Электрический заряд. Два типа зарядов

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД. ДВА ТИПА ЗАРЯДОВ.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЗАРЯДА. ЗАКОН КУЛОНА

Электрический заряд. Два типа зарядов

Начнем наше знакомство с электрическими явлениями с очень простых опытов.

1-й опыт. Потрем эбонитовую[1] палочку кусочком шерстяной ткани, а затем прикоснемся этой палочкой к легкой бумажной гильзе. Мы увидим, что бумажная гильза будет отталкиваться от эбонитовой палочки (рис. 1.1,а). Если этой же палочкой прикоснуться ко второй бумажной гильзе, а затем подвесить обе гильзы рядом, то они будут отталкиваться друг от друга (рис. 1.1,б), значит, между гильзами возникают силы отталкивания. Обозначим гильзы на этом рисунке цифрой 1.

а)

б)

Рис. 1.1

2-й опыт. Потрем стеклянную палочку шёлковой тканью, а затем проделаем опыт с бумажными гильзами. Получим аналогичный результат (рис. 1.2). Обозначим гильзы на этом рисунке цифрой 2.

а)

б)

Рис. 1.2

3-й опыт. Теперь подвесим рядом две бумажные гильзы (рис. 1.3): 1 (которая была в соприкосновении с эбонитовой палочкой, потертой о шерсть) и 2 (которая соприкасалась со стеклянной палочкой, потертой о шелк). Гильзы притягиваются, значит, между гильзами 1 и 2 возникает сила притяжения.

Рассмотренный нами тип взаимодействия был известен еще в древности и получил название электрического взаимодействия.

При трении заряжаются электричеством (или приобретают заряды) тела, которые потом взаимодействуют. Экспериментально установлено, что существуют два типа зарядов, условно названных положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

Исторически было принято заряды, которые получает стеклянная палочка при трении о шёлк, называть положительными, а заряды, которые получает эбонитовая палочка при трении о шерсть, – отрицательными. (Могли бы назвать и наоборот.)

Основные понятия электростатики

Заряд есть неотъемлемое свойство некоторых элементарных частиц, наиболее важными из которых являются электрон и протон.

Заряды электронов и протонов одинаковы по величине и называются элементарными зарядами.

Существуют два вида зарядов, условно называемые положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

Заряд протона считается положительным и обозначается +е, а заряд электрона – отрицательным и обозначается –е.

Заряд тела равен алгебраической сумме зарядов элементарных частиц, составляющих тело. Если эта сумма равна нулю, тело называется электрически нейтральным.

Обычно электроны и протоны распределены в теле в равных количествах и с одинаковой плотностью. Поэтому алгебраическая сумма зарядов в каждом элементарном объеме тела равна нулю и каждый такой объем (и тело в целом) электрически нейтрален.

Если создать в теле избыток частиц какого-либо знака, то тело окажется заряженным. Заметим, что при трении эбонитовой палочки о шерсть на палочке создается избыток электронов, и она заряжается отрицательно. На стеклянной палочке при трении о шёлк создается избыток протонов (или недостаток электронов, так как именно электроны ушли со стекла в шёлк), поэтому стекло заряжается положительно.

Всякий заряд образуется совокупностью элементарных зарядов, поэтому всегда можно записать:

q = ±Ne, (1.1)

где N – натуральное число.

Экспериментально установлено, что величина заряда не зависит от скорости, с которой он движется. Кроме того, элементарные заряды могут возникать и исчезать. Но! Всегда возникают и исчезают одновременно два элементарных заряда разных знаков.

Например, электрон и позитрон (положительно заряженный электрон) при столкновении аннигилируют, т.е. превращаются в нейтральные частицы, называемые g-фотонами. В свою очередь, g-фотон, пролетая вблизи атомного ядра, может превратиться в пару электрон + позитрон.

Система называется электрически изолированной, если через ограничивающую ее поверхность не проникают заряженные частицы.

Закон сохранения элементарного заряда:

Суммарный заряд электрически изолированной системы не может измениться.

Закон Кулона

Если размерами заряженного тела можно пренебречь по сравнению с расстояниями до других тел, то такое тело называется точечным зарядом.

Закон Кулона:

Два неподвижных точечных заряда взаимодействуют в вакууме между собой с силой, прямо пропорциональной величине каждого из зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряды (рис. 1.4).