Elektriskais lādiņš un tā veidi. Elektriskā lādiņa fiziskā būtība

Elektriskais lādiņš ir fizisks lielums, kas raksturo ķermeņu elektromagnētiskās mijiedarbības intensitāti. Pats elektriskais lādiņš neeksistē, tā nesējs var būt tikai matērijas daļiņa.

Pamatīpašības

1. Dualitāte: dabā ir divu zīmju lādiņi, kā lādiņi atgrūž, pretēji lādiņi pievelk. Šajā sakarā nosacītās maksas ir sadalītas pozitīvās un negatīvās.

Lādiņu, kas piemīt stikla stienim, kas berzts pret zīdu vai papīru, sauc par pozitīvu.

Negatīvs - lādiņš, kas piemīt dzintara vai ebonīta kociņam, kas berzts pret kažokādu vai vilnu.

2. Kvantēšana: ja fiziskajam daudzumam ir tikai noteiktas diskrētas vērtības, tas tiek uzskatīts par kvantizētu (diskrētu). Pieredze rāda, ka jebkurš elektriskais lādiņš ir kvantēts, t.i. sastāv no vesela skaitļa elementārlādiņiem.

kur =1,2,...vesels skaitlis; e =1,6·1 -19 C - elementārais lādiņš.

Elektronam ir mazākais (elementārais) negatīvais lādiņš, protonam ir pozitīvais lādiņš.

1 kulons ir lādiņš, kas vienā sekundē iziet cauri vadītāja šķērsgriezumam, kad caur vadītāju plūst viena ampēra līdzstrāva.

3. Uzlādes saglabāšana.

Elektriskie lādiņi var pazust un atkal parādīties tikai pa pāriem. Katrā šādā pārī lādiņi ir vienādi pēc lieluma un pretējas zīmes. Piemēram, elektrons un pozitrons satiekoties anihilē, t.i. pārvēršas neitrālos g - fotonos, un lādiņi –e un +e pazūd. Procesa laikā, ko sauc par pāru veidošanos, g fotons, nonākot atoma kodola laukā, pārvēršas par daļiņu pāri, elektronu un pozitronu, un rodas lādiņi +e un –e.

Maksas saglabāšanas likums: izolētā sistēmā lādiņu algebriskā summa paliek nemainīga visām izmaiņām sistēmā.

Izolēts ir ķermeņu sistēma, kas nemainās lādiņos ar ārējo vidi.

4. Nemainība uzlādēt uz dažādām inerciālām atskaites sistēmām.

Pieredze rāda, ka lādiņa lielums nav atkarīgs no uzlādētā ķermeņa kustības ātruma. Viena un tā pati maksa, ko mēra dažādos inerciālās ziņošanas kadros, ir vienāda.

5. Aditivitāte: .

Maksas klasifikācija.

Atkarībā no uzlādētā korpusa lieluma lādiņi tiek sadalīti punktveida un pagarinātajos.

· Punkta lādiņš ir uzlādēts ķermenis, kura izmērus šīs problēmas apstākļos var neievērot.

· Pagarināts ir ķermeņa lādiņš, kura izmērus šīs problēmas apstākļos nevar ignorēt. Pagarinātos lādiņus iedala lineārajos, virsmas un tilpuma lādiņos.

Ar spēju novirzīties attiecībā pret līdzsvara stāvokli ārējās elektrības ietekmē. laukos maksas nosacīti tiek iedalītas brīvajos, saistošajos un svešajos.

Bezmaksas sauc par lādiņiem, kas var brīvi kustēties ķermenī ārējās elektrības ietekmē. lauki.

Saistīts sauc par lādiņiem, kas ir daļa no dielektriskajām molekulām, kuras elektrības ietekmē. lauki var tikai novirzīties no līdzsvara stāvokļa, bet nevar atstāt molekulu.

Trešā ballīte sauc par lādiņiem, kas atrodas uz dielektriķa, bet nav daļa no tā molekulām.

Likums, kas regulē punktveida lādiņu mijiedarbības spēku, tika eksperimentāli izveidots 1785. gadā. Kulons.

Kulona likums: mijiedarbības spēks starp diviem stacionāriem punktveida lādiņiem ir tieši proporcionāls lādiņiem, apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tiem, virzīts pa taisni, kas savieno lādiņus, un ir atkarīgs no vides, kurā tie atrodas.

kur q 1, q 2 - lādiņa vērtības; r ir attālums starp lādiņiem;

8,85 1 -12 C 2 / (N m 2) - elektriskā konstante,

e ir vides dielektriskā konstante.

Vielas dielektriskā konstante parāda, cik reižu mijiedarbības spēks starp lādiņiem noteiktā dielektrikā ir mazāks nekā vakuumā, vakuums = 1, ir bezizmēra lielums.

Izskaidrosim šīs vājināšanās iemeslu, ņemot vērā uzlādētu lodi, ko ieskauj dielektriķis. Bumbiņas lauks orientē dielektriķa molekulas, un uz dielektriķa virsmas blakus lodei parādās negatīvi saistītie lādiņi.

Lauku jebkurā dielektriķa punktā veidos divas pretēji lādētas sfēras: lodītes virsma, kas ir pozitīvi lādēta, un tai blakus esošā dielektriķa negatīvi lādētā virsma, savukārt saistīto lādiņu lauks tiek atņemts no lodītes lauka. bezmaksas maksas, un kopējais laukums būs vājāks nekā vienas bumbas laukums.

1. Elektrostatiskā lauka stiprums. Elektrisko lauku superpozīcijas princips. Vektoru plūsma.

Jebkurš lādiņš maina apkārtējās telpas īpašības – rada tajā elektrisko lauku.

Elektriskais lauks ir viena no matērijas eksistences formām, kas ieskauj elektriskos lādiņus. Šis lauks izpaužas faktā, ka jebkurā punktā novietots elektriskais lādiņš atrodas spēka ietekmē.

Elektriskā lauka jēdzienu zinātnē 19. gadsimta 30. gados ieviesa angļu zinātnieki Maikls Faradejs.

Pēc Faradeja domām, katru elektrisko lādiņu ieskauj tā radītais elektriskais lauks, tāpēc šādu lādiņu dažreiz sauc par avota lādiņu. Lādiņu, ar kuru tiek pētīts avota lādiņa lauks, sauc par pārbaudes lādiņu.

Lai spēks, kas iedarbojas uz testa lādiņu, raksturotu lauku noteiktā punktā; Pārbaudes maksai jābūt punktveida maksai.

Punktu maksa sauc par uzlādētu ķermeni, kura izmērus šīs problēmas apstākļos var neievērot, t.i. kuru izmēri ir mazi salīdzinājumā ar attālumiem līdz citiem ķermeņiem, ar kuriem tas mijiedarbojas. Šajā gadījumā pašam testa lādiņa elektriskajam laukam jābūt tik mazam, lai tas neizmainītu avota lādiņa lauku. Jo mazāks ir uzlādētā ķermeņa izmērs un vājāks tā paša lauks salīdzinājumā ar avota lādiņa lauku, jo precīzāk šis uzlādētais ķermenis apmierina testa lādiņa nosacījumu.

Elektriskais lauks izplatās vakuumā ar ātrumu c = 3·1 8 .

Stacionāro elektrisko lādiņu lauks ir elektrostatisks.

Izmantojot testa lādiņu, mēs pētām lauku, ko rada stacionārs lādiņš - avots.

Spēks, kas iedarbojas uz testa lādiņu noteiktā lauka punktā, ir atkarīgs no testa lādiņa lieluma. Ja mēs ņemam dažādus testa lādiņus, tad spēks, kas uz tiem iedarbojas noteiktā lauka punktā, būs atšķirīgs.

Tomēr spēka attiecība pret testa lādiņa lielumu paliek nemainīga un raksturo pašu lauku. Šo attiecību sauc par elektriskā lauka intensitāti noteiktā punktā.

Elektriskā lauka stiprums ir vektora lielums, kas skaitliski vienāds ar spēku, ar kādu lauks iedarbojas uz vienības pozitīvu testa lādiņu noteiktā lauka punktā un ir līdzvirzienā ar šo spēku.

Stiprums ir galvenā lauka īpašība un pilnībā raksturo lauku katrā lieluma un virziena punktā.

Punkta lādiņa lauka stiprums.

Saskaņā ar Kulona likumu

=

ir punktveida lādiņa elektriskā lauka stiprums attālumā r no šī lādiņa.

Elektrisko lauku ir ērti attēlot grafiski, izmantojot tā saukto spēka līniju vai spriedzes līniju attēlu.

Spriegojuma līnija ir taisne, kuras pieskare katrā punktā sakrīt virzienā ar spriedzes vektoru šajā punktā.

Stacionāro lādiņu radītās lauka intensitātes līnijas vienmēr sākas un beidzas lādiņos (vai bezgalībā) un nekad netiek slēgtas. Spēcīgāku lauku attēlo blīvāk izvietotas spriegojuma līnijas. Līniju blīvums ir izvēlēts tā, lai līniju skaits, kas caurdur vietnes vienības virsmu, kas ir perpendikulāra līnijām, ir vienāds ar vektora skaitlisko vērtību. Spriedzes līnijas nekad nekrustojas, jo... to krustpunkts nozīmētu divus dažādus lauka intensitātes vektora virzienus vienā punktā, kam nav jēgas.

Lauku, kura intensitātei visos punktos ir vienāds lielums un vienāds virziens, sauc par viendabīgu. Šādā laukā spēka līnijas ir paralēlas un to blīvums visur ir vienāds, t.i. tie atrodas vienādā attālumā viens no otra.

Superpozīcijas princips.

Ja elektrisko lauku noteiktā punktā rada vairāki lādiņi, tad iegūtā lauka stiprums ir vienāds ar katra lādiņa atsevišķi radīto lauka intensitātes vektoru summu.

Superpozīcijas princips ir eksperimentāls fakts, kas ir spēkā līdz ļoti spēcīgiem laukiem. Saskaņā ar šo pašu likumu veidojas ne tikai statiski, bet arī strauji mainīgi elektromagnētiskie lauki

Izvēlēsimies vektora laukā noteiktu tilpumu, ko ierobežo virsma S. Sadalīsim šo virsmu elementārajos lieluma apgabalos .

Var ņemt vērā virzītu virsmas elementu. Virsmas virzītais elements ir vektors, kura garums ir vienāds ar elementa laukumu, un virziens sakrīt ar šī elementa normālās virzienu. Slēgtai virsmai ņem virsmas ārējo normālu. Tā kā virziena izvēle ir patvaļīga (nosacīta), to var novirzīt vai nu vienā virzienā no vietas, vai otrā; tas nav patiess vektors, bet gan pseidovektors.

Virziena virsmas elements,

Elementāra virsma.

Sprieguma vektora plūsma caur elementāru virsmu dS sauc par skalāro reizinājumu

kur a ir leņķis starp vektoriem un ,

E n - projekcija normālā virzienā.

Saskaitot plūsmas cauri visiem elementārajiem laukumiem, kuros tika sadalīta virsma S, iegūstam vektora plūsmu caur virsmu S.

Vektora plūsma caur virsmu S ir integrālis

Slēgtai virsmai.

Vektora plūsma ir algebrisks lielums:

Vienveidīgam laukam

Spriegojuma vektora plūsmai var sniegt skaidru ģeometrisku interpretāciju: tā skaitliski ir vienāda ar spriegojuma līniju skaitu, kas šķērso noteiktu virsmu.

2. Gausa teorēma vektoru plūsmai un tās pielietojums paplašināto lādiņu lauku aprēķināšanai vakuumā.

Zinot punktveida lādiņa lauka intensitāti un izmantojot superpozīcijas principu, ir iespējams aprēķināt vairāku punktveida lādiņu radīto lauka intensitāti. Tomēr paplašinātām maksām ir grūti piemērot superpozīcijas principu. Metodi paplašinātu lādiņu radīto lauku aprēķināšanai 19. gadsimta sākumā ierosināja vācu zinātnieks Gauss.

Gausa teorēma elektrostatiskajam laukam vakuumā.

Apskatīsim punktveida lādiņa lauku vakuumā un aprēķināsim sfēras rādiusu caur virsmu

Lauka stiprums jebkurā sfēras virsmas punktā

Elektrība mūs ieskauj no visām pusēm. Bet kādreiz tas tā nebija. Jo pats vārds cēlies no konkrēta materiāla grieķu nosaukuma: “elektrons”, grieķu valodā “dzintars”. Viņi ar viņu veica interesantus eksperimentus, līdzīgus burvju trikiem. Cilvēki vienmēr ir mīlējuši brīnumus, bet šeit pie dzintara gabala sāka pievilkt visādi putekļu plankumi, bārkstiņi, pavedieni, matiņi, tiklīdz tas tika noberzts ar auduma gabalu. Tas ir, šim zelta akmenim nav mazu “rokturu”, bet tas var uzņemt pūkas.

Saskarsmē ar

Klasesbiedriem

Elektrības uzkrāšana un zināšanas par to

Acīmredzama elektrības uzkrāšanās notika arī tad, kad viņi uzvilka no dzintara darinātus amatus: dzintara krelles, dzintara matu sprādzes. Nav citu skaidrojumu kā vien acīmredzama maģija, tādu nevarēja būt. Galu galā, lai triks izdotos, krelles bija jāšķiro tikai ar tīrām, sausām rokām un sēžot tīrās drēbēs. Un tīri mati, labi noberzti ar matadata palīdzību, dod kaut ko skaistu un šausminošu: matu oreolu, kas salīp. Un pat sprakšķēt. Un pat tumsā ir zibšņi. Tā ir prasīga un kaprīza, kā arī biedējoša un nesaprotama gara darbība. Bet ir pienācis laiks, un elektriskās parādības vairs nav gara teritorija.

Viņi sāka visu saukt vienkārši par "mijiedarbību". Toreiz mēs sākām eksperimentēt. Viņi nāca klajā ar īpašu mašīnu šim nolūkam (elektroforu) un burku elektrības uzglabāšanai (Leyden jar). Un ierīce, kas jau varētu parādīt kaut kādu “vienādi-vairāk-mazāk” attiecībā uz elektrību (elektroskops). Atliek tikai to visu izskaidrot ar arvien spēcīgākās formulu valodas palīdzību.

Tādējādi cilvēce ir nākusi klajā ar nepieciešamību atpazīt noteikta elektriskā lādiņa klātbūtni dabā. Patiesībā nosaukumā nav nekādu atklājumu. Elektriskie līdzekļi, kas saistīti ar parādībām kuras izpēte sākās ar dzintara maģiju. Vārds “lādiņš” runā tikai par neskaidrām iespējām, kas ietvertas objektā, piemēram, lielgabala lodē. Ir tikai skaidrs, ka elektrību var kaut kā ražot un kaut kā uzglabāt. Un kaut kā tas ir jāmēra. Tas pats, kas parasta viela, piemēram, eļļa.

Un pēc analoģijas ar vielām, kuru mazākās daļiņas (atomi) tika runātas pārliecinoši kopš Demokrīta laikiem, un nolēma, ka lādiņam noteikti jāsastāv no līdzīgiem ļoti maziem “ķermeņiem”. Kuru skaits lielā lādētā ķermenī rādīs elektriskā lādiņa daudzumu.

Elektriskais lādiņš - lādiņa nezūdamības likums

Protams, tolaik viņi pat aptuveni nevarēja iedomāties, cik daudz šādu elektrisko “ķermenīšu” var parādīties pat ļoti mazā lādētā ķermenī. Taču praktiska elektriskā lādiņa vienība tomēr bija vajadzīga. Un viņi sāka to izgudrot. Kulons, kura vārdā vēlāk tika nosaukta šāda vienība, acīmredzot izmērīja lādiņu lielumu, izmantojot metāla lodītes, ar kurām viņš veica eksperimentus, bet kaut kā salīdzinoši. Atvēra manu slavenais Kulona likums, kurā viņš algebriski rakstīja, ka spēks, kas iedarbojas starp diviem lādiņiem q1 un q2, kas atdalīti ar attālumu R, ir proporcionāls to reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tiem.

Koeficients k ir atkarīgs no vides, kurā notiek mijiedarbība, bet vakuumā tas ir vienāds ar vienotību.

Iespējams, pēc Keplera un Ņūtona šādas lietas darīt nebija tik grūti. Attālumu ir viegli izmērīt. Viņš fiziski sadalīja lādiņus, pieskaroties vienai bumbiņai otrai. Izrādījās, ka uz divām identiskām bumbiņām, ja viena ir uzlādēta, bet otra nav, saskaroties lādiņš sadalās uz pusēm – tas izkliedējas pa abām bumbiņām. Tādējādi viņš saņēma sākotnējā nezināmā daudzuma q daļvērtības.

Mācās elektrisko lādiņu mijiedarbība, viņš veica mērījumus dažādos attālumos starp bumbiņām, reģistrēja novirzes uz saviem vērpes līdzsvariem, kas tiek iegūti, uzlādētām bumbiņām atgrūžot viena otru. Acīmredzot viņa likums bija tīra algebras uzvara, jo pats Kulons nezināja lādiņa “kulona” mērvienību un vienkārši nevarēja to zināt.

Vēl viena uzvara bija fakta atklāšana, ka šī paša daudzuma q kopējais daudzums bumbiņās, kuras viņš šādā veidā varēja uzlādēt, vienmēr palika nemainīgs. Tāpēc viņš atklāto likumu nosauca par lādiņu saglabāšanas likumu.

Q = q 1 + q 2 + q 3 + … + q n

Mums ir jāizsaka atzinība zinātnieka precizitātei un pacietībai, kā arī drosmei, ar kādu viņš pasludināja savus likumus, neņemot vērā pētītā apjoma vienību.

Elektrības daļiņa - minimālā uzlāde

Tikai vēlāk viņi saprata, ka elementārais, tas ir, mazākais, elektriskais lādiņš ir... elektrons. Tikai nevis mazs dzintara gabaliņš, bet neizsakāmi maza daļiņa, kas pat nav viela (gandrīz), bet kura obligāti ir jebkurā materiālajā ķermenī. Un pat katrā katras vielas atomā. Un ne tikai atomos, bet arī ap tiem. Un tie:

• kas atrodas atomos, sauc par saistītajiem elektroniem.
• un apkārtējie ir brīvie elektroni.

Elektroni ir saistīti atomā, jo atoma kodolā ir arī lādiņa daļiņas – protoni, un katrs protons noteikti piesaistīs sev elektronu. Tikai saskaņā ar Kulona likumu.

Un lādiņš, ko varat redzēt vai sajust, izriet no:

• berze,
• uzkrājumi, uzkrāšana
• ķīmiskā reakcija,
• elektromagnētiskā indukcija,

sastāv tikai no brīvajiem elektroniem, kas dažādu pārpratumu dēļ tika izmesti no atomiem:

1. no cita atoma trieciena (termiskā emisija)
2. gaismas kvantu (fotoemisiju) un citu iemeslu dēļ

un klīst milzīgos makroskopiskos ķermeņos (piemēram, matiņos).

Elektroniem mūsu objektu ķermeņi ir patiesi milzīgi. Viena lādiņa vienība (kulons) satur aptuveni šādu elektronu daudzumu: nedaudz vairāk par 624 150 912 514 351 000. Tas izklausās šādi: 624 kvadriljoni 150 triljoni 912 miljardi 514 miljoni 351 tūkstotis elektronu vienā elektriskā lādiņa kulonā.

Un kulons ir ļoti vienkāršs daudzums un tuvs mums. Kulons ir tāds pats lādiņš plūst vienā sekundē pa vadītāja šķērsgriezumu, ja strāvai tajā ir viens ampērs. Tas ir, pie 1 ampēra uz katru sekundi tikai šie 624 kvadriljoni ... elektronu mirgos cauri stieples šķērsgriezumam.

Elektroni ir tik mobili un tik ātri pārvietojas fiziskajos ķermeņos, ka tie ieslēdz mūsu spuldzi vienā mirklī, tiklīdz nospiežam slēdzi. Un tāpēc mūsu elektriskā mijiedarbība ir tik ātra, ka notikumi, ko sauc par "rekombināciju", notiek katru sekundi. Izbēgušais elektrons atrod atomu, no kura elektrons tikko izkļuva, un ieņem tajā brīvu vietu.

Arī šādu notikumu skaits sekundē ir... nu, to jau visi iedomājas. Un šie notikumi nepārtraukti atkārtojas, kad elektroni atstāj atomus un pēc tam atgriežas atomos. Viņi aizbēg un atgriežas. Tā ir viņu dzīve, bez tās viņi vienkārši nevar pastāvēt. Un tikai pateicoties tam, pastāv elektrība - tā sistēma, kas ir kļuvusi par daļu no mūsu dzīves, mūsu komforta, mūsu uztura un saglabāšanas.

Pašreizējais virziens. Kurš ir atbildīgs par mūsu atbildību?

Tas ir vienīgais, kas palicis, ir viens mazs kuriozs, ko visi zina, bet neviens no fiziķiem nevēlas labot.

Kad Kulons izspēlēja trikus ar savām bumbām, viņi redzēja, ka ir divu veidu lādiņi. Un viena veida lādiņi viens otru atgrūž, un dažāda veida lādiņi viens otru piesaista. Bija dabiski nosaukt dažus no tiem pozitīvi un citi negatīvi. Un pieņemsim, ka elektriskā strāva plūst no turienes, kur ir vairāk, uz to, kur ir mazāk. Tas ir, no plusa uz mīnusu. Tāpēc tas iestrēga fiziķu prātos daudzām paaudzēm.

Bet tad pirmie tika atklāti nevis elektroni, bet joni. Tie ir tieši tie nemierināmie atomi, kas ir zaudējuši savu elektronu. Kura kodolā ir “papildu” protons, un tāpēc tie ir uzlādēti. Nu, kad viņi to atklāja, viņi uzreiz nopūtās un teica - lūk, jūs esat mūsu pozitīvais lādiņš. Un protons ieguva pozitīvi lādētas daļiņas reputāciju.

Un tad viņi saprata, ka atomi visbiežāk ir neitrāli, jo kodola elektrisko lādiņu līdzsvaro elektronu apvalku lādiņš, kas rotē ap kodolu. Tas ir, viņi uzbūvēja atoma planētu modeli. Un tikai tad viņi saprata, ka atomi veido visu (gandrīz) matēriju, tās cieto kristālisko režģi vai visu tā šķidrā ķermeņa masu. Tas ir, protoni ar neitroniem stingri atrodas atomu kodolos. Un ne pēc jūsu pieprasījuma, piemēram, gaismas un mobilie elektroni. Līdz ar to strāva neplūst no plusa uz mīnusu, bet, gluži pretēji, no mīnusa uz plusu.

Vārds elektrība cēlies no grieķu vārda dzintaram - ελεκτρον .
Dzintars ir skujkoku pārakmeņojušies sveķi. Senie cilvēki pamanīja, ka, ja dzintaru berzējat ar auduma gabalu, tas piesaistīs vieglus priekšmetus vai putekļus. Šo parādību, ko šodien saucam par statisko elektrību, var novērot, ar audumu berzējot ebonīta vai stikla stieni vai vienkārši plastmasas lineālu.

Plastmasas lineāls, kas kārtīgi noberzts ar papīra salveti, pievelk mazus papīra gabaliņus (22.1. att.). Iespējams, esat redzējis statiskās elektrības izlādi, ķemmējot matus vai novelkot neilona blūzi vai kreklu. Iespējams, esat piedzīvojis elektriskās strāvas triecienu, kad pieskārāties metāla durvju rokturim pēc piecelšanās no automašīnas sēdekļa vai ejot pa sintētisku paklāju. Visos šajos gadījumos objekts berzes rezultātā iegūst elektrisko lādiņu; viņi saka, ka elektrifikācija notiek berzes rezultātā.

Vai visi elektriskie lādiņi ir vienādi vai ir dažādi veidi? Izrādās, ka ir divu veidu elektriskie lādiņi, ko var pierādīt ar šādu vienkāršu eksperimentu. Pakariet plastmasas lineālu pa vidu uz diega un rūpīgi berzējiet to ar auduma gabalu. Ja tagad pievedīsim tam citu elektrificētu lineālu, mēs atklāsim, ka lineāli viens otru atgrūž (22.2. att., a).
Tādā pašā veidā, pievedot pie viena otru elektrificēto stikla stieni, mēs novērojam to atgrūšanu (22.2.,6. att.). Ja uzlādētu stikla stienīti pieved pie elektrificēta plastmasas lineāla, tie tiks piesaistīti (22.2. att., c). Šķiet, ka lineālam ir cita veida lādiņš nekā stikla stienim.
Eksperimentāli noskaidrots, ka visi uzlādētie objekti tiek iedalīti divās kategorijās: vai nu tos pievelk plastmasa un atgrūž stikls, vai, gluži otrādi, atgrūž plastmasa un pievelk stikls. Šķiet, ka ir divu veidu lādiņi, viena veida lādiņi atgrūž un dažāda veida lādiņi piesaista. Mēs sakām, ka līdzīgi lādiņi atgrūž, un atšķirībā no lādiņiem piesaista.

Amerikāņu valstsvīrs, filozofs un zinātnieks Bendžamins Franklins (1706-1790) šos divus lādiņu veidus nosauca par pozitīviem un negatīviem. Nav nekādas atšķirības, kādu maksu zvanīt;
Franklins ierosināja elektrificēta stikla stieņa lādiņu uzskatīt par pozitīvu. Šajā gadījumā lādiņš, kas parādās uz plastmasas lineāla (vai dzintara), būs negatīvs. Šī vienošanās tiek ievērota arī šodien.

Franklina elektrības teorija faktiski bija "viena šķidruma" jēdziens: pozitīvs lādiņš tika uzskatīts par "elektriskā šķidruma" pārpalikumu pār tā normālo saturu noteiktā objektā un negatīvs lādiņš kā trūkums. Franklins apgalvoja, ka, ja kāda procesa rezultātā vienā ķermenī rodas noteikts lādiņš, tad citā ķermenī vienlaikus rodas tāds pats pretēja veida lādiņš. Tāpēc nosaukumi “pozitīvs” un “negatīvs” ir jāsaprot algebriskā nozīmē, lai kopējais lādiņš, ko ķermeņi iegūst jebkurā procesā, vienmēr būtu vienāds ar nulli.

Piemēram, kad plastmasas lineāls tiek berzēts ar papīra salveti, lineāls iegūst negatīvu lādiņu, bet salvete iegūst tikpat pozitīvu lādiņu. Ir maksas dalījums, bet to summa ir nulle.
Šis piemērs ilustrē stingri iedibināto elektriskā lādiņa nezūdamības likums, kurā rakstīts:

Kopējais elektriskais lādiņš, kas rodas jebkura procesa rezultātā, ir nulle.

Atkāpes no šī likuma nekad nav novērotas, tāpēc varam uzskatīt, ka tas ir tikpat stingri nostiprinājies kā enerģijas nezūdamības un impulsa likumi.

Elektriskie lādiņi atomos

Tikai pagājušajā gadsimtā kļuva skaidrs, ka elektriskā lādiņa pastāvēšanas iemesls ir pašos atomos. Vēlāk mēs sīkāk apspriedīsim atoma uzbūvi un ideju attīstību par to. Šeit mēs īsi apspriedīsim galvenās idejas, kas mums palīdzēs labāk izprast elektrības būtību.

Saskaņā ar mūsdienu koncepcijām atoms (nedaudz vienkāršots) sastāv no smaga pozitīvi lādēta kodola, ko ieskauj viens vai vairāki negatīvi lādēti elektroni.
Normālā stāvoklī atoma pozitīvais un negatīvais lādiņš ir vienāds, un atoms kopumā ir elektriski neitrāls. Tomēr atoms var zaudēt vai iegūt vienu vai vairākus elektronus. Tad tā lādiņš būs pozitīvs vai negatīvs, un šādu atomu sauc par jonu.

Cietā vielā kodoli var vibrēt, paliekot tuvu fiksētām pozīcijām, kamēr daži elektroni pārvietojas pilnīgi brīvi. Elektrifikāciju ar berzi var izskaidrot ar to, ka dažādās vielās kodoli satur dažādu stiprumu elektronus.
Kad plastmasas lineāls, kas tiek berzts ar papīra salveti, iegūst negatīvu lādiņu, tas nozīmē, ka elektroni papīra salvetē tiek turēti mazāk cieši nekā plastmasā, un daži no tiem pāriet no salvetes uz lineālu. Salvetes pozitīvais lādiņš pēc lieluma ir vienāds ar lineāla iegūto negatīvo lādiņu.

Parasti berzes rezultātā elektrificētie objekti tikai kādu laiku notur lādiņu un galu galā atgriežas elektriski neitrālā stāvoklī. Kur paliek maksa? Tas “izplūst” uz ūdens molekulām, kas atrodas gaisā.
Fakts ir tāds, ka ūdens molekulas ir polāras: lai gan kopumā tās ir elektriski neitrālas, lādiņš tajās nav vienmērīgi sadalīts (22.3. att.). Tāpēc liekie elektroni no elektrificētā lineāla “izplūdīs” gaisā, piesaistoties ūdens molekulas pozitīvi lādētajam reģionam.
No otras puses, objekta pozitīvo lādiņu neitralizēs elektroni, kurus vāji notur gaisā esošās ūdens molekulas. Sausā laikā statiskās elektrības ietekme ir daudz pamanāmāka: gaisā ir mazāk ūdens molekulu un lādiņš nenoplūst tik ātri. Mitrā, lietainā laikā priekšmets ilgstoši nevar noturēt savu lādiņu.

Izolatori un vadītāji

Lai ir divas metāla bumbiņas, no kurām viena ir ļoti uzlādēta, bet otra ir elektriski neitrāla. Ja savienosim tos, teiksim, ar dzelzs naglu, neuzlādētā bumbiņa ātri iegūs elektrisko lādiņu. Ja vienlaikus pieskaramies abām bumbiņām ar koka nūju vai gumijas gabalu, tad bumbiņa, kurai nebija lādiņa, paliks neuzlādēta. Vielas, piemēram, dzelzs, sauc par elektrības vadītājiem; koksni un gumiju sauc par nevadītājiem jeb izolatoriem.

Metāli parasti ir labi vadītāji; Lielākā daļa citu vielu ir izolatori (tomēr izolatori nedaudz vada elektrību). Interesanti, ka gandrīz visi dabīgie materiāli ietilpst vienā no šīm divām krasi atšķirīgajām kategorijām.
Tomēr ir vielas (starp kurām jāmin silīcijs, germānija un ogleklis), kas pieder pie starpkategorijas (bet arī krasi atdalītas). Tos sauc par pusvadītājiem.

No atomu teorijas viedokļa izolatoros elektroni ir ļoti cieši saistīti ar kodoliem, savukārt vadītājos daudzi elektroni ir saistīti ļoti vāji un var brīvi pārvietoties vielā.
Kad pozitīvi uzlādēts objekts tiek pietuvināts vadītājam vai pieskaras tam, brīvie elektroni ātri virzās uz pozitīvo lādiņu. Ja objekts ir negatīvi uzlādēts, tad elektroniem, gluži pretēji, ir tendence no tā attālināties. Pusvadītājos ir ļoti maz brīvo elektronu, un izolatoros to praktiski nav.

Inducētais lādiņš. Elektroskops

Pienesīsim pozitīvi lādētu metāla priekšmetu citam (neitrālam) metāla priekšmetam.

Saskaroties, neitrāla objekta brīvie elektroni tiks piesaistīti pozitīvi lādētam, un daži no tiem pāriet uz to. Tā kā otrajam objektam tagad trūkst noteikta skaita negatīvi lādētu elektronu, tas iegūst pozitīvu lādiņu. Šo procesu sauc par elektrifikāciju elektriskās vadītspējas dēļ.

Tagad tuvināsim pozitīvi lādēto objektu neitrālajam metāla stienim, bet tā, lai tie nesaskartos. Lai gan elektroni neatstās metāla stieni, tie tomēr virzīsies uz uzlādēto objektu; stieņa pretējā galā radīsies pozitīvs lādiņš (22.4. att.). Šajā gadījumā tiek teikts, ka metāla stieņa galos tiek ierosināts (vai inducēts) lādiņš. Protams, jauni lādiņi nerodas: lādiņi vienkārši atdalījās, bet kopumā stienis palika elektriski neitrāls. Taču, ja tagad stieni pārgrieztu šķērsām pa vidu, mēs iegūtu divus lādētus objektus - vienu ar negatīvu lādiņu, otru ar pozitīvu lādiņu.

Jūs varat arī piešķirt lādiņu metāla priekšmetam, savienojot to ar vadu ar zemi (vai, piemēram, ar ūdensvadu, kas nonāk zemē), kā parādīts attēlā. 22.5, a. Priekšmets esot pamatots. Tā milzīgā izmēra dēļ zeme pieņem un atsakās no elektroniem; tas darbojas kā uzlādes rezervuārs. Ja pienesīsi metālam tuvu lādētu, teiksim, negatīvi, priekšmetu, tad metāla brīvie elektroni tiks atgrūsti un daudzi pa vadu nonāks zemē (22.5.,6. att.). Metāls būs pozitīvi uzlādēts. Ja tagad atvienosit vadu, uz metāla paliks pozitīvs inducēts lādiņš. Bet, ja jūs to darāt pēc tam, kad negatīvi lādētais objekts ir noņemts no metāla, tad visiem elektroniem būs laiks atgriezties un metāls paliks elektriski neitrāls.

Elektrisko lādiņu noteikšanai izmanto elektroskopu (vai vienkāršu elektrometru).

Kā redzams no att. 22.6, tas sastāv no korpusa, kura iekšpusē ir divas kustīgas lapas, bieži vien no zelta. (Dažkārt tikai viena lapa tiek padarīta kustīga.) Lapas ir uzstādītas uz metāla stieņa, kas ir izolēts no korpusa un beidzas no ārpuses ar metāla lodi. Ja jūs pievedat lādētu priekšmetu tuvu lodei, stienī notiek lādiņu atdalīšanās (22.7. att., a), lapas izrādās līdzīgi uzlādētas un atgrūž viena otru, kā parādīts attēlā.

Jūs varat pilnībā uzlādēt stieni elektriskās vadītspējas dēļ (22.7. att., b). Jebkurā gadījumā, jo lielāks lādiņš, jo vairāk lapas atšķiras.

Tomēr ņemiet vērā, ka lādiņa zīmi nevar noteikt šādā veidā: negatīvs lādiņš atdalīs lapas tieši tādā pašā attālumā kā vienāds pozitīvais lādiņš. Un tomēr, lai noteiktu lādiņa zīmi, var izmantot elektroskopu, šim stienim vispirms jādod, teiksim, negatīvs lādiņš (22.8. att., a). Ja tagad uz elektroskopa lodītes ienesīsiet negatīvi lādētu priekšmetu (22.8.,6. att.), tad uz lapām pārvietosies papildu elektroni un tie attālināsies tālāk. Gluži pretēji, ja lodei tiek ievests pozitīvs lādiņš, tad elektroni attālināsies no lapām un tuvosies (22.8. att., c), jo samazināsies to negatīvais lādiņš.

Elektroskopu plaši izmantoja elektrotehnikas rītausmā. Ļoti jutīgi mūsdienu elektrometri darbojas pēc tāda paša principa, izmantojot elektroniskās shēmas.

Šīs publikācijas pamatā ir materiāli no D. Džankoli grāmatas. "Fizika divos sējumos" 1984 2. sējums.

Turpinājums sekos. Īsumā par šādu publikāciju:

Spēks F, ar kuru viens uzlādēts ķermenis iedarbojas uz citu lādētu ķermeni, ir proporcionāls to lādiņu reizinājumam J 1 un J 2 un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam r starp viņiem.

Komentāri un ieteikumi tiek pieņemti un laipni gaidīti!

Abstrakts par elektrotehniku

Pabeidza: Agafonovs Romāns

Lugas Agroindustriālā koledža

Nav iespējams sniegt īsu maksas definīciju, kas būtu apmierinoša visos aspektos. Mēs esam pieraduši atrast saprotamus skaidrojumus ļoti sarežģītiem veidojumiem un procesiem, piemēram, atomam, šķidrajiem kristāliem, molekulu sadalījumam pēc ātruma utt. Bet visvienkāršākos, fundamentālos jēdzienus, kas ir nedalāmi vienkāršākos un kuriem, pēc mūsdienu zinātnes domām, nav iekšēja mehānisma, vairs nevar īsi izskaidrot apmierinošā veidā. It īpaši, ja objekti netiek tieši uztverti ar mūsu maņām. Tieši uz šiem pamatjēdzieniem attiecas elektriskais lādiņš.

Vispirms mēģināsim noskaidrot nevis to, kas ir elektriskais lādiņš, bet gan to, kas slēpjas aiz apgalvojuma: šim ķermenim vai daļiņai ir elektriskais lādiņš.

Jūs zināt, ka visi ķermeņi ir veidoti no sīkām daļiņām, kas ir nedalāmas vienkāršākās (cik zinātne tagad zina) daļiņās, kuras tāpēc sauc par elementārām. Visām elementārdaļiņām ir masa, un tāpēc tās tiek piesaistītas viena otrai. Saskaņā ar universālās gravitācijas likumu pievilkšanās spēks samazinās salīdzinoši lēni, palielinoties attālumam starp tiem: apgriezti proporcionāli attāluma kvadrātam. Turklāt lielākajai daļai elementārdaļiņu, lai arī ne visām, ir iespēja savstarpēji mijiedarboties ar spēku, kas arī samazinās apgriezti proporcionāli attāluma kvadrātam, taču šis spēks ir daudz reižu lielāks nekā gravitācijas spēks. . Tādējādi ūdeņraža atomā, kas shematiski parādīts 1. attēlā, elektrons tiek piesaistīts kodolam (protonam) ar spēku, kas 1039 reizes pārsniedz gravitācijas pievilkšanas spēku.

Ja daļiņas mijiedarbojas viena ar otru ar spēkiem, kas lēnām samazinās, palielinoties attālumam un ir daudzkārt lielāki par gravitācijas spēkiem, tad šīm daļiņām ir elektriskais lādiņš. Pašas daļiņas sauc par lādētām. Ir daļiņas bez elektriskā lādiņa, bet nav elektriskā lādiņa bez daļiņas.

Mijiedarbība starp lādētām daļiņām tiek saukta par elektromagnētisko. Kad mēs sakām, ka elektroni un protoni ir elektriski uzlādēti, tas nozīmē, ka tie spēj mijiedarboties noteikta veida (elektromagnētiskā veidā), un nekas vairāk. Daļiņu lādiņa trūkums nozīmē, ka tas nenosaka šādu mijiedarbību. Elektriskais lādiņš nosaka elektromagnētiskās mijiedarbības intensitāti, tāpat kā masa nosaka gravitācijas mijiedarbības intensitāti. Elektriskais lādiņš ir otra (pēc masas) svarīgākā elementārdaļiņu īpašība, kas nosaka to uzvedību apkārtējā pasaulē.

Tādējādi

Elektriskais lādiņš ir fizisks skalārs lielums, kas raksturo daļiņu vai ķermeņu īpašību iesaistīties elektromagnētiskā spēka mijiedarbībā.

Elektrisko lādiņu simbolizē burti q vai Q.

Tāpat kā mehānikā bieži tiek lietots materiālā punkta jēdziens, kas ļauj būtiski vienkāršot daudzu problēmu risinājumu, pētot lādiņu mijiedarbību, punktveida lādiņa jēdziens ir efektīvs. Punkta lādiņš ir uzlādēts ķermenis, kura izmēri ir ievērojami mazāki par attālumu no šī ķermeņa līdz novērošanas punktam un citiem lādētiem ķermeņiem. Jo īpaši, ja viņi runā par divu punktu lādiņu mijiedarbību, viņi tādējādi pieņem, ka attālums starp diviem aplūkotajiem uzlādētajiem ķermeņiem ir ievērojami lielāks par to lineārajiem izmēriem.

Elementārdaļiņas elektriskais lādiņš nav īpašs “mehānisms” daļiņā, ko no tās varētu izņemt, sadalīt sastāvdaļās un atkal salikt. Elektriskā lādiņa klātbūtne uz elektronu un citām daļiņām nozīmē tikai noteiktu mijiedarbību starp tām.

Dabā ir daļiņas ar pretēju zīmju lādiņiem. Protona lādiņu sauc par pozitīvu, bet elektrona lādiņu sauc par negatīvu. Daļiņas lādiņa pozitīvā zīme, protams, nenozīmē, ka tai ir kādas īpašas priekšrocības. Divu zīmju lādiņu ieviešana vienkārši izsaka faktu, ka lādētas daļiņas var gan piesaistīt, gan atvairīt. Ja lādiņa zīmes ir vienādas, daļiņas atgrūž, un, ja lādiņa zīmes atšķiras, tās piesaista.

Pašlaik nav izskaidrojuma divu veidu elektrisko lādiņu pastāvēšanas iemesliem. Jebkurā gadījumā būtiskas atšķirības starp pozitīvajiem un negatīvajiem lādiņiem nav atrodamas. Ja daļiņu elektrisko lādiņu pazīmes mainītos uz pretējo, tad elektromagnētiskās mijiedarbības raksturs dabā nemainītos.

Pozitīvie un negatīvie lādiņi Visumā ir ļoti labi līdzsvaroti. Un, ja Visums ir ierobežots, tad tā kopējais elektriskais lādiņš, visticamāk, ir vienāds ar nulli.

Ievērojamākais ir tas, ka visu elementārdaļiņu elektriskais lādiņš ir stingri vienāds. Ir minimālais lādiņš, ko sauc par elementāru un kas piemīt visām uzlādētajām elementārdaļiņām. Lādiņa var būt pozitīva, piemēram, protona, vai negatīva, piemēram, elektrona, bet lādiņa modulis visos gadījumos ir vienāds.

Nav iespējams atdalīt daļu lādiņa, piemēram, no elektrona. Tas, iespējams, ir pārsteidzošākais. Neviena mūsdienu teorija nevar izskaidrot, kāpēc visu daļiņu lādiņi ir vienādi, un nespēj aprēķināt minimālā elektriskā lādiņa vērtību. To nosaka eksperimentāli, izmantojot dažādus eksperimentus.

Sešdesmitajos gados pēc tam, kad jaunatklāto elementārdaļiņu skaits sāka satraucoši pieaugt, tika izvirzīta hipotēze, ka visas spēcīgi mijiedarbojošās daļiņas ir saliktas. Pamatdaļiņas sauca par kvarkiem. Pārsteidzoši bija tas, ka kvarkiem vajadzētu būt daļējam elektriskajam lādiņam: 1/3 un 2/3 no elementārā lādiņa. Lai izveidotu protonus un neitronus, pietiek ar divu veidu kvarkiem. Un to maksimālais skaits, acīmredzot, nepārsniedz sešus.

Neizbēgamas lādiņa noplūdes dēļ nav iespējams izveidot makroskopisku elektriskā lādiņa vienības etalonu, līdzīgu garuma standartam - metram. Būtu dabiski pieņemt elektrona lādiņu kā vienu (to tagad dara atomu fizikā). Bet Kulona laikā elektronu esamība dabā vēl nebija zināma. Turklāt elektrona lādiņš ir pārāk mazs, un tāpēc to ir grūti izmantot kā standartu.

Starptautiskajā vienību sistēmā (SI) lādiņa vienību kulonu nosaka, izmantojot strāvas mērvienību:

1 kulons (C) ir lādiņš, kas 1 s laikā iziet cauri vadītāja šķērsgriezumam pie 1 A strāvas.

1 C lādiņš ir ļoti liels. Divi šādi lādiņi 1 km attālumā viens otru atvairītu ar spēku, kas ir nedaudz mazāks par spēku, ar kādu globuss pievelk 1 tonnu smagu slodzi.Tādēļ mazam ķermenim (apmēram) nav iespējams piešķirt 1 C lādiņu. dažu metru lielumā). Atvairot viena no otras, uzlādētas daļiņas nespētu noturēties uz šāda ķermeņa. Dabā nepastāv citi spēki, kas šādos apstākļos spētu kompensēt Kulona atgrūšanu. Bet vadītājā, kas parasti ir neitrāls, nav grūti iedarbināt 1 C lādiņu. Patiešām, parastajā spuldzē ar jaudu 100 W pie sprieguma 127 V tiek noteikta strāva, kas ir nedaudz mazāka par 1 A. Tajā pašā laikā 1 sekundē lādiņš, kas ir gandrīz vienāds ar 1 C, iziet cauri šķērsgriezumam. -diriģenta sadaļa.

Elektrisko lādiņu noteikšanai un mērīšanai izmanto elektrometru. Elektrometrs sastāv no metāla stieņa un rādītāja, kas var griezties ap horizontālo asi (2. att.). Stienis ar bultiņu ir nostiprināts organiskā stikla uzmavā un ievietots cilindriskā metāla korpusā, aizvērts ar stikla pārsegiem.

Elektrometra darbības princips. Pieskarsimies pozitīvi lādētam stienim elektrometra stienim. Mēs redzēsim, ka elektrometra adata novirzās par noteiktu leņķi (sk. 2. att.). Bultas griešanās ir izskaidrojama ar to, ka uzlādētam ķermenim saskaroties ar elektrometra stieni, elektriskie lādiņi tiek sadalīti pa bultiņu un stieni. Atgrūšanas spēki, kas darbojas starp līdzīgiem elektriskiem lādiņiem uz stieņa un rādītāju, izraisa rādītāja griešanos. Atkal elektrificēsim ebonīta stieni un vēlreiz ar to pieskaramies elektrometra stienim. Pieredze rāda, ka, palielinoties stieņa elektriskajam lādiņam, palielinās bultas novirzes leņķis no vertikālā stāvokļa. Līdz ar to pēc elektrometra adatas novirzes leņķa var spriest par elektriskā lādiņa vērtību, kas pārnesta uz elektrometra stieni.

Visu zināmo eksperimentālo faktu kopums ļauj izcelt šādas lādiņa īpašības:

Ir divu veidu elektriskie lādiņi, ko parasti sauc par pozitīvo un negatīvo. Pozitīvi lādēti ķermeņi ir tie, kas iedarbojas uz citiem lādētiem ķermeņiem tāpat kā stikls, kas elektrificēts berzes rezultātā ar zīdu. Ķermeņus, kas darbojas tāpat kā ebonīts, kas elektrificēts berzes rezultātā ar vilnu, sauc par negatīvi lādētiem. Nosaukuma “pozitīvs” lādiņiem, kas rodas uz stikla, izvēle un “negatīvs” lādiņiem uz ebonīta izvēle ir pilnīgi nejauša.

Lādiņus var pārnest (piemēram, tiešā kontaktā) no viena ķermeņa uz otru. Atšķirībā no ķermeņa masas, elektriskais lādiņš nav noteikta ķermeņa neatņemama īpašība. Vienam un tam pašam ķermenim dažādos apstākļos var būt atšķirīgs lādiņš.

Elektriskais lādiņš ir fizisks lielums, kas raksturo daļiņu vai ķermeņu īpašību iesaistīties elektromagnētiskā spēka mijiedarbībā. El z. parasti apzīmē ar burtiem q vai Q. Visu zināmo eksperimentālo faktu kopums ļauj izdarīt šādus secinājumus:

Ir divu veidu elektriskie lādiņi, ko parasti sauc par pozitīvo un negatīvo.

Lādiņus var pārnest (piemēram, tiešā kontaktā) no viena ķermeņa uz otru. Atšķirībā no ķermeņa masas, elektriskais lādiņš nav noteikta ķermeņa neatņemama īpašība. Vienam un tam pašam ķermenim dažādos apstākļos var būt atšķirīgs lādiņš.

Tāpat kā lādiņi atgrūž, atšķirībā no lādiņiem piesaista. Tas arī atklāj fundamentālo atšķirību starp elektromagnētiskajiem spēkiem un gravitācijas spēkiem. Gravitācijas spēki vienmēr ir pievilcīgi spēki.

Viens no dabas pamatlikumiem ir eksperimentāli noteikts elektriskā lādiņa nezūdamības likums .

Izolētā sistēmā visu ķermeņu lādiņu algebriskā summa paliek nemainīga:

q 1 + q 2 + q 3 + ... +qn= konst.

Elektriskā lādiņa nezūdamības likums nosaka, ka slēgtā ķermeņu sistēmā nevar novērot tikai vienas zīmes lādiņu rašanās vai izzušanas procesus.

No mūsdienu viedokļa lādiņu nesēji ir elementārdaļiņas. Visi parastie ķermeņi sastāv no atomiem, kas ietver pozitīvi lādētus protonus, negatīvi lādētus elektronus un neitrālas daļiņas - neitronus. Protoni un neitroni ir daļa no atomu kodoliem, elektroni veido atomu elektronu apvalku. Protona un elektrona elektriskie lādiņi ir tieši vienādi pēc lieluma un vienādi ar elementāro lādiņu e.

Neitrālā atomā protonu skaits kodolā ir vienāds ar elektronu skaitu čaulā. Šo numuru sauc atomskaitlis . Dotās vielas atoms var zaudēt vienu vai vairākus elektronus vai iegūt papildu elektronu. Šajos gadījumos neitrālais atoms pārvēršas par pozitīvi vai negatīvi lādētu jonu.

Lādiņu var pārnest no viena ķermeņa uz otru tikai daļās, kas satur veselu skaitu elementāru lādiņu. Tādējādi ķermeņa elektriskais lādiņš ir diskrēts daudzums:

Tiek saukti fiziskie lielumi, kas var iegūt tikai diskrētu vērtību sēriju kvantēts . Elementārā maksa e ir elektriskā lādiņa kvants (mazākā daļa). Jāpiebilst, ka mūsdienu elementārdaļiņu fizikā tiek pieņemts tā saukto kvarku eksistence - daļiņas ar dalītu lādiņu un Tomēr kvarki brīvā stāvoklī vēl nav novēroti.

Kopējos laboratorijas eksperimentos a elektrometrs - ierīce, kas sastāv no metāla stieņa un rādītāja, kas var griezties ap horizontālo asi.

Elektrometrs ir diezgan rupjš instruments; tas neļauj pētīt lādiņu mijiedarbības spēkus. Stacionāro lādiņu mijiedarbības likumu pirmais atklāja franču fiziķis K. Kulons 1785. gadā. Savos eksperimentos Kulons mērīja lādētu lodīšu pievilkšanas un atgrūšanas spēkus, izmantojot viņa izstrādātu ierīci – vērpes līdzsvaru (1.1.2. att.). ), kas izcēlās ar ārkārtīgi augstu jutību. Piemēram, līdzsvara baļķis tika pagriezts par 1°, iedarbojoties ar spēku aptuveni 10–9 N.

Mērījumu ideja bija balstīta uz Kulona izcilo minējumu, ka, ja uzlādēta lode nonāk saskarē ar tieši tādu pašu neuzlādētu, tad pirmās lādiņš tiks sadalīts vienādi starp tām. Tādējādi tika norādīts veids, kā mainīt bumbas lādiņu divas, trīs utt. reizes. Kulona eksperimentos tika mērīta mijiedarbība starp bumbiņām, kuru izmēri bija daudz mazāki par attālumu starp tām. Šādus uzlādētus ķermeņus parasti sauc punktu maksas.

Punkta lādiņš ir uzlādēts ķermenis, kura izmērus šīs problēmas apstākļos var neņemt vērā.

Tur ir arī: lineārais lādiņš t(tau)=dq/dl, l-garums, dq-vītnes lādiņš

Virsmas lādiņš: σ =dq/ds s-virsmas laukums (šūna/m 2)

Tilpuma lādiņš p(ro)=dq/dv (šūna/m3)

Mijiedarbības spēki pakļaujas trešajam Ņūtona likumam: Tie ir atgrūdoši spēki ar vienādām lādiņu pazīmēm un pievilcīgie spēki ar dažādām pazīmēm (1.1.3. att.). Stacionāro elektrisko lādiņu mijiedarbību sauc elektrostatiskais vai Kulons mijiedarbība. Tiek saukta elektrodinamikas nozare, kas pēta Kulona mijiedarbību elektrostatika .

Kulona likums ir spēkā ķermeņiem ar punktveida uzlādi. Praksē Kulona likums ir labi izpildīts, ja uzlādēto ķermeņu izmēri ir daudz mazāki par attālumu starp tiem.

Proporcionalitātes faktors k Kulona likumā ir atkarīgs no mērvienību sistēmas izvēles. Starptautiskajā SI sistēmā lādiņa mērvienību uzskata par kulons(Cl).

Kulons ir lādiņš, kas 1 s iet caur vadītāja šķērsgriezumu pie 1 A strāvas. Strāvas vienība (ampēri) SI ir kopā ar garuma, laika un masas vienībām pamatmērvienība.

Koeficients k SI sistēmā to parasti raksta šādi:

Pieredze rāda, ka Kulona mijiedarbības spēki pakļaujas superpozīcijas principam.

Ja uzlādēts ķermenis vienlaikus mijiedarbojas ar vairākiem uzlādētiem ķermeņiem, tad iegūtais spēks, kas iedarbojas uz doto ķermeni, ir vienāds ar to spēku vektoru summu, kas uz šo ķermeni iedarbojas no visiem citiem lādētiem ķermeņiem.

Superpozīcijas princips ir dabas pamatlikums. Tomēr tā lietošana prasa zināmu piesardzību, ja mēs runājam par ierobežota izmēra lādētu ķermeņu mijiedarbību (piemēram, divas vadošas uzlādētas bumbiņas 1 un 2). Ja trešo uzlādētu bumbiņu ieved divu uzlādētu lodīšu sistēmā, mijiedarbība starp 1 un 2 mainīsies, jo maksas pārdale.

Superpozīcijas princips nosaka, kad dotais (fiksēts) maksas sadalījums uz visiem ķermeņiem elektrostatiskās mijiedarbības spēki starp jebkuriem diviem ķermeņiem nav atkarīgi no citu lādētu ķermeņu klātbūtnes.