Отбеливание зубов

Отбеливание зубов

 

Заработок для студента

Заработок для студента

 Заказать диплом

Заказать диплом

 Cкачать контрольную

Cкачать контрольную

 Курсовые работы

Курсовые работы

Репетиторы онлайн по любым предметам

Репетиторы онлайн по любым предметам

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Магазин студенческих работ

Магазин студенческих работ

Диссертации на заказ

Диссертации на заказ

Заказать курсовую работу или скачать?

Заказать курсовую работу или скачать?

Эссе на заказ

Эссе на заказ

Банк рефератов и курсовых

Банк рефератов и курсовых

Курс лекций по физике Основы специальной теории относительности (СТО) Основы классической динамики Законы Ньютона в классической механике

Электростатика

Свойства электрических зарядов. Закон Кулона.

 Мы приступаем к более подробному рассмотрению очередного фундаментального физического взаимодействия – электромагнитного. Существование электромагнитных сил известно человечеству несколько тысячелетий. Ещё древние греки ввели термин «электрон» («янтарь», «способный притягивать к себе»). «Магнит», «магнетизм» – эти термины получили своё название от минерала Fe3O4, обладающий «природным» магнетизмом. Он же, в свою очередь, получил название от древнего города Магнезия в Малой Азии, где он был найден и описан.

 Один из главных носителей электрического заряда – электрон – был надежно установлен Джозефом Джоном Томсоном («Джи – Джи»), известнейшим английским физиком конца 19 – начала 20-го веков. По модели Томсона, электроны входят в состав атомов, каждый из которых представляет капельку жидкости, в которой «плавают» отрицательные частицы-электроны. Колебательное движение электронов порождает свет, электромагнитное излучение. Свойства электрона, конкретно удельный заряд, т.е. отношение заряда к массе он измерил в опытах с катодными лучами в 1897 году. Томсон показал, что масса электрона в 1837 раз меньше массы атома водорода. В 1906 году Томсон был награжден Нобелевской премией.

 Величина элементарного заряда измерена в 1909 году Милликеном. Схема опыта представлена на рис. 15.1.

Рис.15.1. Принципиальная схема опытов Милликена

 Основной частью прибора является тщательно изготовленный плоский конденсатор, пластины которого присоединяются к источнику напряжения в несколько тысяч вольт. Напряжение между пластинами можно изменять и точно измерять. Мелкие капельки масла, получаемые с помощью специального пульверизатора, попадают через отверстие в верхней пластине в пространство между пластинами. Движение отдельной капельки масла наблюдают в микроскоп. Конденсатор заключен в защитный кожух, поддерживаемый при неизменной температуре, предохраняющей капельки от конвекционных токов воздуха.

Капельки масла при распылении заряжаются, и поэтому на каждую капельку действуют три силы: сила тяжести, сила Архимеда и сила, вызванная электрическим полем. Подбирая должным образом знак и величину заряда на пластинах конденсатора, можно добиться движения капельки вниз, вверх или заставить её покоиться. Самым удобным оказалось не уравновешивать капельку и испытывать трудности с измерением диаметра капелек (для определения её массы и величины силы Архимеда), а измерять скорости капелек в поле известной напряженности.

В опытах Милликена сначала определяли заряд капельки qo, полученный ею при распылении. Затем в пространстве между обкладками создавались ионы, для чего воздух в конденсаторе подвергался действию рентгеновских лучей, ультрафиолетовых лучей или излучения радиоактивных препаратов. Ионы оседали на капельку, ее заряд изменялся и принимал новые значения q1, q2, и т. д., а скорость движения скачкообразно изменялась. Сравнивая затем между собой найденные величины зарядов, а также их изменения (q1 - qo), (q2 – q1),…, можно было определить общий наибольший делитель этих количеств, который, очевидно, и является элементарным зарядом (подробнее см. С.Г.Калашников, «Электричество»-М., «Наука», 1970, с.350-352).

Наряду с рассмотренным, существуют и другие методы определения элементарного заряда. На основании сопоставления всех экспериментальных данных в настоящее время считают, что точное значение элементарного заряда равно е =1,602.10-19 кулонов.

  Из ранее известного отношения q/m нашли массу электрона, она оказалась равной me = 9,1×10-31 кг.

 В конце двадцатых годов ХХ века Эрнст Резерфорд ввел понятие «протон» (от греческого «протос» – первый, в смысле «первичный») – стабильная элементарная частица с положительным зарядом qp = +1,6×10-19Кл и массой mp = 1,672×10-27 кг, то-есть

mp»1836me.

  В значительной мере стараниями этих физиков, а также Нильса Бора и их многочисленных учеников установлена принятая сейчас картина мира: все материальные тела в природе состоят из атомов. Каждый атом состоит из ядра и электронов, причем число электронов в нейтральном атоме точно равно количеству протонов в ядре. Таким образом, всё окружающее состоит из невообразимо большого числа электрически заряженных частиц. Грубая численная оценка дает, что в человеческом теле массой 100 кг содержится около 3×1028 протонов (считаем, что масса состоит из равного числа протонов и нейтронов, пренебрегая «участием» в массе электронов). Значит таково же и количество электронов. Общий положительный (и отрицательный) заряд достигает »5×109 Кл.

 Опытным путем установлены следующие свойства электрического заряда:

Существуют положительные и отрицательные заряды, т.е. электрический заряд не является знакоопредленной величиной.

Электрический заряд - величина инвариантная. Он не изменяется при движении носителя заряда.

Электрический заряд аддитивен: заряд любой системы всегда равен сумме зарядов частиц, составляющих систему.

Все электрические заряды кратны элементарному е. Это свойство иначе называется квантованностью электрического заряда. Любой макроскопический заряд может быть представлен в виде Q = ±N×e, причем N – обязательно целое число. Попытки отыскания в свободном состоянии зарядов, меньших е к успеху пока не привели. Однако в науке «Квантовая хромодинамика» анализируется строение элементарных частиц и считается, что в состав частиц входят частицы «кварки» с дробными зарядами –1/3е, –2/3е, +1/3е, +2/3е. Попытка «оторвать» связанные глюонными силами кварки друг от друга приводит к лавинообразному рождению обычных заряженных и электронейтральных частиц…

Выполняется закон сохранения электрического заряда – «суммарный электрический заряд изолированной физической системы сохраняется». Электрические заряды появляются и исчезают попарно.

6. Электрические заряды взаимодействуют друг с другом в соответствии с законом Кулона.

Величина силы взаимодействия двух зарядов в вакууме равна

 (15.1)

а в диэлектрической среде она равна:

 (15.2)

где  константа, называемая “диэлектри-ческая постоянная”. Величина «e» называется диэлектрической проницаемостью среды, для всех веществ в природе она больше 1.

 Электростатические силы, в отличие от гравитационного притяжения, симметричны: возможны как силы отталкивания между одноименными зарядами, так и силы притяжения между разноименными.

  Таким образом, электрическому заряду может быть предпослано такое определение:

  Электрический заряд является физической величиной, определяющей интенсивность электромагнитных взаимодействий.

Отметим еще, что все перечисленные свойства 1-6 являются фундаментальными законами и не выводятся из других физических законов..

Простота основных принципов, теории линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами обусловила большую разработанность теории линейных колебаний, общность формулировок ее законов и их физическую наглядность. Свойство линейности дифференциальных операторов, интерпретируемое как принцип суперпозиции колебаний, позволили сводить исследование влияния произвольных приложенных сил на линейную колебательную систему к исследованию влияния сил простейшего типа, гармонически зависящих от времени. Тем самым выработался "спектральный" подход к колебательным процессам, получившим громадное значение и вне теории колебаний в собственном смысле.
Основы термодинамики