поле внутри проводника
- внутри проводника электростатического поля нет (Е = 0), что справедливо для заряженного
проводника и для незаряженного проводника, внесенного во внешнее электростатическое поле.Почему? - т.к. существуетявление электростатической индукции, т.е.
явление разделения зарядов в проводнике, внесенном в электростатическое поле (Евнешнее)

с образованием нового электростатического поля (Евнутр.) внутри проводника.
Внутри проводника оба поля (Евнешн. и Евнутр.) компенсируют друг друга, тогда внутри проводника
Е = 0.
Заряды можно разделить.

Электростатическая защита

- металл. экран, внутри которого Е = 0, т.к. весь заряд будет сосредоточен на поверхности проводника.
Электрический заряд проводников
- весь статический заряд проводника расположен на его поверхности, внутри проводника q = 0;
- справедливо для заряженных и незаряженных проводников в эл.поле.
Линии напряженности эл.поля в любой точке поверхности проводника перпендикулярны этой поверхности.

ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Внутри диэлектрика может существовать электрическое поле!

Электрические свойства нейтральных атомов и молекул:
Нейтральный атом -положительный заряд (ядро) сосредоточен в центре;
- отрицательный заряд - электронная оболочка;
считается, что из-за большой скорости движения
электронов по орбитам центр распределения отрицательного заряда совпадает с центром атома.
Молекула - чаще всего - это система ионов с зарядами противоположных знаков,
т.к. внешние электроны слабо связаны с ядрами и могут переходить к другим атомам.
Электрический диполь - молекула, в целом нейтральная, но центры распределения
противоположных по знаку зарядов разнесены; рассматривается, как совокупность
двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку,
находящихся внутри молекулы на некотором расстоянии друг от друга.
2 вида диэлектриков ( различаются строением молекул) :
1)полярные - молекулы, у которых центры положительного и отрицательного зарядов
не совпадают (спирты, вода и др.);

2)неполярные - атомы и молекулы, у которых центры распределения зарядов совпадают
(инертные газы, кислород, водород, полиэтилен и др.).

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Смещение положительного и отрицательного зарядов в противоположные стороны,
т.е.ориентация молекул.

Поляризация полярных диэлектриков
Диэлектрик вне эл.поля - в результате теплового движения электрические диполи ориентированы
беспорядочно на поверхности и внутри диэлектрика.
q = 0 и Eвнутр = 0
Диэлектрик в однородном эл.поле - на диполи действуют силы, создают моменты сил
и поворачивают диполи вдоль силовых линий эл.поля.

НО ориентация диполей - только частичная, т.к. мешает тепловое движение.
На поверхности диэлектрика возникают связанные заряды, а внутри диэлектрика заряды диполей
компенсируют друг друга.
Таким образом, средний связанный заряд диэлектрика = 0.
Поляризация неполярных диэлектриков - тоже поляризуются в эл.поле:
положительные и отрицательные заряды молекул смещаются,

центры распределения зарядов перестают совпадать (как диполи),
на поверхности диэлектрика возникает связанный заряд, а внутри эл.поле лишь ослабляется

Ослабление поля зависит от свойств диэлектрика.

РАБОТА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ

ПО ПЕРЕМЕЩЕНИЮ ЗАРЯДА

Электростатическое поле - эл. поле неподвижного заряда.
Fэл, действующая на заряд, перемещает его, совершая раборту.
В однородном электрическом поле Fэл = qE - постоянная величина

Работа поля (эл. силы)не зависит от формы траектории и на замкнутой траектории = нулю.

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО ТЕЛА

В ОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Электростатическая энергия - потенциальная энергия системы заряженных тел
(т.к. они взаимодействуют и способны совершить работу).

Так как работа поля не зависит от формы траектории, то одновременно

Сравнивая формулы работы, получим
потенциальную энергию заряда в однородном электростатическом поле

Если поле совершает положительную работу (вдоль силовых линий), то потенциальная энергия
заряженного тела уменьшается (но согласно закону сохранения энергии увеличивается кинетическая
энергия) и наоборот.

ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Энергитическая характеристика эл. поля.
- равен отношению потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду.
- скалярная величина, определяющая потенциальную энергию заряда в любой точке эл. поля.

Величина потенциала считается относительно выбранного нулевого уровня.

РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ

(или иначе НАПРЯЖЕНИЕ)

Это разность потенциалов в начальной и конечной точках траектории заряда.

Напряжение между двумя точками (U) равно разности потенциалов этих точек
и равно работе поля по перемещению единичного заряда.

СВЯЗЬ МЕЖДУ НАПРЯЖЕННОСТЬЮ ПОЛЯ И РАЗНОСТЬЮ ПОТЕНЦИАЛОВ


Чем меньше меняется потенциал на отрезке пути, тем меньше напряженность поля.
Напряженность эл. поля направлена в сторону уменьшения потенциала.

ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ
- поверхности, все точки которых имеют одинаковый потенциал

для однородного поля............................................для поля точечного заряда
- плоскость................................................................концентрические сферы
Эквипотенциальная поверхность имеетсяу любого проводника в электростатическом поле,
т.к. силовые линии перпендикулярны поверхности проводника.
Все точки внутри проводника имеют одинаковый потенциал (=0).
Напряженность внутри проводника = 0, значит и разность потенциалов внутри = 0.

ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ
- характеризует способность двух проводников накапливать электрический заряд.
- не зависит от q и U.
- зависит от геометрических размеров проводников, их формы, взаимного расположения,
электрических свойств среды между проводниками.

Единицы измерения в СИ: (Ф - фарад)

КОНДЕНСАТОРЫ

Электротехническое устройство, накапливающее заряд
(два проводника, разделенных слоем диэлектрика).

где d много меньше размеров проводника.
Обозначение на электрических схемах:

Все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора.
Заряд конденсатора - это абсолютное значение заряда одной из обкладок конденсатора.

Виды конденсаторов:
1. по виду диэлектрика: воздушные, слюдяные, керамические, электролитические
2. по форме обкладок: плоские, сферические.
3. по величине емкости: постоянные, переменные (подстроечные).

Электроемкость плоского конденсатора

где S - площадь пластины (обкладки) конденсатора
d - расстояние между пластинами
eо - электрическая постоянная
e - диэлектрическая проницаемость диэлектрика

Включение конденсаторов в электрическую цепь

параллельное..............................и..................................последовательное

Тогда С общая при
параллельном включении.............................................при последовательном включении

. .....................................................

ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА

Конденсатор - это система заряженных тел и обладает энергией.
Энергия любого конденсатора:

где С - емкость конденсатора
q - заряд конденсатора
U - напряжение на обкладках конденсатора
Энергия конденсатора равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин конденсатора вплотную,
или равна работе по разделению положительных и отрицательных зарядов, необходимой при зарядке конденсатора.

ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ КОНДЕНСАТОРА

Энергия конденсатора приблизительно равна квадрату напряженности эл. поля внутри конденсатора.
Плотность энергии эл. поля конденсатора:

ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц (свободных электронов или ионов).
При этом через поперечное сечение проводника перносится эл. заряд (при тепловом движении заряженных частиц суммарный перенесенный эл. зпряд = 0, т.к. положительные и отрицательные заряды компенсируются).

Направление эл. тока - условно принято считать направление движения положительно заряженных частиц (от + к -).

Действия эл. тока (в проводнике):

тепловое - нагревание проводника (кроме сверхпроводников);
химическое - проявляется только у электролитов, На электродах выделяются вещества, входящие в состав электролита;
магнитное (основное) - наблюдается у всех проводников (отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с током и силовое действие тока на соседние проводники посредством магнитного поля).

Хендрик Антон Лоренц. Закон Био-Савара-Лапласа. Ампер Андре-Мари. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Инструкция к просмотру. Линии магнитной индукции полей. Ханс Эрстед. Графическое изображение полей. Индукция магнитного поля прямолинейного тока. Направление вектора магнитной индукции. Масс-спектрограф. Опыт Эрстеда. Применение. Ампер присутствовал на заседании Академии. Модуль вектора магнитной индукции.

«Программа энергосбережения» - С уважением к энергосбережению. Щели в оконных рамах. Программа повышения энергетической эффективности. Кран. Работа в творческих мастерских. Цветной телевизор. Экономические задачи. Заседание дискуссионного клуба. Умное потребление. Энергосбережение. Час Земли. Энергопотребление и его последствия. Энергетические проблемы человечества. Рациональное использование энергии. Холодильник. Острова. Анкета.

««Законы Ньютона» 10 класс» - Скорость лыжника. Силы, с которыми тела действуют друг на друга. Проверь себя. Принцип относительности Галилея. Неинерциальные системы отсчета. Яблоко и Земля. Законы Ньютона. Найдите построением равнодействующую сил. Заполнить обобщающую таблицу. Ускорение тела. Системы отсчета. Динамика. Лебедь. Особенности III закона. Принцип суперпозиции сил. Направления скорости. Инерция. Скорость тела. Ускорение тела прямо пропорционально силе.

«МАГАТЭ» - Конфликт. Сферы деятельности. Дуайт Эйзенхауэр. Атом для мира. Состав и организационная структура. Агентство по атомной энергии. Штаб-квартира МАГАТЭ. Широкий спектр услуг. Контрольные функции. Участники. Создание МАГАТЭ. МАГАТЭ. Межправительственная организация. Нераспространение ядерного оружия. Мохаммед аль-Барадеи.

««Тепловые двигатели» 10 класс» - Двухтактный двигатель. Основные компоненты двигателя. Степень сжатия. Иван Ползунов. Охрана природы. Виды двигателей. Паровая турбина. Двигатель работает по четырехтактному циклу. Томас Ньюкомен. Опасность. Дизельные двигатели. Этапы развития ДВС. КПД двигателя. Огненное сердце. Немного истории. Пионеры ракетно-космической техники. Автомобили на ДВС завоевали мир. Профилактические меры. Решение выше перечисленных проблем жизненно важно для человека.

«Электролиз растворов электролитов» - Электрический ток в электролитах. Получение химически чистых веществ. Электрический ток. Распад нейтральных молекул. Первый закон электролиза. Заряд. Применение электролиза. Гальванопластика. Гальваностегия. Электролитическая диссоциация. Получение алюминия. Источник тока. Законы электролиза. Гальванотехника. Применение. Электролиз. Электрический ток в жидкостях. Анод. Катод. NaCl.

Электрический заряд. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Напряженность поля

Электростатикой называется раздел учения об электричестве, в котором изучаются взаимодействия и свойства систем электрических зарядов, неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отсчёта. Существуют два рода электрических зарядов - положительные и отрицательные. Силы взаимодействия тел или частиц, обусловленные электрическими зарядами этих тел или частиц, называются электростатическими силами. Точечным электрическим зарядом называется заряженное тело, форма и размеры которого несущественны в данной задаче. Электрический заряд любой системы тел состоит из целого числа элементарных зарядов, приближённо равных 1,6·10 –19 Кл.

Закон сохранения электрического заряда

Алгебраическая сумма электрических зарядов тел или частиц, образующих электрически изолированную систему, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе.

Силы электростатического взаимодействия заряженных тел подчиняются экспериментально установленному закону Кулона. Поэтому их часто называют кулоновскими силами.

Закон Кулона

Сила электрического взаимодействия двух точечных электрических зарядов, находящихся в вакууме, прямо пропорциональна произведению этих зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами и направлена вдоль прямой, соединяющей заряды (рис. 1.1).

,

где e 0 =8,85·10 -12 Ф/м - электрическая постоянная.

Всякое заряженное тело можно рассматривать как систему точечных зарядов. Поэтому электростатическая сила, с которой одно заряженное тело действует на другое, равна геометрической сумме сил, приложенных ко всем точечным электрическим зарядам второго тела со стороны каждого точечного заряда первого тела.

Взаимодействие между электрически заряженными частицами или телами, движущимися произвольным образом относительно инерциальной системы отсчёта, осуществляется посредством электромагнитного поля, которое представляет собой совокупность двух взаимосвязанных полей - электрическогои магнитного. Характерная особенность электрического поля, отличающая его от других физических полей, состоит в том, что оно действует на электрический заряд (заряженную частицу или тело) с силой, которая не зависит от скорости движения заряда. Основной количественной характеристикой электрического поля служит вектор напряжённости электрического поля, являющийся его силовой характеристикой.

Напряженность электрического поля равна силе, действующей со стороны поля на положительный единичный точечный заряд, помещённый в данную точку поля, В/м.

Сила, действующая со стороны электрического поля на помещённый в него произвольный точечный электрический заряд q : = q· , где - напряженность в месте нахождения заряда q для поля, искажённого этим зарядом, т.е. в общем случае, отличного от поля, которое было до внесения в него заряда q .