Электрический заряд и его свойства

Электрический заряд и его свойства

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая способность тел вступать в электромагнитные взаимодействия.

Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q. В системе СИ электрический заряд измеряется в Кулонах (Кл). Свободный заряд в 1 Кл – это гигантская величина заряда, практически не встречающаяся в природе. Как правило, Вам придется иметь дело с микрокулонами (1 мкКл = 10^(–6) Кл), нанокулонами (1 нКл = 10^(–9) Кл) и пикокулонами (1 пКл = 10^(–12) Кл).

Электрический заряд обладает следующими свойствами:

1. Электрический заряд является видом материи.
   Прим.редактора: строго говоря, особый вид материи — электрическое поле, но, как Вы знаете, оно также создаётся электрическим зарядом.

2. Электрический заряд не зависит от движения частицы и от её скорости.

3. Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.

4. Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.

5. Все заряды взаимодействуют друг с другом. При этом одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. Силы взаимодействия зарядов являются центральными, то есть лежат на прямой, соединяющей центры зарядов.

6. Существует минимально возможный (по модулю) электрический заряд, называемый элементарным зарядом.

e = 1,602177·10^(–19) Кл ≈ 1,6·10^(–19) Кл.

Электрический заряд любого тела всегда кратен элементарному заряду:

где: N – целое число. Обратите внимание, невозможно существование заряда, равного 0,5е; 1,7е; 22,7е и так далее. Физические величины, которые могут принимать только дискретный ряд значений, называются квантованными. Элементарный заряд e является квантом (наименьшей порцией) электрического заряда.

7. Закон сохранения электрического заряда. В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной:

Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака. Из закона сохранения заряда так же следует, если два тела одного размера и формы, обладающие зарядами q1 и q2 (совершенно не важно какого знака заряды), привести в соприкосновение, а затем обратно развести, то заряд каждого из тел станет равным:

С современной точки зрения, носителями зарядов являются элементарные частицы. Все обычные тела состоят из атомов, в состав которых входят положительно заряженные протоны, отрицательно заряженные электроны и нейтральные частицы – нейтроны. Протоны и нейтроны входят в состав атомных ядер, электроны образуют электронную оболочку атомов. Электрические заряды протона и электрона по модулю в точности одинаковы и равны элементарному (то есть минимально возможному) заряду e.

В нейтральном атоме число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке. Это число называется атомным номером. Атом данного вещества может потерять один или несколько электронов, или приобрести лишний электрон. В этих случаях нейтральный атом превращается в положительно или отрицательно заряженный ион. Обратите внимание, что положительные протоны входят в состав ядра атома, поэтому их число может изменяться только при ядерных реакциях. Очевидно, что при электризации тел ядерных реакций не происходит. Поэтому в любых электрических явлениях число протонов не меняется, изменяется только число электронов. Так, сообщение телу отрицательного заряда означает передачу ему лишних электронов. А сообщение положительного заряда, вопреки частой ошибке, означает не добавление протонов, а отнимание электронов. Заряд может передаваться от одного тела к другому только порциями, содержащими целое число электронов.

Иногда в задачах электрический заряд распределен по некоторому телу. Для описания этого распределения вводятся следующие величины:

1. Линейная плотность заряда. Используется для описания распределения заряда по нити:

где: L – длина нити. Измеряется в Кл/м.

2. Поверхностная плотность заряда. Используется для описания распределения заряда по поверхности тела:

где: S – площадь поверхности тела. Измеряется в Кл/м2.

3. Объемная плотность заряда. Используется для описания распределения заряда по объему тела:

где: V – объем тела. Измеряется в Кл/м3.

Обратите внимание на то, что масса электрона равна:

А пока на этом всё. Любите физику и вам станет легче жить!

Электрический заряд и его свойства. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Диэлектрическая проницаемость и ее физический смысл

Электростатика –это раздел физики, в котором изучается взаимодействие и свойства систем электрических зарядов, неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отсчета. В основе всего разнообразия явлений природы лежат четыре фундаментальных взаимодействия между элементарными частицами

• гравитационное,
• электромагнитное,
• слабое,
• сильное.

Электрический заряд – носитель электромагнитного взаимодействия. Фундаментальные свойства зарядов 1. Электрический заряд может быть двух типов: положительный (при трении кожи о стекло) и отрицательный (при трении меха с эбонитом). Тела, имеющие электрические заряды одного знака, отталкиваются друг от друга, тела с зарядами противоположных знаков – притягиваются. 2. Носителями электрического заряда являются заряженные элементарные частицы с элементарным зарядом(Кулон – единица электрического заряда в СИ) протон – носитель положительного заряда (+e), (m_p=1,6710 -27 кг ); электрон – носитель отрицательного заряда (–e), (m_e=9,1110 -31 кг ). Заряд любого другого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда. 3. Фундаментальный закон сохранения электрического заряда (выполняется в любых процессах рождения и уничтожения элементарных частиц): в любой электрически изолированной системе алгебраическая сумма зарядов не изменяется. 4. Электрический заряд является релятивистcки инвариантным: его величина не зависит от системы отсчета, а значит, не зависит от того, движется он или покоится. Итак, зарядить тело положительно – значить отнять у него определенное число электронов, а зарядить отрицательно – сообщить телу определенное число лишних электронов. Отметим, что заряды тел порядка 1 нКл = 10 -9 Кл можно считать уже весьма значительными. Для того чтобы тело имело такой заряд, число электронов в нем должно отличаться от числа протонов на ! штук. Классификация тел в зависимости от концентрации свободных зарядов

1. Проводники (тела со свободным перемещением зарядов по всему объему);
   1. ПроводникиIрода – металлы (заряды перемещаются без химических превращений);
   2. ПроводникиIIрода – электролиты (перемещение зарядов сопровож­дает­ся химическими превращениями);
2. Полупроводники (тела с ограниченным перемещением зарядов);
3. Диэлектрики (тела, в которых практически отсутствуют свободные заряды);

Единица электрического заряда Кулон – производная от единицы силы тока, это электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с (1Кл=1А1с).

Закон Кулона. Диэлектрическая проницаемость и ее физический смысл

Рис. 1. Схема взаимо­дей­ствия точечных зарядов Закон Кулона – закон о взаимодействии точечных зарядов: сила взаимодействия F двух неподвижных точечных зарядов q₁ и q₂ в вакууме направлена вдоль линии, соединяющей оба заряда, прямо пропорциональна величинам этих зарядов и обратно пропор­ци­ональна квадрату расстояния между ними: , (1) где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц измерения. В системе СИ , — электрическая постоянная. Сила F называется кулоновской силой, она является силой притяжения, если заряды имеют разные знаки (рис.1), и силой отталкивания, если заряды одного знака. Если электрические заряды поместить внутрь диэлектрика, то сила электрического взаимодействия уменьшается в соответствии с выражением: , (2) где — диэлектрическая проницаемость среды, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия точечных зарядов в диэлектрике меньше силы их взаимодействия в вакууме. Значения диэлектрической проницаемости для некоторых веществ

№ пп	Вещество	
1	Вода	81,0
2	Слюда	7,0
3	Стекло	7,0
4	Трансформаторное масло	2,2
5	Парафин	2,0

электрический заряд и его свойство!!

Электри́ческий заря́д — это связанное с телом свойство, позволяющее ему быть источником электрического поля и участвовать в электромагнитных взаимодействиях. Заряд является количественной характеристикой. Единица измерения заряда в СИ — кулон — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время 1с. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году. Заряд в один кулон очень велик. Если бы два носителя заряда (q1 = q2 = 1Кл) расположили в вакууме на расстоянии 1 м, то они взаимодействовали бы с силой 9×109 H.Свойства электрического заряда

Заряд бывает двух видов, называемых положительным и отрицательным:

заряды одного вида отталкиваются друг от друга, заряды разных видов — притягиваются, причем сила отталкивания равна по модулю силе притягивания;

число положительных и отрицательных зарядов во Вселенной одинаковое.

Полный электрический заряд изолированной системы сохраняется. Закон Кулона и пpинцип супеpпозиции полей. Электpостатика лекции и конспекты по физике

Электрический заряд релятивистски инвариантен, т. е. его величина не зависит от скорости системы отсчета, как бы велика она ни была.

Величина заряда может принимать только дискретные значения:

минимальный заряд частицы e = 1.60·1019 Кл;

любой заряд q кратен минимальному, т. е. q=Ne, где N — целое число;

минимальные положительный и отрицательный заряды равны по абсолютной величине.

Что такое электрический заряд

Многие из тех физических явлений, которые мы наблюдаем в природе, невозможно объяснить, исходя из законов механики или молекулярно-кинетической теории. Одним из них является электрический заряд. О нем было известно еще древним грекам, но изучение началось лишь в конце восемнадцатого века, и пока нет окончательного объяснения природы существования заряженных частиц.

Понятие электрозаряда

Природа электрического заряда

Любое тело состоит из микрочастиц, которые уже не делятся на еще меньшие. Эти частицы называются элементарными. У них есть масса, поэтому они подчиняются закону всемирного тяготения, что проявляется в их притягивании друг к другу. Но большинство элементарных частиц способно взаимодействовать между собой с силой, значительно превосходящей силу тяготения. Это свидетельствует о том, что они имеют физическое свойство, которое называется электрическим зарядом. Сами частицы при этом являются заряженными или носителями заряда.

Свойства элементарных частиц

В природе есть микрочастицы без электрического заряда, но не существует электрического заряда без микрочастицы. Электрический заряд невозможно представить, как особый механизм, имеющийся в микрочастице, который можно удалить из нее, разложить на отдельные элементы и опять собрать. Его наличие свидетельствует лишь о существовании определенных взаимодействий между частицами или телами.

Взаимодействия между носителями зарядов называют электромагнитными. Вот почему электрический заряд является физической величиной, отображающей интенсивность электромагнитных взаимодействий.

Электрозаряд — физическая величина

Электрический заряд обозначается буквой английского алфавита q или Q, а измеряется в кулонах (Кл). Эта единица измерения получила свое название в честь великого физика Шарля-Огюстена де Кулона. Она показывает, какое количество зарядов проходит за одну секунду через сечение проводника, когда по нему протекает ток 1 ампер.

Виды зарядов

В физике выделяют два вида электрических зарядов: положительные и отрицательные. Частицы с противоположными знаками всегда стремятся сблизиться, а одноименные заряды расходятся в противоположные стороны.

Взаимодействие ЭЗ

Если в определенном объеме присутствует несколько заряженных частиц, тогда они подчиняются принципу суперпозиции. Основываясь на этом принципе, ученые пришли к выводу, что при наличии в замкнутой системе определенного количества зарядов между всеми телами действуют установившиеся электростатические силы. Поэтому потенциал в любой точке этой системы равен сумме потенциалов, созданных каждым приложенным зарядом.

Принцип суперпозиции

Что собой представляет элементарный заряд

Изучая электрический заряд и его свойства, виды, ученые поняли, что существует наименьшая его порция. Ее назвали элементарным зарядом и обозначили буквой е. Поэтому всякий заряд q представляет собой совокупность зарядов е. Электрический элементарный заряд очень мал. Его величина составляет всего 1.6 * 10 -19 Кл.

Значение элементарного заряда

Элементарный положительный заряд переносится микрочастицами, получившими название «протон», а отрицательный электронами. Атом становится нейтрально заряженным, если носители двух видов зарядов присутствуют в нем в одинаковом количестве. Если к нему присоединяется лишний электрон, он превращается в отрицательно заряженный ион, а если протон, то в положительно заряженный. Оторвавшиеся от атомов электроны могут перемещаться между атомами. Следовательно, электроны, положительные и отрицательные ионы могут присутствовать в веществе как свободные заряды. Наличие таких зарядов является одним из условий появления электрического тока.

В электрически нейтральных макроскопических телах в равном количестве присутствует как положительный, так и отрицательный заряд. Тело можно зарядить за счет создания в нем избытка микрочастиц с зарядом какого-то одного вида.

Основные свойства заряда

Выявлением сущности электрического заряда занимались многие выдающиеся ученые. Это Дюфе, Стони, Гальвани, Франклин, Томсон, Вольта, Фарадей, Максвелл, Лоренц, Тесла, Кулон, Эдисон. В ходе их экспериментов были установлены такие основные свойства, как аддитивность, дискретность, инвариантность, независимость от скорости перемещения заряженной микрочастицы и подчинение закону сохранения.

Свойства ЭЗ

Закон Кулона

Каждый заряд создает в пространстве, окружающем его, электрическое поле, которое оказывает действие на другие заряды. То есть, взаимодействие зарядов происходит не за счет их непосредственного действия друг на друга, а за счет полей, окружающих их. Покоящийся (не перемещающийся) электрический заряд, создает вокруг себя электростатическое поле. Оно взаимодействует с полем другого покоящегося заряда с силой, существование которой было доказано Кулоном. В 1785 году он впервые воспользовался понятием электрический заряд и сформулировал закон, являющийся теперь основным законом электростатики.

Формулировка закона Кулона

Когда электрические заряды начинают двигаться, вокруг них возникает электромагнитное поле. Теория электромагнитных волн появилась в результате многовековой дискуссии о природе электричества и теперь является основой электротехники.

Обнаружить и измерить электрический заряд можно с помощью прибора, который называется электроскопом.