Az elektromosság negatív töltése. Mi az Erő? Az erők osztályozása

A newtoni mechanikában a test gravitációs tömegének fogalmához hasonlóan az elektrodinamikában a töltés fogalma az elsődleges, alapfogalom.

Elektromos töltés Olyan fizikai mennyiség, amely a részecskék vagy testek azon tulajdonságát jellemzi, hogy elektromágneses erőkölcsönhatásba lépnek.

Az elektromos töltést általában betűk jelölik q vagy K.

Az összes ismert kísérleti tény összessége lehetővé teszi, hogy a következő következtetéseket vonjuk le:

Kétféle elektromos töltés létezik, hagyományosan pozitív és negatív.

A töltések átvihetők (például közvetlen érintkezéssel) egyik testről a másikra. A testtömegtől eltérően az elektromos töltés nem egy adott test szerves jellemzője. Ugyanaz a test különböző körülmények között eltérő töltéssel rendelkezhet.

Mint a töltések taszítanak, ellentétben a töltések vonzzák. Ez is rávilágít az elektromágneses és a gravitációs erők közötti alapvető különbségre. A gravitációs erők mindig vonzó erők.

A természet egyik alapvető törvénye a kísérletileg megállapított az elektromos töltés megmaradásának törvénye .

Izolált rendszerben az összes test töltéseinek algebrai összege állandó marad:

Az elektromos töltés megmaradásának törvénye kimondja, hogy a testek zárt rendszerében nem figyelhetők meg egyetlen előjelű töltések keletkezésének vagy eltűnésének folyamatai.

Modern szemmel nézve a töltéshordozók elemi részecskék. Minden közönséges test atomokból áll, amelyek tartalmaznak pozitív töltésű protonokat, negatív töltésű elektronokat és semleges részecskéket - neutronokat. A protonok és a neutronok az atommag részei, az elektronok az atomok elektronhéját alkotják. Egy proton és egy elektron elektromos töltése pontosan azonos nagyságú és egyenlő az elemi töltéssel e.

Semleges atomban az atommagban lévő protonok száma megegyezik a héjban lévő elektronok számával. Ezt a számot hívják atomszám . Egy adott anyag atomja elveszíthet egy vagy több elektront, vagy további elektront nyerhet. Ezekben az esetekben a semleges atom pozitív vagy negatív töltésű ionná alakul.

A töltést csak egész számú elemi töltést tartalmazó részekben lehet egyik testről a másikra átvinni. Így egy test elektromos töltése diszkrét mennyiség:

Azokat a fizikai mennyiségeket, amelyek csak diszkrét értéksorozatot vehetnek fel, nevezzük kvantált . Elemi töltés e az elektromos töltés kvantuma (legkisebb része). Meg kell jegyezni, hogy az elemi részecskék modern fizikájában úgynevezett kvarkok létezését feltételezik - frakcionált töltésű részecskék és A kvarkokat azonban még nem figyelték meg szabad állapotban.

A gyakori laboratóriumi kísérletekben a elektrométer ( vagy elektroszkóp) - egy fémrúdból és egy vízszintes tengely körül forgatható mutatóból álló eszköz (1.1.1. ábra). A nyílrúd el van szigetelve a fém testtől. Amikor egy feltöltött test érintkezik az elektrométer rúdjával, az azonos előjelű elektromos töltések eloszlanak a rúdon és a mutatón. Az elektromos taszító erők hatására a tű egy bizonyos szögben elfordul, ami alapján megítélhető az elektrométer rúdjára átvitt töltés.

Az elektrométer meglehetősen durva műszer; nem teszi lehetővé a töltések közötti kölcsönhatási erők tanulmányozását. Az álló töltések kölcsönhatásának törvényét először Charles Coulomb francia fizikus fedezte fel 1785-ben. Kísérleteiben Coulomb egy általa tervezett eszköz – egy torziós mérleg – segítségével mérte meg a töltött golyók vonzási és taszító erejét (1.1.2. ábra). , amelyet rendkívül magas érzékenység jellemez. Például a mérleggerenda 1°-kal elfordult 10-9 N nagyságrendű erő hatására.

A mérések ötlete Coulomb zseniális sejtésén alapult, miszerint ha egy töltött golyót pontosan ugyanazzal a töltetlennel hoznak érintkezésbe, akkor az első töltete egyenlően oszlik meg közöttük. Így módot jeleztek a labda töltésének kétszer, három stb. megváltoztatására. Coulomb kísérleteiben olyan golyók közötti kölcsönhatást mérték, amelyek mérete jóval kisebb volt, mint a köztük lévő távolság. Az ilyen töltött testeket általában ún pontdíjak.

Pontdíj töltött testnek nevezzük, melynek méretei e probléma körülményei között elhanyagolhatók.

Számos kísérlet alapján Coulomb a következő törvényt állapította meg:

Az álló töltések közötti kölcsönhatási erők egyenesen arányosak a töltésmodulusok szorzatával, és fordítottan arányosak a köztük lévő távolság négyzetével:

A kölcsönhatási erők engedelmeskednek Newton harmadik törvényének:

Ugyanolyan töltésjelű taszítóerőkről és különböző előjelű vonzóerőkről van szó (1.1.3. ábra). Az álló elektromos töltések kölcsönhatását ún elektrosztatikus vagy Coulomb kölcsönhatás. Az elektrodinamika azon ágát, amely a Coulomb-kölcsönhatást vizsgálja, ún elektrosztatika .

A Coulomb-törvény ponttöltésű testekre érvényes. A gyakorlatban a Coulomb-törvény akkor teljesül, ha a töltött testek mérete sokkal kisebb, mint a köztük lévő távolság.

Arányossági tényező k a Coulomb-törvényben az egységrendszer megválasztásától függ. A Nemzetközi SI-rendszerben a töltés mértékegysége a következő medál(Cl).

Medál egy töltés, amely 1 s alatt halad át egy vezető keresztmetszetén 1 A áramerősség mellett. Az áram mértékegysége (Amper) SI-ben a hossz, az idő és a tömeg egységeivel együtt alap mértékegység.

Együttható k az SI rendszerben általában így írják:

Ahol - elektromos állandó .

Az SI rendszerben az elemi töltés e egyenlő:

A tapasztalat azt mutatja, hogy a Coulomb-kölcsönhatási erők engedelmeskednek a szuperpozíció elvének:

Ha egy töltött test egyidejűleg több töltött testtel lép kölcsönhatásba, akkor az adott testre ható erő egyenlő az összes többi töltött testből erre a testre ható erők vektorösszegével.

Rizs. Az 1.1.4 három töltött test elektrosztatikus kölcsönhatásának példáján keresztül magyarázza a szuperpozíció elvét.

A szuperpozíció elve a természet alapvető törvénye. Használata azonban némi körültekintést igényel, ha véges méretű töltött testek (például két vezető töltött golyó, 1 és 2) kölcsönhatásáról beszélünk. Ha egy harmadik töltött golyót egy két töltött golyóból álló rendszerbe viszünk, akkor az 1 és 2 közötti kölcsönhatás megváltozik díj újraelosztása.

A szuperpozíció elve kimondja, hogy mikor adott (fix) díjeloszlás minden testen a két test közötti elektrosztatikus kölcsönhatás erői nem függenek más töltött testek jelenlététől.

A természetben előforduló fizikai folyamatokat nem mindig magyarázzák a molekuláris kinetikai elmélet, a mechanika vagy a termodinamika törvényei. Vannak olyan elektromágneses erők is, amelyek távolról hatnak, és nem függenek a test tömegétől.

Megnyilvánulásukat először az ókori görög tudósok munkái írták le, amikor a gyapjúra dörzsölt borostyánnal vonzották magukhoz az egyes anyagok könnyű, apró részecskéit.

A tudósok történelmi hozzájárulása az elektrodinamika fejlődéséhez

A borostyánnal végzett kísérleteket egy angol kutató részletesen tanulmányozta William Gilbert. A 16. század utolsó éveiben jelentést készített munkájáról, és az „elektromosan” kifejezéssel jelölte meg azokat a tárgyakat, amelyek távolról képesek más testeket vonzani.

Charles Dufay francia fizikus ellentétes előjelű töltések létezését állapította meg: némelyik üvegtárgyak súrlódása a selyemszöveten, mások gyanta gyapjún keletkeztek. Így nevezte őket: üveg és gyanta. A kutatás befejezése után Benjamin Franklin Bevezették a negatív és pozitív töltés fogalmát.

Charles Coulomb felismerte a töltések erejének mérésének lehetőségét saját találmánya szerinti torziós mérlegekkel.

Robert Millikan kísérletsorozat alapján megállapította bármely anyag elektromos töltéseinek diszkrét jellegét, bizonyítva, hogy bizonyos számú elemi részecskéből állnak. (Nem tévesztendő össze ennek a kifejezésnek egy másik fogalmával - a töredezettség, a folytonossági hiány.)

E tudósok munkái szolgálták az elektromos töltések által létrehozott elektromos és mágneses terekben lezajló folyamatokról és jelenségekről szóló, elektrodinamikával vizsgált modern ismeretek alapjául, valamint azok mozgását.

A töltések meghatározása és kölcsönhatásuk elve

Az elektromos töltés az anyagok azon tulajdonságait jellemzi, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy elektromos mezőket hozzanak létre, és kölcsönhatásba léphessenek az elektromágneses folyamatokban. Ezt elektromosság mennyiségének is nevezik, és fizikai skaláris mennyiségként definiálják. A töltés jelölésére a „q” vagy a „Q” szimbólumokat használják, a méréseknél pedig a „Coulomb” mértékegységet használják, amelyet az egyedülálló technikát kidolgozó francia tudósról neveztek el.

Létrehozott egy eszközt, amelynek testében vékony kvarcszálra felfüggesztett golyókat használtak. A térben meghatározott módon tájékozódtak, és helyzetüket egy fokozatos skálához viszonyítva, egyenlő osztásokkal rögzítették.

A fedélen lévő speciális lyukon keresztül egy további golyót vittek ezekhez a labdákhoz további töltéssel. A kialakuló kölcsönhatási erők hatására a golyók elhajoltak és elfordították a lengőkarjukat. A töltés bevezetése előtti és utáni skálán a leolvasások különbségének nagysága lehetővé tette a vizsgált mintákban lévő elektromosság mennyiségének becslését.

Az 1 coulomb töltést az SI rendszerben az jellemzi, hogy egy vezető keresztmetszetén 1 amperes áram halad át 1 másodperc alatt.

A modern elektrodinamika az összes elektromos töltést a következőkre osztja:

pozitív;

negatív.

Amikor kölcsönhatásba lépnek egymással, erőket fejlesztenek ki, amelyek iránya a meglévő polaritástól függ.

Az azonos típusú, pozitív vagy negatív töltések mindig ellentétes irányba taszítanak, igyekeznek a lehető legtávolabb kerülni egymástól. Az ellentétes előjelű töltések pedig olyan erőkkel bírnak, amelyek közelebb hozzák őket egymáshoz és egy egésszé egyesítik őket.

Szuperpozíció elve

Ha egy bizonyos térfogatban több töltés van, akkor a szuperpozíció elve vonatkozik rájuk.

Jelentése az, hogy minden egyes töltés egy bizonyos módon, a fentebb tárgyalt módszer szerint kölcsönhatásba lép az összes többivel, vonzzák a különböző típusúak, és taszítják az azonos típusúak. Például egy q1 pozitív töltésre hatással van az F31 vonzási erő a q3 negatív töltésre és az F21 taszító erő a q2-ről.

A q1-re ható F1 erőt az F31 és F21 vektorok geometriai összeadása határozza meg. (F1= F31+ F21).

Ugyanezt a módszert alkalmazzuk a q2 és q3 töltésekre fellépő F2 és F3 erők meghatározására.

A szuperpozíció elvét felhasználva arra a következtetésre jutottunk, hogy egy zárt rendszerben bizonyos számú töltés esetén az összes test között állandó elektrosztatikus erők hatnak, és a tér bármely meghatározott pontjában a potenciál egyenlő az összes töltésből származó potenciálok összegével. egyedileg felszámított díjak.

Ezeknek a törvényeknek a hatását megerősítik a létrehozott elektroszkóp és elektrométer készülékek, amelyek általános működési elve vannak.

Az elektroszkóp két egyforma vékony fólialapátból áll, amelyeket egy fémgolyóhoz erősített vezető szál egy elszigetelt térben felfüggeszt. Normál állapotban a töltések nem hatnak erre a labdára, így a szirmok szabadon lógnak a készülék izzójának belsejében.

Hogyan lehet töltést átvinni a testek között?

Ha egy feltöltött testet, például egy botot viszünk az elektroszkóp golyójához, a töltés egy vezető szálon keresztül jut el a golyón a szirmokhoz. Ugyanazt a töltést kapják, és az alkalmazott villamos energia mennyiségével arányos szögben kezdenek távolodni egymástól.

Az elektrométernek ugyanaz az alapkészüléke, de vannak apró eltérései: az egyik szirom tartósan rögzítve van, a másik pedig abból nyúlik ki, és egy nyíllal van felszerelve, amely lehetővé teszi a leolvasást egy fokozatos skáláról.

A távoli, álló és töltött testről egy elektrométerre történő töltés átviteléhez használhat köztes hordozókat.

Az elektrométerrel végzett méréseknek nincs nagy pontossági osztálya, és ezek alapján nehéz elemezni a töltések között ható erőket. A Coulomb-torziós mérlegek alkalmasabbak a vizsgálatukra. Olyan golyókat használnak, amelyek átmérője lényegesen kisebb, mint a távolságuk egymástól. Ponttöltések tulajdonságaival rendelkeznek - feltöltött testek, amelyek méretei nem befolyásolják a készülék pontosságát.

A Coulomb által végzett mérések megerősítették azt a feltételezését, hogy a ponttöltés egy töltött testről egy ugyanolyan tulajdonságú és tömegű, de töltés nélküli testre kerül át úgy, hogy egyenletesen oszlik el közöttük, és a töltésnél kétszeresére csökken. forrás. Így a töltés mértéke kétszer, háromszor vagy más alkalommal csökkenthető volt.

Az álló elektromos töltések között fellépő erőket Coulombnak vagy statikus kölcsönhatásnak nevezzük. Ezeket az elektrosztatika vizsgálja, amely az elektrodinamika egyik ága.

Az elektromos töltéshordozók fajtái

A modern tudomány a legkisebb negatív töltésű részecskét az elektronnak, a pozitront pedig a legkisebb pozitív töltésű részecskének tekinti. Tömegük azonos 9,1·10-31 kg. Az elemi részecske protonjának csak egy pozitív töltése van, tömege 1,7·10-27 kg. A természetben a pozitív és negatív töltések száma egyensúlyban van.

A fémekben az elektronok mozgása hoz létre, a félvezetőkben pedig töltéseinek hordozói az elektronok és a lyukak.

A gázokban az áramot az ionok - töltött nem elemi részecskék (atomok vagy molekulák) pozitív töltésű, úgynevezett kationok vagy negatív töltésű - anionok mozgása hozza létre.

Az ionok semleges részecskékből képződnek.

Pozitív töltést az a részecske hoz létre, amely erős elektromos kisülés, fény vagy radioaktív besugárzás, széláramlás, víztömegek mozgása vagy számos egyéb ok hatására elveszített egy elektront.

A negatív ionok semleges részecskékből képződnek, amelyek ráadásul elektront is kaptak.

Az ionizáció alkalmazása orvosi célokra és a mindennapi életben

A kutatók már régóta észrevették, hogy a negatív ionok hatással vannak az emberi szervezetre, javítják a levegő oxigénfogyasztását, gyorsabban juttatják el a szövetekhez és sejtekhez, és felgyorsítják a szerotonin oxidációját. Mindez együtt jelentősen javítja az immunitást, javítja a hangulatot és enyhíti a fájdalmat.

Az első ionizátort, amelyet emberek kezelésére használnak, az úgynevezett Chizhevsky csillárok, a szovjet tudós tiszteletére, aki megalkotta az emberi egészségre jótékony hatású készüléket.

A modern háztartási elektromos készülékekben megtalálhatók a beépített ionizátorok porszívókban, párásítókban, hajszárítókban, szárítógépekben...

A speciális légionizátorok tisztítják a levegőt és csökkentik a por és a káros szennyeződések mennyiségét.

A vízionizátorok csökkenthetik a kémiai reagensek mennyiségét az összetételében. Medencék és tavak tisztítására használják, a vizet réz- vagy ezüstionokkal telítik, amelyek csökkentik az algák szaporodását és elpusztítják a vírusokat és baktériumokat.

Elektromos töltés– a testek elektromágneses kölcsönhatásba lépő képességét jellemző fizikai mennyiség. Coulombban mérve.

Elemi elektromos töltés– az elemi részecskék minimális töltése (proton- és elektrontöltés).

A testnek töltése van, azt jelenti, hogy több vagy hiányzó elektronja van. Ez a díj ki van jelölve q=ne. (ez egyenlő az elemi töltések számával).

Villamosítsa a testet– elektronfelesleget és hiányt hoz létre. Mód: súrlódással történő villamosításÉs villamosítás kontaktussal.

Pont hajnal d a test töltése, amely anyagi pontnak tekinthető.

Teszt töltés() – pont, kis töltés, mindig pozitív – az elektromos tér vizsgálatára szolgál.

A töltés megmaradásának törvénye:egy elszigetelt rendszerben az összes test töltéseinek algebrai összege állandó marad, ha ezek a testek egymással kölcsönhatásba lépnek..

Coulomb törvénye:a két ponttöltés közötti kölcsönhatási erők arányosak e töltések szorzatával, fordítottan arányosak a köztük lévő távolság négyzetével, a közeg tulajdonságaitól függenek és a középpontjukat összekötő egyenes mentén irányulnak.

, Ahol
F/m, Cl 2 /nm 2 – dielektrikum. gyors. vákuum

- kapcsolódik. dielektromos állandó (>1)

- abszolút dielektromos áteresztőképesség. környezet

Elektromos mező– olyan anyagi közeg, amelyen keresztül az elektromos töltések kölcsönhatása létrejön.

Az elektromos tér tulajdonságai:

Az elektromos tér jellemzői:

Feszültség(E) egy vektormennyiség, amely egyenlő az adott pontban elhelyezett egységnyi próbatöltésre ható erővel.

N/C-ben mérve.

Irány– ugyanaz, mint a cselekvő erőé.

A feszültség nem múlik sem a teszttöltés erején, sem nagyságán.

Elektromos mezők szuperpozíciója: a több töltés által létrehozott térerősség egyenlő az egyes töltések térerősségeinek vektorösszegével:

Grafikusan Az elektronikus mezőt feszítővonalak ábrázolják.

Feszültségvonal– olyan egyenes, amelynek érintője minden pontban egybeesik a feszültségvektor irányával.

A feszítővonalak tulajdonságai: nem metszik egymást, minden ponton csak egy egyenes húzható át; nincsenek zárva, pozitív töltést hagynak és negatívba lépnek, vagy a végtelenbe oszlanak.

A mezők típusai:

Egységes elektromos tér– olyan mező, amelynek intenzitásvektora minden pontban azonos nagyságrendű és irányú.

Nem egyenletes elektromos tér– olyan mező, amelynek intenzitásvektora minden pontban nem egyenlő nagyságrendű és irányú.

Állandó elektromos tér– a feszültségvektor nem változik.

Változó elektromos tér– a feszültségvektor megváltozik.

Elektromos mező által végzett munka a töltés mozgatására.

, ahol F az erő, S az elmozdulás, - F és S közötti szög.

Egyenletes mező esetén: az erő állandó.

A munka nem függ a pálya alakjától; a zárt pályán való mozgáshoz végzett munka nulla.

Nem egységes mező esetén:

Elektromos tér potenciál– a próbaelektromos töltést végtelenbe mozgatva a tér által végzett munka aránya ennek a töltésnek a nagyságához.

-lehetséges– a mezőre jellemző energia. Voltban mérve

Lehetséges különbség:

Ha
, Azt

, Azt jelenti

-potenciál gradiens.

Egységes mező esetén: potenciálkülönbség – feszültség:

. Voltban mérik, a készülékek voltmérők.

Elektromos kapacitás– a testek képessége elektromos töltés felhalmozására; a töltés és a potenciál aránya, amely adott vezető esetén mindig állandó.

.

Nem függ a töltéstől és nem függ a potenciáltól. De ez a vezető méretétől és alakjától függ; a közeg dielektromos tulajdonságairól.

, ahol r a méret,
- a testet körülvevő környezet permeabilitása.

Az elektromos kapacitás megnő, ha testek – vezetők vagy dielektrikumok – vannak a közelben.

Kondenzátor– töltés felhalmozására szolgáló eszköz. Elektromos kapacitás:

Lapos kondenzátor– két fémlemez, köztük egy dielektrikummal. Lapos kondenzátor elektromos kapacitása:

, ahol S a lemezek területe, d a lemezek közötti távolság.

Töltött kondenzátor energiája egyenlő az elektromos tér által végzett munkával, amikor a töltést egyik lemezről a másikra viszi át.

Kis díj átutalása
, a feszültség a következőre változik
, a munka kész
. Mert
, és C =konst,
. Akkor
. Integráljunk:

Elektromos mező energia:
, ahol V=Sl az elektromos tér által elfoglalt térfogat

Nem egységes mező esetén:
.

Volumetrikus elektromos tér sűrűsége:
. J/m 3 -ben mérve.

Elektromos dipólus– két egyenlő, de egymással ellentétes előjelű, egymástól bizonyos távolságra elhelyezkedő pontszerű elektromos töltésből álló rendszer (dipóluskar -l).

A dipólus fő jellemzője az dipólmomentum– a töltés és a dipóluskar szorzatával egyenlő vektor, amely a negatív töltéstől a pozitív felé irányul. Kijelölve
. Coulomb méterben mérve.

Dipólus egyenletes elektromos térben.

A következő erők hatnak a dipólus minden töltésére:
És
. Ezek az erők ellentétes irányúak, és egy pillanatnyi erőt hoznak létre - egy nyomatékot:, ahol

M – nyomaték F – a dipólusra ható erők

d – küszöbkar – dipóluskar

p – dipólusmomentum E – feszültség

- p közötti szög Eq – töltés

A nyomaték hatására a dipólus elfordul, és a feszítővonalak irányába igazodik. A p és E vektorok párhuzamosak és egyirányúak lesznek.

Dipólus nem egyenletes elektromos térben.

Van egy nyomaték, ami azt jelenti, hogy a dipólus forog. De az erők egyenlőtlenek lesznek, és a dipólus oda kerül, ahol az erő nagyobb.

-feszültség gradiens. Minél nagyobb a feszültségi gradiens, annál nagyobb az oldalirányú erő, amely a dipólust húzza. A dipólus az erővonalak mentén helyezkedik el.

Dipólus belső tér.

De . Akkor:

.

Legyen a dipólus az O pontban és a karja kicsi. Akkor:

.

A képlet a következők figyelembevételével készült:

Így a potenciálkülönbség attól a félszög szinuszától függ, amelynél a dipóluspontok láthatók, és a dipólusmomentumnak az ezeket a pontokat összekötő egyenesre való vetületétől.

Dielektrikumok elektromos térben.

Dielektromos- olyan anyag, amelynek nincs szabad töltése, ezért nem vezet elektromos áramot. Valójában azonban létezik vezetőképesség, de ez elhanyagolható.

Dielektromos osztályok:

poláris molekulákkal (víz, nitrobenzol): a molekulák nem szimmetrikusak, a pozitív és negatív töltések tömegközéppontjai nem esnek egybe, ami azt jelenti, hogy elektromos tér hiányában is van dipólusmomentusuk.

apoláris molekulákkal (hidrogén, oxigén): a molekulák szimmetrikusak, a pozitív és negatív töltések tömegközéppontjai egybeesnek, ami azt jelenti, hogy elektromos tér hiányában nincs dipólusmomentusuk.

kristályos (nátrium-klorid): két részrács kombinációja, amelyek közül az egyik pozitív, a másik negatív töltésű; elektromos tér hiányában a teljes dipólusmomentum nulla.

Polarizáció– a töltések térbeli szétválásának folyamata, a kötött töltések megjelenése a dielektrikum felületén, ami a dielektrikumon belüli tér gyengüléséhez vezet.

Polarizációs módszerek:

1. módszer – elektrokémiai polarizáció:

Az elektródákon - kationok és anionok mozgása feléjük, anyagok semlegesítése; pozitív és negatív töltésű területek alakulnak ki. Az áramerősség fokozatosan csökken. A semlegesítési mechanizmus létrejöttének sebességét a relaxációs idő jellemzi - ez az az idő, amely alatt a polarizációs emf 0-ról maximumra nő a tér alkalmazásától számítva. = 10 -3 -10 -2 s.

2. módszer – orientációs polarizáció:

A dielektrikum felületén kompenzálatlan polárisok képződnek, azaz. a polarizáció jelensége lép fel. A dielektrikumon belüli feszültség kisebb, mint a külső feszültség. Pihenő idő: = 10 -13 -10 -7 s. Frekvencia 10 MHz.

3. módszer – Elektronikus polarizáció:

A dipólussá váló apoláris molekulákra jellemző. Pihenő idő: = 10 -16 -10 -14 s. Frekvencia 10 8 MHz.

4. módszer – ionpolarizáció:

Két rács (Na és Cl) elmozdul egymáshoz képest.

Pihenő idő:

5. módszer – mikrostrukturális polarizáció:

A biológiai struktúrákra jellemző, ha töltött és töltés nélküli rétegek váltják egymást. Az ionok újraeloszlása ​​a félig áteresztő vagy az iont át nem eresztő válaszfalakon történik.

Pihenő idő: =10 -8 -10 -3 s. Frekvencia 1KHz

A polarizáció fokának numerikus jellemzői:

Elektromosság– ez a szabad töltések rendezett mozgása anyagban vagy vákuumban.

Az elektromos áram létezésének feltételei:

ingyenes díjak jelenléte

elektromos tér jelenléte, azaz. ezekre a töltésekre ható erők

Jelenlegi erősség– az időegység alatt (1 másodperc) egy vezető tetszőleges keresztmetszetén áthaladó töltéssel egyenlő érték

Amperben mérve.

n – töltéskoncentráció

q – töltési érték

S – a vezető keresztmetszete

- a részecskék irányított mozgásának sebessége.

A töltött részecskék mozgási sebessége elektromos térben kicsi - 7 * 10 -5 m/s, az elektromos tér terjedési sebessége 3 * 10 8 m/s.

Pillanatnyi sűrűség– az 1 m2-es keresztmetszeten 1 másodperc alatt áthaladó töltés mennyisége.

. A/m2-ben mérve.

- az elektromos térből az ionra ható erő egyenlő a súrlódási erővel

- ionok mobilitása

- ionok irányított mozgásának sebessége = mobilitás, térerősség

Minél nagyobb az ionok koncentrációja, töltésük és mobilitásuk, annál nagyobb az elektrolit fajlagos vezetőképessége. A hőmérséklet emelkedésével nő az ionok mobilitása és nő az elektromos vezetőképesség.

Selyemmel dörzsölt üvegrúd segítségével egy selyemszálra felfüggesztett könnyű töltényhüvelyt megtöltünk, és a gyapjúval súrlódó tömítőviaszdarabkát viszünk rá. A hüvelyt a tömítőviasz vonzza (7. ábra). Láttuk azonban (1. §), hogy ugyanazt a felfüggesztett patrontokot taszítja az üveg, amelyik betöltötte. Ez azt mutatja, hogy az üvegen és a viaszon keletkező töltések minősége eltérő.

Rizs. 7. Az üvegből töltött papírhüvely vonzza az elektromos tömítőviaszt.

A következő tapasztalat ezt még világosabban mutatja. Töltsünk fel két egyforma elektroszkópot üvegrúddal, és kössük össze fémhuzallal a rudakat, az utóbbit a szigetelő fogantyúnál fogva. Ha az elektroszkópok teljesen azonosak, akkor a csatlakozás után a leveleik kihajlása egyenlő lesz, jelezve, hogy a teljes töltés egyenlően oszlik el a két elektroszkóp között. Töltsük fel most az egyik elektroszkópot üveggel, a másikat tömítőviasszal, ráadásul úgy, hogy a leveleik eltérései egyenlők legyenek, és kössük össze újra (8. ábra). Mindkét elektroszkóp töltetlen lesz, ami azt jelenti, hogy az üveg és a tömítőviasz töltései egyenlő mennyiségben semlegesítik vagy kompenzálják egymást.

Rizs. 8. Két egyforma, ellentétes töltéssel töltött és egy vezetővel összekapcsolt elektroszkóp kisüt; egyenlő ellentétes töltések kombinálva nem hoznak létre töltést

Ha más töltött testeket használtunk volna ezekben a kísérletekben, akkor azt tapasztaltuk volna, hogy ezek egy része töltött üvegként működik, azaz az üveg töltései taszítják őket, és a tömítőviasz töltései vonzzák őket, mások pedig töltött tömítésként viselkednek. viasz, azaz az üveg töltetei vonzzák őket, és a pecsétviasz töltetei taszítják őket. Annak ellenére, hogy a természetben rengeteg különféle anyag található, csak kétféle elektromos töltés létezik.

Látjuk, hogy az üveg és a pecsétviasz töltetei kiolthatják egymást. De azokat a mennyiségeket, amelyek hozzáadásával csökkentik egymást, általában különböző előjelekkel látják el.

Ezért megállapodtunk abban, hogy az elektromos töltésekhez jeleket rendelünk, pozitív és negatív töltésekre osztva (8. ábra).

Pozitív töltésű testek azok, amelyek ugyanúgy hatnak más töltött testekre, mint a selyemmel való súrlódás által villamosított üveg. Azokat a testeket, amelyek ugyanúgy működnek, mint a gyapjú súrlódása által villamosított tömítőviasz, negatív töltésűnek nevezzük. A fent leírt kísérletekből az következik, hogy a hasonló töltések taszítanak, ellentétben a töltések vonzzák).

4.1. A viaszpálcával töltött elektroszkópot töltött üveggel érintik meg. Hogyan változik a lapok eltérése?

4.2. Ha a kézben tartott sárgaréz rudat a selyemhez dörzsöljük, az utóbbi nem villamosodik. Ha azonban ezt a kísérletet úgy hajtják végre, hogy elválasztják a rudat a kéztől, például gumiba csomagolják, töltések keletkeznek rajta. Magyarázza meg a két kísérlet eredményeinek különbségét!

4.3. Hogyan távolíthatja el az elektromos töltéseket egy dielektrikumból, például egy elektromos üvegrúdból, ha kéznél van egy fáklya?

4.4. Álljon egy négy szigetelő tartóra, például erős üvegpohárra helyezett fa deszkára, vegyen egy darab szőrmét a kezébe, és kezdje el verni a bundát a fából készült asztalon. Az elvtárs szikrát húzhat a testedből, ha felemeli a kezét. Magyarázd el, mi történik.

4.5. Hogyan bizonyíthatjuk kísérletileg, hogy a selyem üveghez dörzsölve felvillanyozódik, ráadásul negatívan?