Формула заряда в физике


нахождения величины заряда и количество заряда

Электрический заряд – это основа работы любого электронного прибора и та величина, без которой невозможно посчитать ни один важный показатель в электродинамике и электростатике. Подробная расшифровка термина, описание формулы нахождения электрического заряда и образец решения типовой задачи приведены в данной статье.

Что такое электрический заряд q

Электрический заряд, обозначаемый в международной системе единиц буквами q и Q, считается скалярной физической величиной, которая определяет свойство частицы или тела выступать в качестве источника электромагнитного поля и вступать в прямое взаимодействие с ним. В физике существует несколько видов электромагнитных заряженных частиц, и они называются положительными или отрицательными. Обе единицы измеряются в Кулонах, а найти их можно путём вычисления произведения одного Ампера с одной секундой.

Понятие из учебного пособия

Формула нахождения заряда

Определить искомую величину можно из физико-математической формулы силы тока. В соответствии с ней, нужно перемножить силу тока на время его прохождения по проводнику. Количество заряда можно узнать через формулу +-ne, где n служит целым числом, а е равно значению = -1,6*10^-19 Кулон.

Обратите внимание! Формула заряда является следствием прямой зависимости напряженности электромагнитного поля от потенциала его частицы, что является основным правилом нахождения емкости заряженного конденсатора и величины энергии, накопленной в нём. Кроме того, вычислить количество заряда можно через силу Лоренца.

Основные формулы

Как вычислять с помощью законов

Поскольку q и Q являются скалярными единицами, вычислить их с помощью законов можно через точные формулы, выведенные известными учеными-физиками. К примеру, в соответствии с законом Кулона, можно найти величину и силовое направление взаимодействия заряженных частиц между несколькими неподвижными телами.

Закон сохранения

Все элементарные частицы подразделяются на нейтральные или заряженные. Они вступают во взаимодействие друг с другом внутри электромагнитного поля. Частицы, которые имеют одноименный электрон, отталкиваются, а разноименный – притягиваются. В первом случае наблюдается избыток электронов, а во втором – их недостаток. Оба типа частиц заряжаются посредством электризации. На практике, при возникновении данного явления, заряженные частицы равны по модулю, несмотря на противоположность знаков. Когда разные частицы притягиваются, то между ними происходит электризация и сохранение электрона. При этом, сумма всех изолированных системных частиц не изменяется, то есть, q + q + q…= const.

Закон сохранения

Закон Кулона

Выше было сказано, что электрические заряженные микрочастицы бывают как положительными, так и отрицательными, а их наличие подтверждается силовым взаимодействием, которое с помощью экспериментов на весах описал в 1785 году О. Кулон, создав свой физико-математический закон.

Закон Кулона представляет собой физическую закономерность, которая описывает взаимодействие наэлектризованных частиц между не электризованными, в зависимости от промежутка между ними. В соответствии с этой формулировкой, чем больше электронов имеет частица, тем ближе она расположена к другой элементарной единице заряда, и, соответственно, сила возрастает.

Обратите внимание! При увеличении расстояния между частицами, сал их взаимодействия неизменно убывает. В математической формуле это выглядит так: F1 = F2 = K*(q1*q2/r2), где q1 и q2 считаются модулями заряженных микрочастиц, k является коэффициентом пропорциональности, который зависит от системного выбора единицы, а r — расстоянием.

Закон Кулона

Образец решения задач по теме «Электрический заряд»

Ниже приведены образцы решения простых задач по электростатике, в частности, на закон Кулона.

Задача 1. Несколько одинаковых заряженных шаров имеют показатели q1 = 6 микрокулон и q2 = -18 микрокулон. Они располагаются друг от друга на 36 сантиметров (0,36 метров). Насколько будет меняться сила их взаимодействия при соприкосновении друг с другом и разведении в сторону?

Чтобы решить эту задачу, нужно воспользоваться эл заряд формулой F=K*(q1*q2/r2), подставив вместо букв известные величины. В результате, выйдет число 7,5.

Задача 2. Маленькие одинаковые шары находятся на промежутке в 0,15 метра и притягиваются с силой 1 микроньютон. Задача состоит в определении первоначальных зарядов шаров.

Чтобы решить вторую задачу, нужно использовать ту же формулу Кулона, но немного видоизмененную: F=kq2/r2. Затем вывести из правила показатель q2. Он будет равен Fr2/k. Подставив известные значения и выполнив несложные расчеты, получится цифры в 10^-7 или 10 микрокулон.

Формула для решения

В целом, электрический заряд представляет собой физическую скалярную величину, которая определяет способность тел являться источником электромагнитного поля и участвовать во взаимодействии с ним. Отыскать величину, которая обозначается буквами q и Q, для решения задач или для выполнения другой работы, можно через закон сохранения, Кулона и представленные выше основные физические формулы.

Сила тока. Амперметр — урок. Физика, 8 класс.

В процессе своего движения вдоль проводника заряженные частицы (в металлах это электроны) переносят некоторый заряд. Чем больше заряженных частиц, чем быстрее они движутся, тем больший заряд будет ими перенесён за одно и то же время. Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 секунду, определяет силу тока в цепи.

Сила тока \(I\) — скалярная величина, равная отношению заряда \(q\), прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени \(t\), в течение которого шёл ток.
I=qt, где \(I\) — сила тока, \(q\) — заряд, \(t\) — время.
Единица измерения силы тока в системе СИ — \([I]~=~1~A\) (ампер).

В 1948 г. было предложено в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух проводников с током:


при прохождении тока по двум параллельным проводникам в одном направлении проводники притягиваются, а при прохождении тока по этим же проводникам в противоположных направлениях — отталкиваются.

За единицу силы тока \(1~A\) принимают силу тока, при которой два параллельных проводника длиной \(1\) м, расположенные на расстоянии \(1\) м друг от друга в вакууме, взаимодействуют с силой \(0,0000002\)H (рис. 1.).

  

Рис. 1. Определение единицы силы тока

  

Единица силы тока называется ампером (\(A\)) в честь французского учёного А.-М. Ампера (рис. 2).

 

Андре-Мари Ампер

(1775 - 1836)

Рис. 2. Ампер Андре-Мари

 

А.-М. Ампер ввёл термины: электростатика, электродинамика, соленоид, ЭДС, напряжение, гальванометр, электрический ток.


Ампер — довольно большая сила тока. Например, в электрической сети квартиры через включённую \(100\) Вт лампочку накаливания проходит ток с силой, приблизительно равной \(0,5A\). Ток в электрическом обогревателе может достигать \(10A\), а для работы карманного микрокалькулятора достаточно \(0,001A\).

Помимо ампера на практике часто применяются и другие (кратные и дольные) единицы силы тока, например, миллиампер (мА) и микроампер (мкА):
\(1 мA = 0,001 A\), \(1 мкA = 0,000001 A\), \(1 кA =1000 A\).
То есть \(1 A = 1000 мA\), \(1 A = 1000000 мкA\), \(1 A = 0,001 кA\).

Если электроны перемещаются в одном направлении, т.е. — от одного полюса источника тока к другому, то такой ток называют постоянным.

Переменным называется ток, сила и направление которого периодически изменяются.

В бытовых электросетях используют переменный ток напряжением \(220\) В и частотой \(50\) Гц. Это означает, что ток за \(1\) секунду \(50\) раз движется в одном направлении и \(50\) раз — в другом. У многих приборов имеется блок питания, который преобразует переменный ток в постоянный (у телевизора, компьютера и т.д.).

 

Силу тока измеряют амперметром. В электрической цепи он обозначается так:

Рис. 3. Схематичное изображение единицы силы тока

 

Амперметр включают в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить.

Обрати внимание!

Амперметр нельзя подсоединять к источнику тока, если в цепь не подключён потребитель!

Измеряемая сила тока не должна превышать максимально допустимую силу тока для измерения амперметром. Поэтому существуют различные амперметры (рис. 4), где измерительная шкала представлена с использованием кратных и дольных единиц 1 А (миллиампер — мА, микроампер — мкА, килоампер — кА).

 

Рис. 4. Изображение миллиамперметра

 

Различают амперметры для измерения силы постоянного тока и силы переменного тока (рис. 5).

Обозначения диапазона измерения амперметров:

  • «\(~\)» означает, что амперметр предназначен для измерения силы переменного тока; 
  • «\(—\)» означает, что амперметр предназначен для измерения силы постоянного тока.

Можно обратить внимание на клеммы прибора. Если указана полярность («\(+\)» и «\(-\)»), то это прибор для измерения постоянного тока.

Иногда используют буквы \(AC/DC\). В переводе с английского \(AC\) (alternating current) — переменный ток, а \(DC\) (direct current) — постоянный ток.

Для измерения силы постоянного тока

Для измерения силы переменного тока

Рис. 5. Амперметры для измерения силы постоянного и переменного токов

 

Для измерения силы тока можно использовать и мультиметр (рис. 6). Перед измерением необходимо прочитать инструкцию, чтобы правильно подключить прибор.

 

Рис. 6. Изображение мультиметра

 

Включая амперметр в цепь постоянного тока, необходимо соблюдать полярность (рис. 7):
  • провод, который идёт от положительного полюса источника тока, нужно соединять с клеммой амперметра со знаком «\(+\)»;

  • провод, который идёт от отрицательного полюса источника тока, нужно соединять с клеммой амперметра со знаком «\(-\)».

Если полярность на источнике тока не указана, следует помнить, что длинная линия соответствует плюсу, а короткая — минусу.

Рис. 7. Изображение электрической схемы (постоянный ток)

 

В цепь переменного тока включается амперметр для измерения переменного тока. Он полярности не имеет.

 

Амперметр подключается последовательно к тому прибору, на котором измеряется сила тока (рис. 7).

 

Безопасным для организма человека можно считать переменный ток силой не выше \(0,05~A\), ток силой более \(0,05\)-\(0,1~A\) опасен и может вызвать смертельный исход.

Источники:

Рис. 1. By Patrick Nordmann - http://schulphysikwiki.de/index.php/Datei:Definition_Ampere.png, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=91011035.

Рис. 2. By Ambrose Tardieu - The Dibner collection ::::::::::,,,;at the Smithsonian Institution (USA),, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6366734.

Рис. 3. Указание авторства не требуется, лицензия Pixabay, 2021-06-14, может использоваться в коммерческих целях, https://clck.ru/VVqyJ.

Рис. 4. Изображение миллиамперметра. © ЯКласс.

Рис. 5. Амперметры для измерения силы постоянного и переменного токов. © ЯКласс.

Рис. 6. Multimeter with probes on white, CC BY 2.0, 2021-06-14, https://www.flickr.com/photos/[email protected]/50838190626/in/photostream/.

Рис. 7. Изображение электрической схемы (постоянный ток). © ЯКласс.

Справочные материалы по физике

Производные единицы СИ по разделам физики

[пространство и время ] [периодические и связанные с ними явления ] [механика ] [теплота ] [электричество и магнетизм ] [оптика ] [акустика ] [физическая химия и молекулярная физика ] [атомная и ядерная физика ]

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Электрические и магнитные единицы СИ следует образовывать в соответствии с рационализованной формой уравнений электромагнитного поля.

Количество электричества (электрический заряд) Q - величина, равная произведению силы тока I на время t, в течение которого шел ток:

Q = I t; dim Q = T I, единица - кулон (С; Кл).
Кулон равен количеству электричества, проходящему через поперечное сечение проводника при токе силой 1 А за время 1 с.

Пространственная плотность электрического заряда ρ - величина, равная отношению заряда dQ, находящегося в элементе пространства, к объему dV этого элемента:

ρ = dQ / dV; dim ρ = L-3 T I, единица - кулон на кубический метр (С/m3; Кл/м3).
Кулон на кубический метр равен пространственной плотности электрического заряда, при которой в объеме 1 м3 равномерно распределен заряд 1 Кл.

Поверхностная плотность электрического заряда σ - величина, равная отношению заряда dQ, находящегося на элементе поверхности, к площади dS этого элемента:

σ = dQ / dS; dim σ = L-2 T I, единица - кулон на квадратный метр (С/m2; Кл/м2).
Кулон на квадратный метр равен поверхностной плотности электрического заряда, при которой заряд, равномерно распределенный по поверхности площадью 1 м2 равен 1 Кл.

Линейная плотность электрического заряда τ - величина, равная отношению заряда dQ, находящегося на элементе линии, к длине dl этого элемента:

τ = dQ / dl; dim τ = L-1 T I, единица - кулон на метр (С/m; Кл/м).
Кулон на метр равен линейной плотности электрического заряда, при которой заряд, равномерно распределенный по линии длиной 1 м, равен 1 Кл.

Электрическое напряжение U - величина, равная отношению мощности P постоянного тока к силе тока I:

U = P / I; dim U = L2 M T-3 I-1, единица - вольт (V; В).
Вольт равен электрическому напряжению, вызывающему в электрической цепи постоянный ток силой 1 А при мощности 1 Вт.
Примечание. В вольтах выражаются также электрический потенциал и разность потенциалов электрического поля, электродвижущая сила.

Напряженность электрического поля E - векторная величина, равная отношению силы dF, действующей на положительный заряд dQ, помещенный в некоторую точку электрического поля, к этому заряду:

E = dF / dQ; dim E = L M T-3 I-1, единица - вольт на метр (V/m; В/м).
Вольт на метр равен напряженности однородного электрического поля, создаваемой разностью потенциалов 1 В между точками, находящимися на расстоянии 1 м на линии напряженности поля.

Поток электрического смещения Ψ сквозь замкнутую поверхность - величина, равная алгебраической сумме электрических зарядов, содержащихся во внутреннем пространстве этой поверхности:


dim Ψ = Т I, единица - кулон (С; Кл).
Кулон равен потоку электрического смещения, связанному с суммарным свободным зарядом 1 Кл.

Электрическое смещение D - величина, равная отношению потока электрического смещения к площади dS элемента поверхности, через которую этот поток проходит:

D = dΨ / dS; dim D = L-2 T I, единица - кулон на квадратный метр (C/m2; Кл/м2).
Кулон на квадратный метр равен электрическому смещению, при котором поток электрического смещения сквозь поперечное сечение площадью 1 м2 равен 1 Кл.

Абсолютная диэлектрическая проницаемость ε0, ε среды является коэффициентом пропорциональности в формуле, связывающей между собой смещение и напряженность электрического поля:

D = ε0E; dim ε0 = L-2 M-2 T4 I2, единица - фарад на метр (F/m, Ф/м).
Фарад на метр равен абсолютной диэлектрической проницаемости среды, в которой напряженность электрического поля 1 В/м создает электрическое смещение 1 Кл/м2.
Примечание. В фарадах на метр выражается также электрическая постоянная ε0.
* Запасное обозначение (ε) обязательно в технической документации и литературе, специально предназначенной для отправки за границу.

Электрический момент диполя ρ - векторная величина, равная произведению заряда Q диполя на его плечо:

Ρ = Q L dim &rho = LTI, единица - кулон-метр (С.m; Кл.м).
Кулон-метр равен электрическому моменту диполя, заряды которого, равные каждый 1 Кл, расположены на расстоянии 1 м один от другого.

Плотность электрического тока / - величина, равная отношению силы тока dl к площади dS поперечного се-чения: / = dlldS\ dim /==L-4, единица - ампер на квадратный метр (А/т^ А/м^). Ампер на квадратный метр равен плотности рав-номерно распределенного по поперечному сечению пло-щадью 1 м^ электрического тока силой 1 А.

Линейная плотность электрического тока А - вели-чина, равная отношению силы тока dl в тонком листовом проводнике к ширине da этого проводника: А == dUda\ dim ^==L~4, единица - ампер на метр (А/т; А/м). Ампер на метр равен линейной плотности элект-рического тока, при которой сила тока, равномерно рас-пределенного по сечению тонкого листового проводника шириной 1 м, равна 1 А.

Электрическое сопротивление R - величина, харак-теризующая проводник и являющаяся коэффициентом пропорциональности в формуле, связывающей между со-бой напряжение U и силу тока /: U = Rl\ dim Р==иШ-Ч-^ единица - Ом ^: 0м). 0м равен сопротивлению проводника, между конца-ми которого возникает напряжение 1 В при силе тока 1 А.

Электрическая проводимость G - величина, обратная сопротивлению: G == I IR\ dim G==L-^M-'T^, единица - сименс (S. CM). Сименс равен электрической проводимости провод-ника сопротивлением 1 0м.

Удельное электрическое сопротивление р вещества - величина, численно равная сопротивлению проводника длиной, равной единице длины, и площадью поперечного сечения, равной единице площади; dim p=L^MT~^l~^, единица - ом-метр (0'т;0м'м). Ом-метр равен удельному электрическому сопро-тивлению проводника площадью поперечного сечения 1 м^ и длиной 1 м, имеющего сопротивление 1 0м.

Удельная электрическая проводимость g вещества - величина, обратная удельному электрическому сопротив-лению: g=== 1/?'- dim ^==L-^M-'T^P, единица - сименс на метр (S/m; См/м). Сименс на метр равен удельной электрической про-водимости проводника, который при площади поперечно-го сечения 1 м^ и длине 1 м имеет электрическую прово-димость, равную 1 См.

Напряженность магнитного поля // - величина, ха-рактеризующая магнитное поле. Размерность и единица ее могут быть определены по формуле напряженности поля в центре длинного соленоида: dim //==L~'1, единица - ампер на метр (А/т; А/м). Ампер на метр равен напряженности магнитного поля в центре длинного соленоида с равномерно распре-деленной обмоткой, по которой проходит ток силой l//i А, где п - число витков на участке соленоида длиной 1 м.

Магнитодвижущая сила Fm - величина, характеризу-ющая намагничивающее действие электрического тока и равная циркуляции напряженности магнитного поля вдоль замкнутого контура: dim Fm=l, единица - ампер (А; А). Ампер равен магнитодвижущей силе вдоль замкну-того контура, сцепленного с контуром постоянного тока силой 1 А. Примечание. В амперах выражается также раз-ность магнитных потенциалов.

Магнитный поток. Единица и размерность магнитно-го потока Ф определяются по формуле 0=Ф/^ где Q - количество электричества, проходящего в замк- нутом контуре при изменении до нуля магнитного потока Ф, сцепленного с этим контуром. Из этой формулы сле-дует: dim Ф=1^МТ-^1~^ единица - вебер (Wb; Вб). Вебер равен магнитному потоку, при убывании которого до нуля в сцепленной с ним электрической цепи сопротивлением 1 0м через поперечное сечение проходит количество электричества 1 Кл.

Магнитная индукция В - величина, равная отноше-нию магнитного потока d(t> к площади dS сечения, через которое проходит этот поток: В = d^ldS\ dim В=М.Т-Ч-\ единица - тесла (Т; Тл). Тесла равна магнитной индукции, при которой че-рез поперечное сечение площадью 1 м^ проходит магнит-ный поток 1 Вб.

Индуктивность L - величина, характеризующая зам-кнутый контур и являющаяся коэффициентом пропорци-ональности между магнитным потоком, сцепленным с этим контуром, и силой тока в нем: Ф == U\ dim L=L2MT^I-2, единица - генри (Н; Гн). Генри равен индуктивности электрической цепи, с которой при силе постоянного тока в ней 1 А сцепляется магнитный поток 1 Вб. Примечание. В генри выражается также взаим-ная индуктивность.

Абсолютная магнитная проницаемость ц-а, ц^ явля-ется коэффициентом пропорциональности между магнит-ной индукцией и напряженностью магнитного поля: В=^Н\ dim Ца==ЬМТ-^Р, единица - генри на метр (Н/т: Гн/м). Генри на метр равен абсолютной магнитной прони-цаемости среды, в которой напряженность магнитного поля 1 А/м создает магнитную индукцию 1 Тл. Примечание. В генри на метр выражается так-же магнитная постоянная ^о.

Магнитный момент (амперовский) рт контура с то-ком - величина равная произведению силы тока / в кон-туре на площадь S, ограниченную им: Рт == ^ dim pm==L^I, единица - ампер-квадратный метр (A'm^ А-м^. Ампер-квадратный метр равен магнитному моменту электрического тока силой 1 А, проходящего по контуру площадью 1 м^ Примечание. Размерность магнитного момента (кулоновского) dim ^m==L^MT-^l~^, единица - вебер-метр (Wb-m; Вб¦м).

Намагниченность (интенсивность намагничения) М - величина, равная отношению суммы магнитных моментов всех магнитных диполей, входящих в элемент магнетика, к объему dV этого элемента: ;ldV. N ^Рп где pm,i - магнитный момент 1-го диполя; N - число ди-полей, входящих в элемент магнетика; dim Af===L~4, еди-ница - ампер на метр (А/т; А/м). Ампер на метр равен намагниченности, при которой ^ Запасное обозначение (ц) обязательно в техниче-ской документации и литературе, специально предназна-ченной для отправки за границу. вещество объемом 1 м^ имеет магнитный момент 1 А'м^

Магнитное сопротивление Rm - величина, являющая-ся коэффициентом пропорциональности в формуле, выра-жающей зависимость магнитного потока Ф от магнито-движущей силы Fm: Fm=Rm^ dim /?m==L^M-^T^, единица - генри в минус первой степени (Н~'; Гн-^). Генри в минус первой степени равен магнитному со-противлению магнитной цепи, в которой магнитодвижу-щая сила 1 А создает магнитный поток 1 Вб.

Магнитная проводимость Л - величина, обратная магнитному сопротивлению: Л = 1/^; dim Am==L^MT-2l-2, единица - генри (Н; Гн). Генри равен магнитной проводимости магнитной цепи с магнитным сопротивлением 1 Гы-^

Электрический заряд (кратко) (№2) | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Тема:

Электрический заряд

В электромагнитном взаимодействии участвуют частицы, об­ладающие специальным свойством — электрическим заря­дом. Заряженные частицы создают электромагнитное поле и, в свою очередь, испытывают воздействие с его стороны. Определить, обладает частица зарядом или нет, а также из­мерить его величину можно, исследуя ее взаимодействие с частицами, заведомо обладающими этим свойством. Оказывается, существует наименьший наблюдаемый за­ряд — это заряд электрона e, равный в системе СИ e = 1,6 • 10-19 Кл. Все прочие заряды кратны заряду электрона. Заряд — первичное понятие. Его нельзя сформулировать с помощью более простых понятий. Но в этом и нет необхо­димости. Для того чтобы высказывания относительно заря­да имели смысл, необходимо и достаточно однозначно оп­ределить, обладает частица этим свойством или нет, а если обладает, то какова величина заряда.

Кварки — частицы, обла­дающие дробным заря­дом, — не наблюдаются индивидуально. Заряд — это неотъемлемое свой­ство элементарной части­цы. Есть частицы, не об­ладающие зарядом, но если частица им облада­ет, то отнять ее заряд нельзя.

Заряды бывают положительные и отрицательные. По исто­рическим причинам заряду электрона приписывается знак (-). Большинство явлений электромагнетизма в окружающем нас мире связано с двумя стабильными частицами — электроном с зарядом -e и протоном с зарядом +e. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Частицы с зарядами противоположных знаков притя­гиваются друг к другу, поэтому системы из большого числа частиц, как правило, нейтральны: в них сбалан­сировано число положительно и отрицательно заря­женных частиц. Если мы имеем заряженное макроско­пическое тело, то это означает, что какое-то число заряженных частиц (обычно электронов) удалено с те­ла или, наоборот, внедрено в него.

На этой странице материал по темам:
  • Электрический заряд кратко

  • Электрическое воздействие и заряд кратко шпора

  • Электрический заряд и его свойства кратко

  • Электрические заряды кратко

  • Кратко про электрический заряд физика

Электричество - Основные формулы

1. Электростатика
1.1 Закон Кулона

q1, q2 — величины точечных зарядов,
r — расстояние между зарядами.

1.2 Напряженность поля уединенного точечного заряда

q — величина уединенного точечного заряда,
r — расстояние от заряда.

1.3 Потенциал точки в поле точечного заряда

q — величина уединенного точечного заряда,
r — расстояние от заряда.

1.4 Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле

φ — потенциал,
q1 — величина заряда.

1.5 Потенциальная энергия заряда q1 в поле точечного заряда

q — величина уединенного точечного заряда, который создает поле,
r — расстояние между зарядами.

1.6 Теорема Гаусса

N — поток вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность,
q — полный заряд, находящийся внутри замкнутой поверхности.

1.7 Напряженность электрического поля вблизи от поверхности проводника

σ — поверхностная плотность заряда.

1.8 Емкость плоского кондесатора

q — заряд конденсатора,
U — модуль разности потенциалов между обкладками.

1.9 Энергия плоского кондесатора

q — заряд конденсатора,
U — модуль разности потенциалов между обкладками.

2. Постоянный электрический ток
2.1 Закон Ома для участка однородной цепи

U — напряжение на концах участка,
R — сопротивление участка цепи.

2.2 Закон Ома для замкнутой цепи с источником тока

 — ЭДС (электродвижущая сила),
r — внутреннее сопротивление источника ЭДС.

2.3 Работа постоянного тока

U — напряжение на концах участка цепи,
t — время, за которое совершается работа.

2.4 Закон Джоуля-Ленца

Q — теплота,
R — сопротивление проводника,
t — время, за которое выделяется теплота.

2.5 Полная мощность, развиваемая источником тока

 — ЭДС источника тока,
R — сопротивление цепи,
r — внутреннее сопротивление источника тока.

2.6 Полезная мощность

 — ЭДС источника тока,
R — сопротивление цепи,
r — внутреннее сопротивление источника тока.

2.7 Коэффициент полезного действия источника тока

R — сопротивление цепи,
r — внутреннее сопротивление источника тока.

2.8 Первое правило Кирхгофа

n — число проводников, сходящихся в узле;
Ik — сила тока в k-м проводнике.

2.9 Второе правило Кирхгофа

n — число неразветвленных участков в контуре;
m — число ЭДС в контуре.

Урок 26. электрический заряд. закон кулона - Физика - 10 класс

Физика, 10 класс

Урок 26. Электрический заряд. Закон Кулона

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) электродинамика;

2) электризация;

3) два рода зарядов;

4) закон Кулона;

5) применение электризации;

6) вредные действия электризации.

Глоссарий по теме:

Электродинамика это наука о свойствах и закономерностях поведения особого вид материи – электромагнитного поля, осуществляющего взаимодействие между электрически заряженными телами или частицами.

Электрический заряд – физическая величина, характеризующая электрические свойства частиц.

Элементарный заряд - заряд электрона (или протона).

Электрон - частица с наименьшим отрицательным зарядом.

Электризация - явление приобретения телом заряда.

Кулоновская сила - сила взаимодействия зарядов

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 277 – 282.

2. Тульчинский М.Е. Сборник качественных задач по физике. – М.: Просвещение, 1965. С.81.

3. Алексеева М. Н. Физика юным. – М.: Просвещение, 1980. С. 68-78.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Элементарные частицы – это мельчайшие частицы, которые не делятся на более простые, из которых состоят все тела.

Если частицы взаимодействуют друг с другом с силами, которые убывают с увеличением расстояния так же, как и силы всемирного тяготения, но превышают силы тяготения во много раз, то говорят, что эти частицы имеют электрический заряд, а частицы называются заряженными.

Взаимодействие заряженных частиц называется электромагнитным.

Заряды одного знака отталкиваются друг от друга, а разного знака – притягиваются.

При электризации трением оба тела приобретают заряды, противоположные по знаку, но одинаковые по модулю.

При электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда:

В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел сохраняется.

Заряженные тела, размерами и формой которых можно пренебречь при их взаимодействии, называются точечными зарядами.

Силу взаимодействия зарядов называют кулоновской силой.

Сила, с которой взаимодействуют заряды, прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Закон Кулона:

где - это электрическая постоянная.

- заряд электрона

- заряд протона

Единица измерения электрического заряда – Кулон.

Заряд в 1 Кл очень велик. Сила взаимодействия двух точечных зарядов по1 Кулон каждый, расположенных на расстоянии 1 км друг от друга, чуть меньше силы, с которой Земля притягивает груз массой 1т.

Примеры и разбор решения заданий:

1. Два заряда q1 и q2 взаимодействуют в вакууме с силой F. Если заряд каждой частицы увеличить в два раза и расстояние между ними уменьшить в два раза, то как изменится сила их взаимодействия?

Решение:

Используя закон Кулона можем рассчитать, что сила взаимодействия между зарядами увеличится в 16 раз.

2. Два шарика, расположенные на расстоянии 10 см друг от друга, имеют одинаковые отрицательные заряды и взаимодействуют с силой 0,23 мН. Найти число избыточных электронов на каждом шарике.

Решение:

Число избыточных электронов:

Сила взаимодействия между двумя заряженными шариками:

Отсюда выражаем заряд шарика:

Заряд электрона равен e =|-1,6·10-31| Kл

Вычисления:

Ответ: .

Глава 17. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона, принцип суперпозиции

Взаимодействие электрических зарядов описывается законом Кулона, который утверждает, что сила взаимодействия двух покоящихся точечных зарядов в вакууме равна

(17.1)

где и — модули зарядов, — расстояние между ними. Коэффициент пропорциональности в формуле (17.1) зависит от системы единиц. В международной системе единиц СИ этот коэффициент принято записывать в виде

(17.2)

где величина называется электрической постоянной, размерность величины сводится к отношению размерности длины к размерности электрической емкости (Фарада). Электрические заряды бывают двух типов, которые условно принято называть положительным и отрицательным. Как показывает опыт, заряды притягиваются, если они разноименные и отталкиваются, если одноименные.

В любом макроскопическом теле содержится огромное количество электрических зарядов, поскольку они входят в состав всех атомов: электроны заряжены отрицательно, протоны, входящие в состав атомных ядер — положительно. Однако большинство тел, с которыми мы имеем дело, не заряжены, поскольку количество электронов и протонов, входящих в состав атомов, одинаково, а их заряды по абсолютной величине в точности совпадают. Тем не менее, тела можно зарядить, если создать в них избыток или недостаток электронов по сравнению с протонами. Для этого нужно передать электроны, входящие в состав какого-нибудь тела, другому телу. Тогда у первого возникнет недостаток электронов и соответственно положительный заряд, у второго — отрицательный. Такого рода процессы происходят, в частности, при трении тел друг о друга.

Если заряды находятся в некоторой среде, которая занимает все пространство, то сила их взаимодействия ослабляется по сравнению с силой их взаимодействия в вакууме, причем это ослабление не зависит от величин зарядов и расстояния между ними, а зависит только от свойств среды. Характеристика среды, которая показывает, во сколько раз ослабляется сила взаимодействия зарядов в этой среде по сравнению с силой их взаимодействия в вакууме, называется диэлектрической проницаемостью этой среды и, как правило, обозначается буквой . Формула Кулона в среде с диэлектрической проницаемостью принимает вид

(17.3)

Если имеется не два, а большее количество точечных зарядов для нахождения сил, действующих в этой системе, используется закон, который называется принципомсуперпозиции1. Принцип суперпозиции утверждает, что для нахождения силы, действующей на один из зарядов (например, на заряд ) в системе из трех точечных зарядов , и надо сделать следующее. Сначала надо мысленно убрать заряд и по закону Кулона найти силу, действующую на заряд со стороны оставшегося заряда . Затем следует убрать заряд и найти силу, действующую на заряд со стороны заряда . Векторная сумма полученных сил и даст искомую силу.

Принцип суперпозиции дает рецепт поиска силы взаимодействия неточечных заряженных тел. Следует мысленно разбить каждое тело на части, которые можно считать точечными, по закону Кулона найти силу их взаимодействия с точечными частями, на которое разбивается второе тело, просуммировать полученные вектора. Ясно, что такая процедура математически очень сложна, хотя бы потому, что необходимо сложить бесконечное количество векторов. В математическом анализе разработаны методы такого суммирования, однако в школьный курс физики они не входят. Поэтому, если такая задача и встретится, то суммирование в ней должно легко выполняться на основе тех или иных соображений симметрии. Например, из описанной процедуры суммирования следует, что сила, действующая на точечный заряд, помещенный в центр равномерно заряженной сферы, равна нулю.

Кроме того, школьник должен знать (без вывода) формулы для силы, действующей на точечный заряд со стороны равномерно заряженной сферы и бесконечной плоскости. Если имеется сфера радиуса , равномерно заряженная зарядом , и точечный заряд , расположенный на расстоянии от центра сферы, то величина силы взаимодействия равна

(17.4)

если точечный заряд находится снаружи сферы, и

(17.5)

если заряд находится внутри (причем не обязательно в центре). Из формул (17.4), (17.5) следует, что сфера снаружи создает такое же электрическое поле как весь ее заряд, помещенный в центре, а внутри — нулевое.

Если имеется очень большая плоскость с площадью , равномерно заряженная зарядом , и точечный заряд , то сила их взаимодействия равна

(17.6)

где величина имеет смысл поверхностной плотности заряда плоскости. Как следует из формулы (17.6) сила взаимодействия точечного заряда и плоскости не зависит от расстояния между ними. Обратим внимание читателя на то, что формула (17.6) является приближенной и «работает» тем точнее, чем дальше точечный заряд находится от ее краев. Поэтому при использовании формулы (17.6) часто говорят, что она справедлива в рамках пренебрежения «краевыми эффектами», т.е. когда плоскость считается бесконечной.

Рассмотрим теперь решение данных в первой части книги задач.

Согласно закону Кулона (17.1) величина силы взаимодействия двух зарядов из задачи 17.1.1 выражается формулой

Заряды отталкиваются (ответ 2).

Поскольку капелька воды из задачи 17.1.2 имеет заряд ( – заряд протона), то она имеет в избытке электронов по сравнению с протонами. Значит при потере трех электронов их избыток уменьшится, и заряд капельки станет равен (ответ 2).

Согласно закону Кулона (17.1) величина силы взаимодействия двух зарядов при увеличении в раз расстояния между ними уменьшится в раз (задача 17.1.3 — ответ 4).

Если заряды двух точечных тел увеличить в раз при неизменном расстоянии между ними, то сила их взаимодействия, как это следует из закона Кулона (17.1), увеличится в раз (задача 17.1.4 — ответ 3).

При увеличении одного заряда в 2 раза, а второго в 4, числитель закона Кулона (17.1) увеличивается в 8 раз, а при увеличении расстояния между зарядами в 8 раз — знаменатель увеличивается в 64 раза. Поэтому сила взаимодействия зарядов из задачи 17.1.5 уменьшится в 8 раз (ответ 4).

При заполнении пространства диэлектрической средой с диэлектрической проницаемостью = 10, сила взаимодействия зарядов согласно закону Кулона в среде (17.3) уменьшится в 10 раз (задача 17.1.6 — ответ 2).

Сила кулоновского взаимодействия (17.1) действует как на первый, так и на второй заряд, а поскольку их массы одинаковы, то ускорения зарядов, как это следует из второго закона Ньютона, в любой момент времени одинаковы (задача 17.1.7 — ответ 3).

Похожая задача, но массы шариков разные. Поэтому при одинаковой силе ускорение шарика с меньшей массой в 2 раза больше ускорения шарика с меньшей массой , причем этот результат не зависит от величин зарядов шариков (задача 17.1.8 — ответ 2).

Поскольку электрон заряжен отрицательно, он будет отталкиваться от шара (задача 17.1.9). Но поскольку начальная скорость электрона направлена к шару, он будет двигаться в этом направлении, но его скорость будет уменьшаться. В какой-то момент он на мгновение остановится, а потом будет двигаться от шара с увеличивающейся скоростью (ответ 4).

В системе двух заряженных шариков, связанных нитью (задача 17.1.10), действуют только внутренние силы. Поэтому система будет покоиться и для нахождения силы натяжения нити можно использовать условия равновесия шариков. Поскольку на каждый из них действуют только кулоновская сила и сила натяжения нити, то из условия равновесия заключаем, что эти силы равны по величине.

Отсюда

где (ответ 1).

Система трех шариков в задаче 17.2.1 покоится, поэтому силы натяжения должны компенсировать силы кулоновского отталкивания крайних зарядов. Последние найдем по закону Кулона и принципу суперпозиции. Каждый крайний заряд отталкивается от центрального заряда и другого крайнего. Для суммы этих сил получаем

Этой величине и будет равна сила натяжения нитей (ответ 4). Отметим, что рассмотрение условия равновесия центрального заряда не помогло бы найти силу натяжения, а привело бы к заключению, что силы натяжения нитей одинаковы (впрочем, это заключение и так очевидно благодаря симметрии задачи).

Для нахождения силы, действующей на заряд — в задаче 17.2.2, используем принцип суперпозиции. На заряд — действуют силы притяжения к левому и правому зарядам (см. рисунок). Поскольку расстояния от заряда — до зарядов одинаковы, модули этих сил равны друг другу и они направлены под одинаковыми углами к прямой, соединяющей заряд — с серединой отрезка — . Поэтому сила, действующая на заряд — направлена вертикально вниз (вектор результирующей силы выделен жирным на рисунке; ответ 4).

Задача 17.2.3 похожа на предыдущую, но изменен знак одного из зарядов. Поэтому сила, действующая на заряд — со стороны правого заряда, не изменившись по величине, изменится по направлению (см. рисунок). Поэтому вектор результирующей силы будет направлен влево (вектор результирующей силы выделен жирным на рисунке; ответ 1).

На каждый заряд в задаче 17.2.4 действуют силы отталкивания со стороны двух других зарядов (см. рисунок), причем значения этих сил одинаковы (из-за равенства величин всех зарядов и расстояний между ними) и равны

Из-за равенства значений сил-слагаемых параллелограмм сложения сил представляет собой ромб, и, следовательно, вектор результирующей силы направлен вдоль биссектрисы треугольника из зарядов (выделен жирным на рисунке). Поэтому угол, отмеченный на рисунке дугой равен 30°, а значение результирующей силы равно

(ответ 3).

Из формулы (17.6) заключаем, что правильный ответ в задаче 17.2.54. В задаче 17.2.6 нужно использовать формулу для силы взаимодействия точечного заряда и сферы (формулы (17.4), (17.5)). Имеем = 0 (ответ 3).

В задаче 17.2.7 необходимо применить принцип суперпозиции к двум сферам. Принцип суперпозиции утверждает, что взаимодействие каждой пары зарядов не зависит от наличия других зарядов. Поэтому каждая сфера действует на точечный заряд независимо от другой сферы, и для нахождения результирующей силы нужно сложить силы со стороны первой и второй сфер. Поскольку точечный заряд расположен внутри внешней сферы, она не действует на него (см. формулу (17.5)), внутренняя действует с силой

где . Поэтому и результирующая сила равна этому выражению (ответ 2)

В задаче 17.2.8 также следует использовать принцип суперпозиции. Если заряд поместить в точку , то силы, действующие на него со стороны зарядов и , направлены влево. Поэтому по принципу суперпозиции имеем для равнодействующей силы

где — расстояния от зарядов до исследуемых точек. Если поместить положительный заряд в точку , то силы будут направлены противоположно, и на основании принципа суперпозиции находим результирующую силу

В точке на заряд будут действовать силы, направленные направо, и потому

Из этих формул следует, что наибольшей сила будет в точке — ответ 1.

Пусть, для определенности, заряды шариков и в задаче 17.2.9 положительны. Так как шарики одинаковы, заряды после их соединения распределяться между ними равномерно и для сравнения сил, нужно сравнить друг с другом величины

(1)

которые представляют собой произведения зарядов шариков до и после их соединения. После извлечения квадратного корня сравнение (1) сводится к сравнению среднего геометрического и среднего арифметического двух чисел. А поскольку среднее арифметическое любых двух чисел больше их среднего геометрического, то сила взаимодействия шариков возрастет независимо от величин их зарядов (ответ 1).

Задача 17.2.10 очень похожа на предыдущую, а ответ — другой. Непосредственной поверкой легко убедиться, что сила может как увеличиться, так и уменьшиться в зависимости от величин зарядов. Например, если заряды равны по величине, то после соединения шариков их заряды станут равны нулю, поэтому нулевой будет и сила их взаимодействия, которая, следовательно, уменьшится. Если один из первоначальных зарядов равен нулю, то после соприкосновения шариков заряд одного из них распределится между шариками поровну, и сила их взаимодействия увеличится. Таким образом, правильный ответ в этой задаче — 3.

Исполнения - электрические

Размер Модель как у модели
Определение электрического сопротивления проводника U - напряжение на одеялах направляющей
I
- сила тока, протекающего по проводнику
Электрический ток

I - ток в амперах
q
- заряд, протекающий по проводнику (считается в поперечное сечение) в кулонах
t
- текущее время потока в секундах

Емкость конденсатора

Направляющая вместимость

С - емкость в фарадах [F]

В - заряд, накопленный на проводнике или оболочке конденсатора (на второй крышке будет груз такого же номинала, но Fr. противоположный знак) [C]

У - напряжение между крышками конденсаторов в вольтах [В]

В - потенциал проводника после введения на него нагрузки Q [В]
Эксплуатация
(выделенная энергия) электрического тока

Вт = U I т

U - напряжение на одеялах направляющей
I
- ток, протекающий по проводнику
t - время протекания тока

Энергия электростатического поля

Q - грузовой (в системе СИ в кулонах)
C - емкость в фарадах
Сиа Кулон
- сила взаимодействия двух точечных нагрузок
Q - грузовой (в системе СИ в кулонах)
R - расстояние между грузами (в системе СИ в метрах)
k - электростатическая постоянная (k = 9 · 10 90 123 9 90 124 Нм 90 123 2 90 124 / C 90 123 2 90 124) 9000 5
.

Что такое электрический заряд? - Электрическая теория

Что такое электрический заряд? Какие бывают виды грузов? Какие частицы заряжены? Немного информации по наиболее важным вопросам электростатики.


Электрический заряд как свойство частицы

Вещество вокруг нас состоит из мельчайших частиц, называемых атомами, а то, что нас окружает, состоит из еще меньших протонов, нейтронов и электронов. Если вы не знаете, как устроен атом и почему каждый элемент уникален, прочтите предыдущую статью:

.

Несколько слов об атомах - TheoryElectric.номер

Сегодня мы сосредоточимся исключительно на чем-то, что называется электрическим зарядом . А что это за плата? Начну с более простого вопроса: знаете ли вы, что такое масса ? Каждая пыль, каждый атом имеет определенную массу. Два объекта с массой могут взаимодействовать друг с другом, что мы можем увидеть, встав на обычные весы и прочитав наш вес . Вес представляет собой силу, с которой большая масса (Земля) и малая масса (мы) притягиваются друг к другу.Эта сила притяжения называется гравитацией, и любой объект, имеющий массу, должен ее учитывать.

Аналогично с зарядом - это тоже характеристика материи. И точно так же, как сила взаимодействия двух масс называется гравитацией, сила взаимодействия двух зарядов называется электромагнитной силой . И если в случае с массой все просто, потому что она может быть больше или меньше, то в случае с грузом мы различаем три сценария:

  • положительный заряд (символ + q ) - например протоны ,
  • отрицательный заряд (символ -q ) - им вооружен каждый электрон.
  • нейтральные частицы - другими словами частицы с электрическим зарядом 0. Нейтральная частица может просто не иметь заряда или иметь одинаковый положительный и отрицательный заряды, которые "компенсируют" друг друга. Результат так или иначе - нейтральные частицы электрически нейтральны, примером чего является, например, нейтрон.

Почему существует три вида груза? Мы не знаем — так было с незапамятных времен. Мы знаем, однако, что заряды, в зависимости от типа, могут взаимодействовать друг с другом в тремя способами :

  • положительный с отрицательным будет притягиваться,
  • положительный с положительным (или отрицательный с отрицательным) будет отталкиваться,
  • нейтральные заряды не будут взаимодействовать ни с одним зарядом.
Электромагнитное взаимодействие зарядов

Почему атом не взрывается?

В физике известно много заряженных частиц, но если мы будем говорить здесь об электричестве, то для нас будут актуальны три упомянутые выше:

  • Протоны - с положительным электрическим зарядом
  • Электроны - с отрицательным электрическим зарядом
  • Нейтроны - с нулевым (нейтральным) зарядом

известные нам атомы.Протоны и нейтроны спрессованы в ядро ​​атома, а электроны движутся по так называемым орбитам вокруг ядра. Я писал об этом в предыдущей статье, поэтому ниже, в качестве напоминания, привожу только картинку.

Двумерная визуализация классической модели атома, предложенной в 1913 году. Нильс Бор [2]

Ранее я упоминал, что два одинаковых заряда будут электромагнитно отталкивать . Как же тогда возможно, что множество положительных протонов могут находиться так близко друг к другу без распада атомного ядра? С другой стороны, как возможно, чтобы электроны оставались на орбитах и ​​не падали на ядро ​​из-за притяжения? Что держит их на расстоянии?

Система сил в физике

Чтобы ответить на эти вопросы, нужно знать, с какими силами мы вообще имеем дело.Во всей известной нам сегодня физике существует 4 типа взаимодействий между молекулами:

  • Сильные удары
  • Электромагнитные взаимодействия
  • Слабые взаимодействия
  • Гравитационные взаимодействия

Сильные взаимодействия являются самыми мощными из четырех упомянутых. Они действуют только на очень коротком расстоянии (порядка фемтометров или размера атомного ядра) и только на определенные частицы, включая протоны и нейтроны.Их огромная сила делает электромагнитное отталкивание практически ни о чем — нейтроны и протоны настолько хорошо «сварены» друг с другом, что только мощная бомбардировка другими крупными частицами может разрушить структуру.

На расстоянии больше атомного ядра сильные взаимодействия перестают доминировать и на первый план выходит электромагнетизм . Электромагнитная сила, хотя и несколько слабее, но имеет гораздо больший диапазон и отвечает почти за все явления, которые мы наблюдаем каждый день: сила трения, прочность химических связей, силы, возникающие в результате столкновений.

Слабое взаимодействие — довольно специализированная группа взаимодействий, более слабая, чем два предыдущих и видимая только во время распада частицы. Нам это не очень важно.

Последняя в списке, , гравитация, хоть и сопровождает нас при каждом падении, но несравненно слабее всех своих предшественников. Для того, чтобы объект мог быть подвержен гравитации видимым для нас образом, он должен иметь огромную массу. Протоны и электроны слишком легкие! Честно говоря, если бы не огромные скопления материи вроде планет и звезд, мы могли бы вообще не заметить эту силу...

Теперь вы знаете, что за связывание протонов ответственны сильные взаимодействия.А вторая загадка? Поскольку я сказал, что электромагнетизм — вторая сила в ряду, почему отрицательные электроны не падают на положительные протоны? На этот вопрос есть ответ, но я не могу дать его вам здесь. На данный момент все уравнение сводится к чрезвычайно сложной области, которой является квантовая физика , для которой потребуются десятки отдельных статей. Если вы все еще хотите продираться по этой теме, в конце статьи вы найдете библиографию.Статья 1983 года [1] должна удовлетворить ваше любопытство.

Что такое ионы?

Вы уже знаете, что протоны положительны, а электроны отрицательны. Атомы могут состоять из сотен этих крошечных частиц, но каков именно заряд всего атома? Вы можете быть удивлены тем, что атомы обычно являются нейтральными молекулами. Этот факт является результатом чрезвычайного баланса , о котором постоянно заботится природа — спокойный, невозмущенный атом всегда имеет одинаковое число протонов и электронов.Повторяю: идентичен . Одинаковое количество отрицательно и положительно заряженных частиц приводит к тому, что общий заряд равен нулю, и в этом секрет нейтральности атомов.

С другой стороны, если немного утомить такой атом и, например, отобрать у него один электрон, указанное равновесие нарушится, и он станет «заряженным». Атом с ненулевым зарядом называется , ион . Есть две возможности: отрывая электроны, мы создаем положительных ионов (так называемыекатион), а если мы вызовем избыток электронов, то получим отрицательных ионов (так называемый анион).

Атом прощается с электроном и становится ионом!

Когда я писал о сильном взаимодействии, я упомянул, что очень трудно разрушить атомное ядро. И так же сложно отобрать электроны у атома? Оказывается, это… детские забавы. Держу пари, ты делаешь это сам каждый день! Как вы думаете, почему надутый шарик, если его потереть о кусок ткани, так легко прилипает к стене? Почему я слышу искры, когда расчесываю волосы? Почему, иногда выходя из машины и прикасаясь к ее корпусу, она решает нас неприятно «пинать»? Все это работа раздраженной природы, которая через подобные явления пытается вернуть утраченные электроны .Более того, даже без нашего участия образование ионов — чрезвычайно распространенное явление, например, в атмосфере Земли. На больших высотах из-за солнечной радиации и постоянной бомбардировки частицами из-за пределов нашей планеты атомы массово теряют свои электроны и превращаются в ионы. Это происходит постоянно, в любое время дня и ночи.

Можно ли измерить нагрузку?

Ранее я упоминал, что заряд — это массовое свойство частицы. Можно ли тогда как-то "взвесить" груз? Он может взвесить неправильное слово, но мы, безусловно, можем его измерить! Согласно нашей системе единиц СИ (где у нас есть килограммы, метры и секунды), единицей заряда является кулон (угл.Кулон, не путать с Колумбом), сокращенно буквой С. Вы, конечно, представляете, сколько весит 1 кг. Но разве 1С большая нагрузка? Каков реальный заряд протона и электрона?

Тороплюсь с ответом. Одиночный электрон имеет отрицательный заряд, равный -1,602 х 10 90 155 -19 90 156 Кл. В классическом ненаучном способе записи это будет -0,00000000000000000001602 Кл.

С протоном будет проще, потому что его заряд такой же, как у электрона, но положительный, поэтому: +1,602 х 10 90 155 -19 90 156 Кл.Вы признаете, что эти числа нелегко запомнить, но не переживайте — физики придумали, как это упростить. Они дали заряду одного электрона имя , элементарный заряд и дали ему обозначение -e . Аналогично идентичный заряд протона определяется как + e .


-e = -1,602 · 10 90 155 -19 90 156 C
+ e = +1,602 · 10 90 155 -19 90 156 C


Слово «элементарная» означает, что физики еще не нашли ни одной молекулы с зарядом меньше е .К сожалению, такие единичные нагрузки слишком малы, чтобы творить зрелища в обычных условиях. Так же, как из нескольких капель воды нельзя создать огромный водопад, мы не можем питать телефон от нескольких элементарных зарядов. Да, вы правильно поняли - заряды - обязательный элемент в генерировании напряжения и электрического тока. Если бы только был способ создать гораздо больший заряд...

Как создать большую нагрузку?

Вода кажется однородной жидкостью, хотя на самом деле она состоит из отдельных молекул (молекулы H 2 O).Таким же образом следует понимать электрический заряд. Собирая отдельные элементарные заряды, мы можем создать заряд значительной ценности.

Как это работает?

  • Один электрон имеет общий заряд, равный -e ,
  • Два электрона имеют общий заряд -2 e ,
  • Шесть протонов и два электрона имеют заряд +6 e -2 e = +4 и .

Как видите, расходы следуют стандартным правилам сложения и вычитания.По этой причине имеет смысл быть осторожным с математикой при создании больших нагрузок. Например, предположим, вам удалось поймать и бросить в один сосуд 2000 электронов и 1999 протонов. Суммарная нагрузка на судно составит:


-2000 e + 1999 e = -1 e


С точки зрения электромагнетизма такой сосуд представляет собой предмет с ничтожно малого заряда , хотя число образующих его частиц кажется большим. Ведь мы могли бы получить такой же заряд, бросив в сосуд всего один электрон.

С электромагнитной точки зрения важен общий заряд объекта.

Следовательно, дело не в том, чтобы поймать большое количество случайных частиц, а в том, чтобы отделить один тип заряда от другого. Лучший способ сделать это — создать вышеупомянутые ионы. Около 300 лет назад, когда еще не существовало батарей и генераторов, извлечение электронов из атомов трением было единственным и достаточно хорошим способом получения электричества.

К сожалению, сегодня электрический мир выглядит несколько иначе, и силы трения недостаточно для питания даже самых маленьких часов.Нам нужны триллионы, триллионы, триллионы заряженных частиц, чтобы генерировать достаточную электрическую энергию. Эти суммы становятся настолько огромными, что говорить о разовых загрузках не имеет смысла. Такой производитель бутилированной воды никогда не указывает, сколько молекул H 2 O содержится в данной бутылке. Эта цифра была бы абсурдной! Вместо этого он использует гораздо более удобный литров , полезный эквивалент которого составляет кулонов .

Груз — это еще не все

Итак, сколько кулонов мне нужно для питания часов, лампочки или пылесоса? К сожалению, на это нет простого ответа.Во время грозы один удар молнии доставляет на землю несколько кулонов . Много, верно? А как насчет того факта, что обычные маленькие батарейки способны в течение своего срока службы доставить нагрузку в ... несколько тысяч кулонов? В чем смысл? Где логика?

Заряд — это сущность электричества, но получить его недостаточно. Чтобы он приводил в действие наше оборудование, нам нужно научиться управлять им и использовать его свойства.Электростатика — это поле, которое поможет нам в этом, поэтому сейчас я приглашаю вас в следующую статью, в которой я немного расскажу вам о силе заряда и загадочном электрическом поле, которое его окружает:

Электрическое поле и закон Кулона - TeoriaElektryki.pl

Спасибо за ваше время!

Библиография 9000 3

  1. Почему электрон не попадает в ядро? - Франклин Мейсон и Роберт Ричардсон, J Chem.Эд. 1983 (40-42).
  2. Основы электродинамики - Дэвид Дж. Гриффит, Научно-техническое издательство, Варшава,

Тебе понравилось это? Взгляни на

и поддержите мою дальнейшую работу!

Или, может быть, вы хотели бы прочитать интересную книгу?

Уведомлять вас о новых статьях?

Я рекомендую подписаться на рассылку новостей или посетить Facebook. Таким образом, вы не пропустите ни одного нового текста!
Я отправил вам электронное письмо!

Пожалуйста, проверьте свой почтовый ящик и подтвердите, что хотите подписаться на информационный бюллетень.


.

Работа в электростатическом поле - Medianauka.pl

Если мы поместим любой заряд в электростатическое поле, на него будет действовать электрическая сила Ф , которая совершит q 0 некоторую работу Вт , перемещая его по определенному пути. В однородном поле работа сил поля будет равна:

Используя определение скалярного произведения, получаем:

где:

  • F - значение напряженности электростатического поля,
  • s - расстояние, пройденное грузом q 0 под действием этой силы,
  • α - угол между направлением силы и перемещением.

Из определения напряженности электрического поля следует, что:

,

так

W = q 0 E s cosα

Если заряд q 0 движется вдоль линии поля (например, в центральном поле), то угол между вектором напряженности поля и вектором смещения равен α = 0°, а cos0 ° = 1. Итак имеем:

W = q 0 E s .

В центральном электростатическом поле, создаваемом зарядом Q , значение напряженности поля равно:

,

, где r — расстояние от заряда источника поля, а k — коэффициент пропорциональности (). Значение вектора E не может быть отрицательным, отсюда и абсолютное значение в формуле, хотя сам вектор может быть отрицательным.

Далее мы рассматриваем только центральное поле.

Имея все необходимые нам формулы, мы можем рассчитать работу внешних сил или сил поля, перемещающих заряд с постоянной скоростью q 0 из точки А в точку В в центральном поле.

Travel S в Формуле W = Q 0 E S будет равным значению сдвига Δ R = R B -R A (вектор. значения выделены жирным шрифтом). Итак:

Видно, что работа зависит от начальной и конечной точки, а не от пути, по которому движется груз q 0 . Мы говорим, что электростатическое поле является консервативным полем .

Потенциальная энергия электростатического поля

По аналогии с потенциальной энергией в гравитационном поле можно ввести понятие потенциальной энергии в электростатическом поле. Потенциальную энергию можно определить, используя понятие консервативной силы. Потенциальная энергия тела в точке А по отношению к точке В есть работа, совершаемая консервативной силой при перемещении этого тела из точки А в В. Предполагается, что точка А удалена на бесконечность, тогда 1/r А стремится к нулю при r и уходя в бесконечность.

Таким образом, каждый точечный заряд q 0 , помещенный в электростатическое поле, обладает потенциальной электростатической энергией, равной работе, которую необходимо совершить, чтобы перенести его из бесконечности в данную точку поля, не изменяя кинетической энергии этот заряд.

Используя формулу работы внешних сил в электростатическом поле, получим:

и, таким образом, опуская индекс B :

Заметим, что если заряды одного знака положительны, то потенциальная энергия положительна, а если заряды неодинаковы, то потенциальная энергия отрицательна.

Электрический потенциал

Электрический потенциал в данной точке поля есть отношение потенциальной энергии точечного заряда в данной точке к величине этого заряда.

© medianauka.pl, 2021-06-01, ART-4065


.

Формулы по физике 8 класс

Формулы по физике 8 класс

Ниже вы найдете список выкроек для восьмого класса начальной школы. Формулы сгруппированы в порядке разделов физики, обсуждаемых в уроках

С теорией представленных формул можно ознакомиться по этой ссылке:

Теория физики, обсуждаемая в 7 и 8 классе

Все выкройки из 7 класса с описанием размеров и единиц используемых в выкройке можно посмотреть по этой ссылке

Все формулы по физике 7 класс

Перечень всех конструкций 7 и 8 класса вместе с описанием их назначения можно найти по этой ссылке

Лист формул физики


Формулы по физике с 8 класса основной школы


Термодинамика.Преобразования энергии в тепловых явлениях 9000 8

Префиксы физических величин

Мы рекомендуем бесплатную программу преобразования физических единиц для загрузки на ваш смартфон или планшет с Android

Калькулятор физических единиц



Просмотр
Бесплатное приложение

Первый закон термодинамики

изменение внутренней энергии, символ: ΔE в

Зависимость касается способов изменения внутренней энергии системы (веществ, тел, составляющих физическую систему) через физические процессы, связанные с совершением работы над системой или через систему и теплообмен с окружающей средой.Тепло может подаваться в систему или система может отдавать тепло в окружающую среду

Единица: Дж- джоуль, кДж- килоджоуль, МДж- мегаджоуль

Формула удельной теплоемкости веществ

удельная теплоемкость, символ: c

Удельная теплоемкость определяет, какое количество энергии необходимо сообщить веществу, чтобы повысить температуру 1 кг данного вещества на 1 К (или 1 °С)

ед.: 1 Дж / (кг⋅К)

Образец для ввода тепла

подвод тепла, символ: Q

Извлеченное тепло представляет собой количество тепла, извлеченного из окружающей среды веществом, которое нагревается при заданном повышении температуры.Данная зависимость также позволяет рассчитать, какое количество теплоты вещество отдаст в окружающую среду при охлаждении на заданное изменение температуры

единица измерения: 1 Дж (Джоуль)

Формула теплоты плавления

теплота плавления, условное обозначение: c t

Теплота плавления – это количество теплоты, которое необходимо сообщить, чтобы превратить 1 кг твердого вещества в жидкость. Плавление происходит при постоянной температуре, характерной для каждого вещества.

Помните, что для одного и того же вещества теплота плавления равна теплоте затвердевания

Единица измерения

: 1 Дж/кг (Джоуль за килограмм)

Формула теплоты затвердевания

теплота затвердевания, условное обозначение: c k

Теплотой замерзания называется количество теплоты, которое должно отдать вещество, чтобы превратить 1 кг жидкости в твердое состояние.Свертывание происходит при постоянной температуре, характерной для каждого вещества.

Помните, что для одного и того же вещества теплота плавления равна теплоте плавления

Единица измерения

: 1 Дж/кг (Джоуль за килограмм)

Формула теплоты парообразования

теплота парообразования, условное обозначение: c p

Теплота парообразования описывает количество теплоты, которое необходимо сообщить, чтобы перевести 1 кг жидкого вещества в газообразное состояние. Испарение происходит при постоянной температуре, характерной для каждого вещества.

Помните, что для одного и того же вещества теплота парообразования равна теплоте конденсации

Единица измерения

: 1 Дж/кг (Джоуль за килограмм)

Формула для теплоты конденсации

теплота конденсации, условное обозначение: c s

Теплота конденсации характеризует количество теплоты, которое должно отдать вещество, чтобы превратить 1 кг газообразного вещества в жидкость. Конденсация происходит при постоянной температуре, характерной для каждого вещества.

Помните, что для одного и того же вещества теплота конденсации равна теплоте парообразования

Единица измерения

: 1 Дж/кг (Джоуль за килограмм)

Формулы количества энергии, обмениваемой с окружающей средой при плавлении, затвердевании

Изменение энергии, символ: ΔE

единица измерения: 1 Дж (Джоуль)

Вещество при плавлении отбирает энергию у окружающей среды, что приводит к увеличению внутренней энергии вещества. При свертывании вещество должно отдавать энергию, что в свою очередь приводит к уменьшению внутренней энергии вещества.

Если эти процессы протекают без воздействия на вещество или на вещество, то величина обменной энергии с окружающей средой определяется следующими соотношениями:

Формулы количества энергии, обмениваемой с окружающей средой при испарении, конденсации

Изменение энергии, символ: ΔE

единица измерения: 1 Дж (Джоуль)

Вещество поглощает энергию из окружающей среды при испарении, что приводит к увеличению внутренней энергии вещества. При разжижении вещество должно отдавать энергию, что в свою очередь приводит к уменьшению внутренней энергии вещества.

Если эти процессы протекают без воздействия на вещество или на вещество, то величина обменной энергии с окружающей средой определяется следующими соотношениями:

Формула теплового баланса

Для системы тел (веществ), не обменивающихся теплотой с окружающей средой, сумма теплот, отдаваемых одним телом (веществами), равна сумме теплот, поглощаемых другими телами (веществами), составляющими эту система

единица измерения: 1 Дж (Джоуль)

Электростатика и электричество

Формула силы электрического (электростатического) взаимодействия.Закон Кулона

электрическая сила, условное обозначение: F

Величина силы взаимодействия двух электрических зарядов прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату их взаимного расстояния

Единица измерения

: 1 Н (Ньютон)

Формула для электрического напряжения

электрическое напряжение, условное обозначение: U

Электрическое напряжение между двумя точками А, В электростатического поля говорит нам, какую работу совершают силы этого поля при перемещении заряда в один кулон (1Кл) между этими точками

Единица измерения

: 1 В (вольт)

Формула силы электрического тока

электрический ток, условное обозначение: I

Интенсивность электрического тока есть отношение количества электрического заряда, протекающего через поперечное сечение проводника, к времени его протекания

единица измерения: 1А (ампер)

Формула электрического сопротивления участка цепи

электрическое сопротивление, символ: R

Участок электрической цепи имеет электрическое сопротивление в один ом (1 Ом), когда на его концах приложено напряжение в один вольт (1 В), вызывающее протекание электрического тока в один ампер (1 А). Единица измерения

: 1 Ом (Ом)

Формула электрического сопротивления проводника

символ электрического сопротивления: R

Величина электрического сопротивления проводника зависит от вида материала, из которого он изготовлен, и его геометрических размеров.Чем длиннее проводник, тем больше его электрическое сопротивление. Эта зависимость прямо пропорциональна. Чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем меньше электрическое сопротивление. Эта зависимость обратно пропорциональна.

Единица измерения

: 1 Ом (Ом)

Формула работы электрического тока, необходимой для смещения электрического заряда

работа от электрического тока, символ: W

Чтобы сместить электрический заряд в электрическом поле, система должна совершить некоторую работу.Работа электрического поля, необходимая для смещения заряда после приложения напряжения (разности потенциалов), определяется произведением электрического заряда на напряжение

единица измерения: 1 Дж (Джоуль)

Формула работы электрического тока, выраженная через силу электрического тока

работа от электрического тока, символ: W

Величина работы, совершаемой электрическим током, протекающим в проводнике, равна произведению приложенного напряжения, вызывающего этот ток, на силу тока и продолжительность протекания тока

единица измерения: 1 Дж (Джоуль)

Формула мощности электрического тока

электроэнергия, условное обозначение: P

Мощность электрического тока равна произведению электрического напряжения, приложенного к элементу электрической цепи, на силу протекающего электрического тока

единица измерения: 1 Вт (ватт)

Формула эквивалентного сопротивления последовательного соединения приемников электроэнергии

эквивалентное сопротивление последовательного соединения, символ: R

Эквивалентное сопротивление последовательно соединенных резисторов равно сумме сопротивлений всех резисторов, составляющих это соединение

Единица измерения

: 1 Ом (Ом)

Формула обратной величины эквивалентного сопротивления параллельного соединения приемников электрической энергии

обратное эквивалентное сопротивление параллельного соединения, символ: 1 / R

Обратная величина эквивалентного сопротивления параллельно соединенных резисторов равна сумме обратной величины сопротивлений отдельных сопротивлений, образующих это соединение

единица измерения: 1/Ом (один на Ом)

Магнетизм

Формула для электродинамической силы

электродинамическая сила, условное обозначение: F

Соотношение позволяет рассчитать значение силы взаимодействия проводника длиной l, по которому протекает электрический ток силой I во внешнем магнитном поле с индукцией В

Единица измерения

: 1 Н (Ньютон)

Формула коэффициента трансформации по напряжению

коэффициент трансформации по напряжению

Зависимость позволяет рассчитать, какое напряжение получится на зажимах выходной (вторичной) цепи при известном соотношении витков вторичной обмотки и первичной обмотки

Формула коэффициента трансформации по току

коэффициент трансформации по току

Зависимость позволяет рассчитать силу тока, полученную на зажимах выходной (вторичной) цепи при известном соотношении витков вторичной обмотки и первичной обмотки

Формула для длины волны электромагнитного излучения

электромагнитная длина волны, символ: λ

Длина волны электромагнитной волны, посылаемой источником (передатчиком, лампочкой, звездой) с частотой f

шт.: 1 м (метр)

Оптика

Формула для угла отражения

угол отражения, символ: β

Угол отражения света – закон отражения.Угол отражения света равен углу падения света. Падающий луч, отраженный луч и луч, перпендикулярный отражающей поверхности, лежат в одной плоскости

единица измерения: 1° (градус угла)

Формула для увеличения изображения с известной высотой объекта и изображения

увеличение изображения, символ: p

Увеличение изображения, рассчитанное с известной высотой объекта и высотой изображения

Формула увеличения изображения при известных расстояниях до объекта и изображения от экрана

увеличение изображения, символ: p

Увеличение изображения, рассчитанное с известным объектом и расстоянием изображения от экрана

Формула для фокусного расстояния сферического зеркала

фокусное расстояние сферического зеркала, условное обозначение: f

Фокусное расстояние сферического зеркала равно половине радиуса кривизны сферического зеркала

шт.: 1 м (метр)

Уравнение для сферического зеркала

Формула, описывающая взаимозависимость между расстоянием предмета от зеркала, изображением от зеркала и радиусом зеркала

Формула для определения фокусной силы линз

способность к концентрации, символ: Z

Фокусирующая сила объектива связана с его фокусным расстоянием.Для собирающих (выпуклых) линз он положительный, а для рассеивающих (вогнутых) линз отрицательный

единица: 1D (диоптрий)

Физика для начальной школы: решения задач, теория, законы и формулы в физике
2010- 2020 © www.aFizyka.pl Политика конфиденциальности
Информация:

Уважаемый пользователь Интернета! Чтобы иметь возможность предоставлять вам все более качественные редакционные материалы и услуги, нам необходимо ваше согласие на адаптацию маркетингового контента к вашему поведению. Благодаря этому согласию мы можем поддерживать наши услуги.
Мы используем файлы cookie в функциональных целях, чтобы облегчить пользователям использование веб-сайта и создать анонимную статистику веб-сайта. Нам необходимо ваше согласие на их использование и сохранение в памяти устройства.
Чтобы дать согласие на профилирование, файлы cookie и ремаркетинг, вам должно быть не менее 16 лет. Отсутствие согласия никоим образом не ограничивает содержание нашего веб-сайта. Вы можете отозвать свое согласие в любое время в Политике конфиденциальности.
Мы всегда заботимся о вашей конфиденциальности.Мы не увеличиваем объем наших полномочий.

НЕТ СОГЛАСИЯ .

Смотрите также