Elektrifiering av kroppar, interaktion av laddningar

I den här artikeln kommer vi att försöka presentera en ganska generaliserad uppfattning om vad elektrifiering av kroppar är, och vi kommer också att beröra lagen om bevarande av elektrisk laddning.

Oavsett om den här eller den elektriska energikällan fungerar enligt principen, sker var och en av dem elektrifiering av fysiska kroppar, det vill säga separationen av elektriska laddningar som finns i den elektriska energikällan och deras koncentration på vissa platser, till exempel, på källans elektroder eller terminaler. Som ett resultat av denna process erhålls ett överskott av negativa laddningar (elektroner) vid en terminal av källan till elektrisk energi (katod), och en brist på elektroner vid den andra terminalen (anod), dvs. den första av dem är laddad med negativ elektricitet och den andra med positiv elektricitet.

Efter upptäckten av elektronen, elementarpartikeln med minimal laddning, efter att atomens struktur slutligen förklarats, blev de flesta fysiska fenomen relaterade till elektricitet också förklarliga.

Den materiella materia som utgör kropparna befinns i allmänhet vara elektriskt neutral, eftersom molekylerna och atomerna som utgör kroppen är neutrala under normala förhållanden, och kropparna har följaktligen ingen laddning. Men om en sådan neutral kropp gnuggar mot en annan kropp, då kommer några av elektronerna att lämna sina atomer och passera från en kropp till en annan. Längden på de banor som dessa elektroner färdas under sådan rörelse är inte mer än avståndet mellan angränsande atomer.

Men om kropparna efter friktion separeras, flyttas isär, kommer båda kropparna att laddas. Den kropp som elektronerna har passerat till kommer att bli negativt laddad, och den som donerat dessa elektroner kommer att få en positiv laddning, kommer att bli positivt laddad. Det här är elektrifiering.

Antag att det i någon fysisk kropp, till exempel i glas, var möjligt att avlägsna några av deras elektroner från ett betydande antal atomer. Det betyder att glaset, som förlorat en del av sina elektroner, kommer att laddas med positiv elektricitet, eftersom de positiva laddningarna i det fått en fördel framför de negativa.

Elektronerna som tas bort från glaset kan inte försvinna och måste placeras någonstans. Antag att efter att elektronerna har tagits bort från glaset placeras de på en metallkula. Det är då uppenbart att metallkulan som tar emot ytterligare elektroner laddas med negativ elektricitet, eftersom negativa laddningar i den prioriteras framför positiva.

Elektrifiera den fysiska kroppen — innebär att skapa ett överskott eller brist på elektroner i den, dvs. stör balansen mellan två motsatser i den, nämligen positiva och negativa laddningar.

Att elektrifiera två fysiska kroppar samtidigt och tillsammans med olika elektriska laddningar — innebär att dra ut elektroner från en kropp och överföra dem till en annan kropp.

Om en positiv elektrisk laddning har bildats någonstans i naturen, måste en negativ laddning av samma absoluta värde oundvikligen uppstå samtidigt med den, eftersom varje överskott av elektroner i någon fysisk kropp uppstår på grund av deras brist i någon annan fysisk kropp.

De olika elektriska laddningarna framträder i elektriska fenomen som undantagslöst åtföljande motsatser, vars enhet och samverkan utgör det inre innehållet i elektriska fenomen i ämnen.

Neutrala kroppar blir elektrifierade när de ger eller tar emot elektroner, i båda fallen får de en elektrisk laddning och upphör att vara neutrala. Här uppstår inte de elektriska laddningarna från ingenstans, laddningarna separeras bara, eftersom elektronerna redan fanns i kropparna och helt enkelt ändrade sin plats, flyttar elektronerna från en elektrifierad kropp till en annan elektrifierad kropp.

Tecknet på den elektriska laddningen som är ett resultat av kropparnas friktion beror på dessa kroppars natur, på tillståndet på deras ytor och på ett antal andra orsaker. Därför är möjligheten inte utesluten att samma fysiska kropp i ett fall laddas med positiv och i ett annat med negativ elektricitet, till exempel metaller när de gnides mot glas och ull blir negativt elektrifierade och när de gnides mot sudd – positivt.

En lämplig fråga skulle vara: varför strömmar inte elektrisk laddning genom dielektrikum utan genom metaller? Poängen är att i dielektrika är alla elektroner bundna till kärnorna i sina atomer, de har helt enkelt inte förmågan att röra sig fritt i hela kroppen.

Men i metaller är situationen annorlunda. Elektronbindningar i metallatomer är mycket svagare än i dielektrika, och vissa elektroner lämnar lätt sina atomer och rör sig fritt i hela kroppen, det är de så kallade fria elektronerna som ger laddningsöverföring i ledningar.

Separation av laddningar sker både under friktion av metallkroppar och under friktion av dielektrikum. Men i demonstrationer används dielektrikum: ebonit, bärnsten, glas. Detta tillgrips av den enkla anledningen att eftersom laddningarna inte rör sig genom volymen i dielektrikum, förblir de på samma ställen på ytorna av de kroppar som de uppstod från.

Och om genom friktion, säg, för pälsen, en metallbit blir elektrifierad, så kommer laddningen, som bara hinner förflytta sig till sin yta, omedelbart rinna av på försöksledarens kropp, och en demonstration, till exempel, med dielektriska, kommer inte att fungera. Men om en metallbit isoleras från försöksledarens händer, kommer den att förbli på metallen.

Om laddningen av kropparna släpps endast under elektrifieringsprocessen, hur beter sig då deras totala laddning? Enkla experiment ger svar på denna fråga. Ta en elektrometer med en metallskiva fäst vid dess stav och placera en bit ylletyg över skivan, lika stor som den skivan. Ovanpå vävnadsskivan placeras en annan ledande skiva, samma som på elektrometerstaven, men utrustad med ett dielektriskt handtag.

Genom att hålla i handtaget flyttar försöksledaren den övre skivan flera gånger, gnuggar den mot vävnadsskivan som ligger på skivan på elektrometerstaven och flyttar den sedan bort från elektrometern. Elektrometerns nål böjer sig när skivan tas bort och förblir i det läget. Detta indikerar att en elektrisk laddning har utvecklats på ylletyget och på skivan som är fäst vid elektrometerstaven.

Skivan med handtaget bringas sedan i kontakt med den andra elektrometern, men utan att skivan är fäst vid den, och dess nål observeras avböjas med nästan samma vinkel som nålen på den första elektrometern.

Experimentet visar att båda skivorna under elektrifieringen fick laddningar av samma modul. Men vad är tecknen på dessa anklagelser? För att svara på denna fråga är elektrometrar anslutna med en tråd. Elektrometerns nålar kommer omedelbart att återgå till nollpositionen där de var innan experimentet började. Laddningen neutraliserades, vilket betyder att laddningarna på skivorna var lika stora men motsatta i tecken, och totalt gav noll, som innan experimentet började.

Liknande experiment visar att under elektrifiering bevaras den totala laddningen av kroppar, det vill säga om den totala mängden var noll före elektrifiering, så blir den totala mängden noll efter elektrifiering... Men varför händer detta? Om du gnuggar en ebenholtspinne på en trasa kommer den att bli negativt laddad och duken positivt laddad, och det är ett välkänt faktum. Ett överskott av elektroner bildas på ebonit när det gnides på ull, och ett motsvarande underskott på tyg.

Laddningarna kommer att vara lika i modul, eftersom hur många elektroner som har passerat från tyget till eboniten, eboniten har fått en sådan negativ laddning, och samma mängd positiv laddning har bildats på duken, eftersom elektronerna som har lämnat tyg är den positiva laddningen på tyget. Och överskottet av elektroner på eboniten är exakt lika med bristen på elektroner på tyget. Avgifterna är motsatta i tecken men lika stora. Uppenbarligen bevaras full laddning under elektrifiering; det är lika med noll totalt.

Dessutom, även om laddningarna på båda kropparna var från noll före elektrifiering, är den totala laddningen fortfarande densamma som före elektrifiering. Efter att ha betecknat laddningarna för kropparna före deras interaktion som q1 och q2, och laddningarna efter interaktionen som q1' och q2', kommer följande likhet att vara sann:

q1 + q2 = q1 ' + q2'

Detta innebär att för varje interaktion av kroppar den totala laddningen alltid bevaras. Detta är en av de grundläggande naturlagarna, lagen om bevarande av elektrisk laddning. Benjamin Franklin upptäckte det 1750 och introducerade begreppen "positiv laddning" och "negativ laddning". Franklin och föreslog att ange motsatta laddningar med «-» och «+»-tecken.

Inom elektronik Kirchhoffs regler eftersom strömmar följer direkt av lagen om bevarande av elektrisk laddning. Kombinationen av ledningar och elektroniska komponenter representeras som ett öppet system. Det totala inflödet av avgifter till ett givet system är lika med det totala utflödet av avgifter från det systemet. Kirchhoffs regler förutsätter att ett elektroniskt system inte nämnvärt kan ändra sin totala avgift.

I rättvisans namn noterar vi att det bästa experimentella testet av lagen om bevarande av elektrisk laddning är sökandet efter sådana sönderfall av elementarpartiklar som skulle vara tillåtna i fallet med icke-strikt bevarande av laddning. Sådana förfall har aldrig observerats i praktiken.

Andra sätt att elektrifiera fysiska kroppar:

1. Om zinkplattan är nedsänkt i en lösning av svavelsyra H2SO4, kommer den delvis att lösas upp i den. Några av atomerna på zinkplattan, som lämnar två av sina elektroner på zinkplattan, kommer att gå i lösning med en serie syror i form av dubbelladdade positiva zinkjoner. Som ett resultat kommer zinkplattan att laddas med negativ elektricitet (överskott av elektroner) och svavelsyralösningen kommer att laddas med positiv (överskott av positiva zinkjoner). Denna egenskap används för att elektrifiera zink i svavelsyralösning i en galvanisk cell som huvudprocessen för uppkomsten av elektrisk energi.

2. Om ljusstrålar faller på ytan av metaller som zink, cesium och några andra, så frigörs fria elektroner från dessa ytor till miljön. Som ett resultat laddas metallen med positiv elektricitet, och utrymmet runt den laddas med negativ elektricitet. Emissionen av elektroner från upplysta ytor av vissa metaller kallas den fotoelektriska effekten, som har funnits i solceller.

3. Om metallkroppen värms upp till ett tillstånd av vit värme, kommer de fria elektronerna att flyga från dess yta in i det omgivande utrymmet.Som ett resultat kommer metallen som har förlorat elektroner att laddas med positiv elektricitet och omgivningen med negativ elektricitet.

4. Om du löder ändarna på två olika trådar, till exempel vismut och koppar, och värmer deras förbindelsepunkt, så kommer de fria elektronerna delvis att passera från koppartråden till vismuten. Som ett resultat kommer koppartråden att laddas med positiv elektricitet, medan vismuttråden kommer att laddas med negativ elektricitet. Fenomenet elektrifiering av två fysiska kroppar när de absorberar termisk energi används i termoelement.

De fenomen som är förknippade med växelverkan mellan elektrifierade kroppar kallas elektriska fenomen.

Samspelet mellan elektrifierade kroppar bestäms av den sk Elektriska krafter som skiljer sig från krafter av annan karaktär genom att de får laddade kroppar att stöta bort och attrahera varandra, oavsett hastigheten på deras rörelse.

På detta sätt skiljer sig interaktionen mellan laddade kroppar, till exempel från den gravitationella, som endast kännetecknas av attraktionen av kroppar, eller från krafterna av magnetiskt ursprung, som beror på laddningarnas relativa rörelsehastighet, vilket orsakar magnetiska fenomen.

Elektroteknik studerar huvudsakligen lagarna för den yttre manifestationen av egenskaperna hos elektrifierade kroppar - lagarna för elektromagnetiska fält.

Vi hoppas att den här korta artikeln har gett dig en allmän uppfattning om vad elektrifiering av kroppar är, och nu vet du hur du experimentellt verifierar lagen om bevarande av elektrisk laddning med ett enkelt experiment.