Який мінімальний заряд. Мінімальний ініціювальний заряд івв

Теми кодифікатора ЄДІ : електризація тіл, взаємодія зарядів, два види заряду, закон збереження електричного заряду.

Електромагнітні взаємодіїналежать до найбільш фундаментальних взаємодійв природі. Сили пружності та тертя, тиск газу та багато іншого можна звести до електромагнітних сил між частинками речовини. Самі електромагнітні взаємодії не зводяться до інших, глибших видів взаємодій.

Так само фундаментальним типом взаємодії є тяжіння - гравітаційне тяжіння будь-яких двох тіл. Однак між електромагнітними та гравітаційними взаємодіями є кілька важливих відмінностей.

1. Брати участь в електромагнітних взаємодіях можуть не будь-які, а лише зарядженітіла (мають електричний заряд).

2. Гравітаційна взаємодія – це завжди тяжіння одного тіла до іншого. Електромагнітні взаємодії можуть бути як тяжінням, так і відштовхуванням.

3. Електромагнітна взаємодія набагато інтенсивніша за гравітаційну. Наприклад, сила електричного відштовхування двох електронів у раз перевищує силу їх гравітаційного тяжіннядруг до друга.

Кожне заряджене тіло має деяку величину електричного заряду. Електричний заряд – це фізична величина, Що визначає силу електромагнітної взаємодії між об'єктами природи. Одиницею виміру заряду є кулон(Кл).

Два види заряду

Оскільки гравітаційна взаємодія завжди є тяжінням, маси всіх тіл невід'ємні. Але для набоїв це не так. Два види електромагнітної взаємодії - тяжіння та відштовхування - зручно описувати, вводячи два види електричних зарядів: позитивніі негативні.

Заряди різних знаків притягуються один до одного, а заряди різних знаків один від одного відштовхуються. Це показано на рис. 1; підвішеним на нитках кулькам повідомлено заряди того чи іншого знака.

Мал. 1. Взаємодія двох видів зарядів

Повсюдний прояв електромагнітних сил пояснюється тим, що в атомах будь-якої речовини є заряджені частинки: до складу ядра атома входять позитивно заряджені протони, а по орбітах навколо ядра рухаються негативно заряджені електрони.

Заряди протона і електрона рівні за модулем, а число протонів в ядрі дорівнює числу електронів на орбітах, і тому виявляється, що атом в цілому електрично нейтральний. Ось чому в звичайних умовахми не помічаємо електромагнітного впливуз боку навколишніх тіл: сумарний заряд кожного їх дорівнює нулю, а заряджені частинки рівномірно розподілені за обсягом тіла. Але при порушенні електронейтральності (наприклад, у результаті електризації) Тіло негайно починає діяти на оточуючі заряджені частинки.

Чому існує саме два види електричних зарядів, а не якесь інше їх число, Наразіневідомо. Ми можемо лише стверджувати, що прийняття цього факту як первинний дає адекватний опис електромагнітних взаємодій.

Заряд протону дорівнює Кл. Заряд електрона протилежний йому за знаком і дорівнює Кл. Величина

називається елементарним зарядом. Це мінімальний можливий заряд: вільних частинок з меншою величиною заряду в експериментах не виявлено. Фізика неспроможна поки пояснити, чому у природі є найменший заряд і його величина саме така.

Заряд будь-якого тіла завжди складається з цілогокількості елементарних зарядів:

Якщо , то тіло має надмірну кількість електронів (проти кількості протонів). Якщо ж , то навпаки, у тіла електронів не вистачає: протонів на більше.

Електризація тіл

Щоб макроскопічне тіло чинило електричний впливна інші тіла його потрібно електризувати. Електризація- це порушення електричної нейтральності тіла чи його частин. В результаті електризації тіло стає здатним до електромагнітних взаємодій.

Один із способів електризувати тіло - повідомити йому електричний заряд, тобто домогтися надлишку в даному тілізаряди одного знака. Це нескладно зробити за допомогою тертя.

Так, при натиранні шовком скляної палички частина її негативних зарядів йде на шовк. В результаті паличка заряджається позитивно, а шовк – негативно. А ось при натиранні вовною ебонітової палички частина негативних зарядів переходить із вовни на паличку: паличка заряджається негативно, а вовна – позитивно.

Цей спосіб електризації тіл називається електризацією тертям. З електризацією тертям ви стикаєтеся щоразу, коли знімаєте светр через голову;-)

Інший тип електризації називається електростатичною індукцією, або електризацією через вплив. І тут сумарний заряд тіла залишається рівним нулюале перерозподіляється так, що в одних ділянках тіла накопичуються позитивні заряди, в інших - негативні.

Мал. 2. Електростатична індукція

Давайте подивимося на рис. 2 . На деякій відстані від металевого тілазнаходиться позитивний заряд. Він притягує себе негативні заряди металу ( вільні електрони), які накопичуються на найближчих до заряду ділянках поверхні тіла. На далеких ділянках залишаються некомпенсовані позитивні заряди.

Незважаючи на те, що сумарний заряд металевого тіла залишився рівним нулю, у тілі відбувся просторовий розподіл зарядів. Якщо зараз розділити тіло вздовж пунктирної лінії, то права половина виявиться зарядженою негативно, а ліва – позитивно.

Спостерігати електризацію тіла можна з допомогою електроскопа. Простий електроскоп показано на рис. 3 (зображення із сайту en.wikipedia.org).

Мал. 3. Електроскоп

Що відбувається в даному випадку? Позитивно заряджена паличка (наприклад, попередньо натерта) підноситься до диска електроскопа і збирає негативний заряд. Внизу на рухомих листочках електроскопа залишаються некомпенсовані позитивні заряди; відштовхуючись один від одного, листочки розходяться в різні сторони. Якщо прибрати паличку, то заряди повернуться на місце і листочки обпадуть назад.

Явище електростатичної індукції у грандіозних масштабах спостерігається під час грози. На рис. 4 ми бачимо грозову хмару, що йде над землею.

Мал. 4. Електризація землі грозової хмарою

Усередині хмари є крижинки різних розмірів, які перемішуються висхідними потоками повітря, стикаються один з одним та електризуються. У цьому виявляється, що у нижній частині хмари накопичується негативний заряд, а верхній - позитивний.

Негативно заряджена нижня частина хмари наводить під собою на поверхні землі заряди. позитивного знака. Виникає гігантський конденсатор з колосальною напругою між хмарою та землею. Якщо цієї напруги буде достатньо для пробою повітряного проміжку, то станеться розряд – добре відома вам блискавка.

Закон збереження заряду

Повернемося наприклад електризації тертям - натирання палички тканиною. У цьому випадку паличка та шматок тканини набувають рівні за модулем і протилежні за знаком заряди. Їх сумарний заряд як дорівнював нулю до взаємодії, так і залишається рівним нулю після взаємодії.

Ми бачимо тут закон збереження заряду, Який говорить: в замкнутої системител алгебраїчна сума зарядів залишається незмінною при будь-яких процесах, що відбуваються з цими тілами:

Замкнутість системи тіл означає, що ці тіла можуть обмінюватися зарядами тільки між собою, але не з будь-якими іншими об'єктами, зовнішніми по відношенню до даної системи.

При електризації палички нічого дивного у збереженні заряду немає: скільки заряджених частинок пішло з палички – стільки ж прийшло на шматок тканини (або навпаки). Дивно те, що в складніших процесах, що супроводжуються взаємними перетвореннямиелементарних частинок та зміною числазаряджених частинок у системі, сумарний заряд все одно зберігається!

Наприклад, на рис. 5 показаний процес, при якому порція електромагнітного випромінювання(так званий фотон) перетворюється на дві заряджені частинки - електрон і позитрон . Такий процес виявляється можливим за певних умов - наприклад, в електричному полі атомного ядра.

Мал. 5. Народження пари електрон-позитрон

Заряд позитрону дорівнює модулю заряду електрона і протилежний йому за знаком. Закон збереження заряду виконано! Справді, на початку процесу ми мали фотон, заряд якого дорівнює нулю, а наприкінці ми отримали дві частки з нульовим сумарним зарядом.

Закон збереження заряду (поряд із існуванням найменшого елементарного заряду) є на сьогодні первинним науковим фактом. Пояснити, чому природа поводиться саме так, а не інакше, фізикам поки що не вдається. Ми можемо лише констатувати, що це факти підтверджуються численними фізичними експериментами.

Закони електролізу, відкриті Фарадеєм, свідчать на користь існування дрібних, неподільних кількостей електрики. При електролізі одна моль будь-якого - валентного елемента переносить заряд кулонів ( - постійна Фарадея). На один атом (точніше, іон) доводиться, таким чином, заряд

На одновалентний іон припадає заряд на двовалентний - заряд , на тривалентний - заряд і т.д.

Цю закономірність легко зрозуміти, якщо прийняти, що заряд є найменшою порцією заряду, елементарним зарядом.

Але закони електролізу можна розуміти й у тому сенсі, що є середньою порцією заряду, що переноситься одновалентним іоном; властивість - валентного іона переносити у раз більший заряд мало пояснюватися тоді не атомарної структурою електрики, лише властивостями іона. Тому з'ясування питання існування елементарного заряду необхідні прямі досліди з виміру дрібних кількостей електрики. Такі досліди були виконані американським фізикомРобертом Міллікеном (1868-1953) у 1909 р.

Установка Міллікена зображена схематично на рис. 348. Основною її частиною є плоский конденсатор 2,3, на пластини якого за допомогою перемикача 4 можна подавати різницю потенціалів того чи іншого знака.

Мал. 348. Схема досвіду вимірювання елементарного електричного заряду. Рентгенівська трубка 7 служить зміни заряду крапель; її випромінювання створює обсяг між пластинами 2 і 3 іони, які, прилипаючи до краплі, змінюють її заряд

У посудину 1 за допомогою пульверизатора вбризкуються дрібні краплі олії або іншої рідини. Деякі з цих крапель через отвір у верхній пластині потрапляють у простір між пластинами конденсатора, що освітлюється лампою 6. Краплі спостерігаються в мікроскоп через віконце 5; вони виглядають яскравими зірочками на темному тлі.

Коли між пластинами конденсатора немає електричного полякраплі падають вниз з постійною швидкістю. При включенні поля незаряджені краплі продовжують опускатися із постійною швидкістю. Але багато крапель при розбризкуванні набувають заряду (електризація тертям). На такі заряджені краплі діє, крім сили тяжіння, також сила електричного поля. Залежно від знаку заряду можна вибрати напрямок поля так, щоб електрична силабула спрямована назустріч силі тяжкості. У такому випадку заряджена крапелька після включення поля падатиме з меншою швидкістю, ніж відсутність поля. Можна підібрати значення напруженості поля так, що електрична сила перевершить силу ваги і крапля рухатиметься вгору.

В установці Міллікена можна спостерігати за однією і тією ж краплею протягом декількох годин; для цього достатньо вимикати (або зменшувати) поле, як тільки крапля почне наближатися до верхньої пластини конденсатора, і включати (або збільшувати) його знову, коли вона опускатиметься до нижньої пластини.

Рівномірність руху краплі свідчить про те, що сила, що діє на неї, врівноважується опором повітря, який пропорційний швидкості краплі. Тому для такої краплі можна написати рівність

де - сила тяжіння, що діє на краплю з масою, - швидкість краплі, - сила опору повітря (сила тертя), - коефіцієнт, що залежить від в'язкості повітря та розмірів краплі.

Вимірявши з допомогою мікроскопа діаметр краплі, отже, знаючи її масу, і визначивши далі швидкість вільного рівномірного падіння , ми можемо визначити (196.1) значення коефіцієнта , яке цієї краплі зберігається незмінним. Умова рівномірного рухудля краплі із зарядом, що піднімається зі швидкістю в електричному полі, має вигляд

(196.2)

З (196.2) отримуємо

Таким чином, проробивши з однією і тією ж краплею вимірювання без поля і за його наявності, знайдемо заряд краплі . Ми можемо змінити цей заряд. З цією метою служить рентгенівська трубка 7 (рис, 348), з допомогою якої можна іонізувати повітря конденсаторі. Іони, що утворилися, будуть захоплюватися крапелькою, і заряд її зміниться, ставши рівним . При цьому зміниться швидкість рівномірного руху краплі і вона стане рівною, так що

Цей мінімальний заряддорівнює, як бачимо, елементарному заряду, що виявляється у процесі електролізу. Важливо, що початковий заряд краплі є «електрика тертя», зміни ж цього заряду відбувалися за рахунок захоплення крапель іонів газу, утворених рентгенівськими променями. Таким чином, заряд, що утворюється при терті, заряди іонів газу та іонів електроліту складаються з однакових зарядів елементарних. Дані інших дослідів дозволяють узагальнити цей висновок: всі позитивні і негативні заряди, що зустрічаються в природі, складаються з цілого числа елементарних зарядів .

Зокрема, заряд електрона дорівнює абсолютного значенняодному елементарному заряду.

е - = 1,6 · 10 - 19 Кл (1.9)

Багато формули електрики входить просторовий множник 4p. Щоб позбутися його практично важливих формулах, закону Кулона записується в наступній формі:

Таким чином (1.11)

Звідки (1.12)

e 0 - називається електричної постійної.

§6: Теорія близькодії. Електричне поле.

Досвід показує, що між електрично зарядженими і намагніченими тілами, а також тілами, якими течуть електричні струмидіють сили, звані електромагнітними або електродинамічні. Щодо природи цих сил у науці висувалися дві протилежні точки зору. Більш рання з них (звана теорією далекодії) виходила з уявлення про безпосередню дію тіл на відстані без участі будь-яких проміжних матеріальних посередників. У цьому бездоказово передбачалося, що така дія миттєво, тобто. з нескінченно великою швидкістю(v®¥)!? Більше нова точказору, прийнята в даний час у фізиці, виходить з уявлення про те, що взаємодії передаються за допомогою особливого матеріального посередника, званого електромагнітним полем (це - так звана теорія близькодії). Відповідно до цієї теорії максимальна швидкістьпоширення взаємодій дорівнює швидкості світла у вакуумі: v = c (швидкість світла у вакуумі). Теорія далекодії черпала свої ідеї з вчення Ньютона про всесвітньому тяжінні. Величезні успіхи небесної механікиз одного боку і повна невдача хоч як не пояснити причини тяжіння з іншого боку, привели багатьох учених до уявлення, що тяжіння і електромагнітні силине потребують пояснення, а є “вродженими” властивостями самої матерії. У математичному відношенні теорія далекодії досягла високого ступенядосконалості завдяки роботам Лапласа, Гауса, Остроградського, Ампера, Пуассо. Її дотримувалася більшість фізиків до кінця XIXв. Майкл Фарадей був майже єдиним, хто дотримувався іншої точки зору. Він є основоположником фізичної теорії електромагнітного поля. Відповідно до теорії Фарадея дії одного тіла на інше може здійснюватися або безпосередньо при зіткненні або передаватися через проміжне середовище. Таким чином, центр уваги з вивчення зарядів і струмів, які є основними об'єктами теорії далекодії, Фарадей переніс на вивчення навколишнього простору. Цей простір з силами, що діють у ньому, називається електромагнітним полем.

Електрична взаємодіяздійснюється за схемою:

заряд ® поле ® заряд,

тобто. кожен заряд створює навколо себе електричне поле, яке діє з силою на решту всіх заряджених частинок, що знаходяться в цьому полі. Максвел показав, що електромагнітні взаємодії повинні поширитися зі швидкістю світла у вакуумі з»3 · 10 8 м/c. Це головний аргументна користь теорії близькодії. Про природі електричного поля можна сказати, що його матеріально, тобто. існує і має властивості властиві тільки йому. Серед найважливіших властивостейелектромагнітного поля можна відзначити такі:

1. Електричне поле уражається електричними зарядами та заповнює весь простір.

2. Електричне поле діє на заряди з певною силою.

Принцип суперпозицій полів. Щільність заряду.

Нехай поле створюється зарядом q1. Якщо для даної точки поля, яка визначається радіус-вектором r 12 , згідно із законом Кулона взяти відношення

то видно, що це відношення вже не залежить від пробного заряду q 2 і таким чином вираз, що стоїть у правій частині (1.13) може бути характеристикою поля, створюваного зарядом q 1 . Ця величина називається напругою електричного поля E!

Розмір напруженості ел. поля з відривом r від заряду q дорівнює

Напруженість – величина векторна. У векторному вигляді вона має вигляд:

З урахуванням (1.15) закон Кулону (1.4) можна записати у вигляді:

З (1.17) видно, що напруженість електричного поля дорівнює силі, що діє на одиничний позитивнийзаряд.

Розмірність напруженості [E]=H/Kл

Принцип суперпозиції

Досвід показує, що для електричного поля є справедливим принцип суперпозиції полів:

Якщо - напруженості полів, створюваних окремими зарядами у будь-якій точці простору, то напруженість у цій точці дорівнює сумі напруженостей.

де r i - Радіус-вектор, спрямований від заряду q i в точку спостереження.

Цей принцип справедливий до розмірів ядер r~10 - 15м.

Звертаємо увагу, що у (1.18) напруженості складаються векторно! За формулами (1.15) і (1.18) можна обчислити напруженість електричного поля, створюваного як точковими зарядами, а й зарядженими тілами будь-якої форми.

Щільність заряду.

Якщо заряджене тіло велике і його не можна розглядати як точковий заряд, то обчислення напруженості ел. Поля такого тіла необхідно знати розподіл зарядів усередині цього тіла. Цей розподіл характеризується функцією, яка називається об'ємною щільністюелектричних зарядів. За визначенням, об'ємною щільністю зарядівзв.

Розподіл зарядів вважається відомим, якщо відома функція r = r(x, y, z).

Якщо заряди розташовані на поверхні, то вводиться поверхнева щільністьзарядів

Розподіл зарядів поверхнею вважається відомим, якщо відома функція s = s (x, y, z).

Якщо заряди розподілені вздовж лінії, то вводиться лінійна щільність зарядів, яка за визначенням є:

Розподіл зарядів вважається відомим, якщо відома функція t = t (x, y, z).

§8: Силові лініїелектричне поле. Напруженість поля точкового заряду.

Електричне поле вважається відомим, якщо відомий вектор напруженості у кожній точці простору. Задати або подати поле на папері можна або аналітично, або графічно за допомогою силової лінії.

Електричний заряд- фізична величина, що характеризує здатність тіл вступати в електромагнітні взаємодії. Вимірюється у Кулонах.

Елементарний електричний заряд– мінімальний заряд, який мають елементарні частки(Заряд протона та електрона).

Тіло має заряд, значить має зайві або відсутні електрони. Такий заряд позначається q=ne. (він дорівнює числуелементарних зарядів).

Наелектризувати тіло- Створити надлишок і нестачу електронів. Способи: електризація тертямі електризація дотиком.

Точковий зоряд - заряд тіла, яке можна прийняти за матеріальну точку.

Пробний заряд() – точковий, малий за величиною заряд, обов'язково позитивний – використовується на дослідження електричного поля.

Закон збереження заряду:в ізольованій системі алгебраїчна сума зарядів всіх тіл зберігається постійною за будь-яких взаємодій цих тіл між собою.

Закон Кулону:сили взаємодії двох точкових зарядівпропорційні добутку цих зарядів, обернено пропорційні квадрату відстані між ними, залежать від властивостей середовища і спрямовані вздовж прямої, що з'єднує їх центри.

, де
Ф/м, Кл 2/нм2 - діелектр. пост. вакууму

- відносить. діелектрична проникність (>1)

- абсолютне діелектричне проникнення. середи

Електричне поле- Матеріальне середовище, через яке відбувається взаємодія електричних зарядів.

Властивості електричного поля:

Характеристики електричного поля:

Напруженість(E) – Векторна величина, рівна силі, що діє на одиничний пробний заряд, поміщений у цю точку.

Вимірюється Н/Кл.

Напрям- Таке ж, як і у чинної сили.

Напруженість не залежитьні з сили, ні з величини пробного заряду.

Суперпозиція електричних полів: напруженість поля, створеного кількома зарядами, дорівнює векторній сумі напруженостей полів кожного заряду:

Графічноелектронне поле зображують за допомогою ліній напруги.

Лінія напруженості- Лінія, дотична до якої в кожній точці збігається з напрямом вектора напруженості.

Властивості ліній напруженості: вони не перетинаються, через кожну точку можна провести лише одну лінію; вони не замкнуті, виходять із позитивного заряду і входять у негативний, або розсіюються в нескінченність.

Види полів:

Однорідне електричне поле– поле, вектор напруженості якого у кожній точці однаковий за модулем та напрямом.

Неоднорідне електричне поле– поле, вектор напруженості якого в кожній точці неоднаковий за модулем та напрямом.

Постійне електричне поле– Вектор напруженості не змінюється.

Непостійне електричне поле– Вектор напруженості змінюється.

Робота електричного поля з переміщення заряду.

, де F-сила, S-переміщення, - Кут між FіS.

Для однорідного поля: сила постійна.

Робота залежить від форми траєкторії; робота з переміщення замкнутої траєкторії дорівнює нулю.

Для неоднорідного поля:

Потенціал електричного поля- Відношення роботи, яке здійснює поле, переміщуючи пробний електричний заряд у нескінченність, до величини цього заряду.

-потенціал- Енергетична характеристика поля. Вимірюється у Вольтах

Різниця потенціалів:

Якщо
, то

, значить

-градієнт потенціалу.

Для однорідного поля: різниця потенціалів – напруга:

. Вимірюється у Вольтах, прилади – вольтметри.

Електроємність– здатність тіл накопичувати електричний заряд; відношення заряду до потенціалу, яке для даного провідника завжди є постійно.

.

Не залежить від заряду та залежить від потенціалу. Але залежить від розмірів та форми провідника; від діелектричних властивостей середовища.

, деr-розмір,
- проникність середовища довкола тіла.

Електроємність збільшується, якщо поруч є будь-які тіла – провідники або діелектрики.

Конденсатор- Пристрій для накопичення заряду. Електроємність:

Плоский конденсатор- Дві металеві пластини, між якими знаходиться діелектрик. Електроємність плоского конденсатора:

, де S - площа пластин, d - відстань між пластинами.

Енергія зарядженого конденсаторарівна роботі, яку здійснює електричне поле при перенесенні заряду з однієї пластини на іншу.

Перенесення малого заряду
, напруга зміниться на
, відбудеться робота
. Так як
, а З = const,
. Тоді
. Інтегруємо:

Енергія електричного поля:
, де V = Sl-обсяг, займаний електричним полем

Для неоднорідного поля:
.

Об'ємна щільність електричного поля:
. Вимірюється Дж / м 3 .

Електричний диполь - Система, що складається з двох рівних, але протилежних за знаком точкових електричних зарядів, розташованих на певній відстані один від одного (плечо диполя -l).

Основна характеристика диполя – дипольний момент - Вектор, рівний добутку заряду на плече диполя, спрямований від негативного зарядудо позитивного. Позначається
. Вимірюється у Кулон-метрах.

Диполь у однорідному електричному полі.

На кожен із зарядів диполя діють сили:
і
. Ці сили протилежно спрямовані та створюють момент пари сил – крутний момент: де

М - крутний момент F - сили, що діють на диполь

d- плече силl- плече диполя

p-дипольний моментE-напруженість

- кут міжрі Еq-заряд

Під дією моменту, що обертає, диполь повернеться і встановиться за напрямом ліній напруженості. Вектори pі Е будуть паралельні та односпрямовані.

Диполь у неоднорідному електричному полі.

Обертальний момент є, значить диполь повернеться. Але сили будуть нерівні, і диполь рухатиметься туди, де сила більша.

-градієнт напруженості. Чим вищий градієнт напруженості, тим вища бічна сила, яка стягує диполь. Диполь орієнтується вздовж силових ліній.

Власне поле диполя.

Але. Тоді:

.

Нехай диполь знаходиться в точці О, яке плече мало. Тоді:

.

Формула отримана з урахуванням:

Таким чином, різниця потенціалів залежить від синуса половинного кута, під яким видно точки диполя, і проекції дипольного моменту на пряму, що з'єднують ці точки.

Діелектрики в електричному полі.

Діелектрик- Речовина, що не має вільних зарядів, а значить і не проводить електричний струм. Однак насправді ж провідність існує, але вона мізерно мала.

Класи діелектриків:

з полярними молекулами (вода, нітробензол): молекули не симетричні, центри мас позитивних і негативних зарядів не збігаються, а значить, вони мають дипольний момент навіть у випадку, коли електричного поля немає.

з неполярними молекулами (водень, кисень): молекули симетричні, центри мас позитивних і негативних зарядів збігаються, отже, вони мають дипольного моменту за відсутності електричного поля.

кристалічні (хлорид натрію): сукупність двох грат, одна з яких заряджений позитивно, а інша – негативно; без електричного поля сумарний дипольний момент дорівнює нулю.

Поляризація- Процес просторового поділу зарядів, появи пов'язаних зарядів на поверхні діелектрика, що призводить до ослаблення поля всередині діелектрика.

Способи поляризації:

1 спосіб - електрохімічна поляризація:

На електродах – рух до них катіонів та аніонів, нейтралізація речовин; утворюються області позитивних та негативних зарядів. Струм поступово зменшується. Швидкість встановлення механізму нейтралізації характеризується часом релаксації – це час, протягом якого ЕРС поляризації збільшиться від 0 до максимуму з моменту накладання поля. = 10 -3 -10 -2 с.

2 спосіб - орієнтаційна поляризація:

На поверхні діелектрика утворюються полярні некомпенсовані, тобто. відбувається явище поляризації. Напруженість усередині діелектрика менша від зовнішньої напруженості. Час релаксації: = 10 -13 -10 -7 с. Частота 10 МГц.

3 спосіб - електронна поляризація:

Характерна неполярних молекул, які стають диполями. Час релаксації: = 10 -16 -10 -14 с. Частота 108 МГц.

4 спосіб - іонна поляризація:

Дві ґрати (NaіCl) зміщуються щодо один одного.

Час релаксації:

5 спосіб - мікроструктурна поляризація:

Характерний для біологічних структур, коли чергуються заряджені та незаряджені шари. Відбувається перерозподіл іонів на напівпроникних чи непроникних для іонів перегородках.

Час релаксації: =10 -8 -10 -3 с. Частота 1 КГц

Числові характеристики ступеня поляризації:

Електричний струм– це впорядкований рух вільних зарядів у речовині чи вакуумі.

Умови існування електричного струму:

наявність вільних зарядів

наявність електричного поля, тобто. сил, які діють ці заряди

Сила струму– величина, що дорівнює заряду, що проходить через будь-який поперечний переріз провідника за одиницю часу (1 секунду)

Вимірюється в Амперах.

n-концентрація зарядів

q– величина заряду

S– площа поперечного перерізу провідника

- Швидкість спрямованого руху частинок.

Швидкість руху заряджених частинок у електричному полі невелика – 7*10 -5 м/с, швидкість розповсюдження електричного поля 3*10 8 м/с.

Щільність струму- Величина заряду, що проходить за 1 секунду через перетин в 1 м 2 .

. Вимірюється А/м 2 .

- сила, що діє на іон з боку ел поля, дорівнює силі тертя

- рухливість іонів

- швидкість спрямованого руху іонів = рухливість, напруженість поля

Питома провідність електроліту тим більше, що більше концентрація іонів, їх заряд і рухливість. При підвищенні температури зростає рухливість іонів та збільшується електропровідність.

Припущення про те, що будь-який електричний заряд, що спостерігається в експерименті, завжди кратний елементарному, було висловлено Б. Франкліном в 1752 р. Завдяки дослідам М. Фарадея з електролізу величина елементарного заряду була обчислена в 1834 р. На існування елементарного електричного заряду також вказав у 1874 р. англійський вчений Дж. Стоні. Він увів у фізику поняття «електрон» і запропонував спосіб обчислення значення елементарного заряду. Вперше експериментально елементарний електричний заряд було виміряно Р. Міллікеном у 1908 р.

Електричний заряд будь-якої мікросистеми та макроскопічних тіл завжди дорівнює алгебраїчній суміелементарних зарядів, що входять до системи, тобто цілого кратного від величини е(Або нулю).

Встановлене на даний час значення абсолютної величиниелементарного електричного заряду складає е= (4, 8032068 0, 0000015). 10 -10 одиниць СДСЄ, або 1,60217733. 10-19 Кл. Обчислена за формулою величина елементарного електричного заряду, виражена через фізичні константи, дає значення елементарного електричного заряду: e= 4, 80320419 (21). 10 -10 або: е = 1, 602176462 (65) . 10-19 Кл.

Вважається, що цей заряд дійсно елементарний, тобто він не може бути розділений на частини, а заряди будь-яких об'єктів є цілими кратними. Електричний заряд елементарної частки є її фундаментальною характеристикою і залежить від вибору системи відліку. Елементарний електричний заряд точно дорівнює величиніелектричного заряду електрона, протона і багатьох інших заряджених елементарних частинок, які цим є матеріальними носіями найменшого заряду у природі.

Існує позитивний та негативний елементарний електричний заряд, причому елементарна частка та її античастка мають заряди протилежних знаків. Носієм елементарного негативного заряду є електрон, маса якого me= 9, 11. 10-31 кг. Носієм елементарного позитивного зарядує протон, маса якого mp= 1, 67. 10-27 кг.

Факт, що електричний заряд зустрічається у природі лише як цілого числа елементарних зарядів, можна назвати квантуванням електричного заряду. Багато заряджених елементарних частинок мають заряд е -або е+(Виняток - деякі резонанси із зарядом, кратним е); частинки з дробовими електричними зарядами не спостерігалися, однак у сучасної теоріїсильної взаємодії - квантової хромодинаміки - передбачається існування частинок - кварків - із зарядами, кратними 1/3 е.

Елементарний електричний заряд може бути знищений; цей факт становить зміст закону збереження електричного заряду на мікроскопічному рівні. Електричні заряди можуть зникати та виникати знову. Однак завжди виникають або зникають два елементарні заряди протилежних знаків.

Величина елементарного електричного заряду є константою електромагнітних взаємодій і входить до всіх рівнянь мікроскопічної електродинаміки.