Чому незаряджене тіло притягується до зарядженого. Взаємодія заряджених тіл, закони електродинаміки

Електричне поле

1 Електричний заряд

Електромагнітні взаємодіїналежать до найбільш фундаментальних взаємодійв природі. Сили пружності та тертя, тиск рідини та 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.Участь в електромагнітних взаємодіях можуть не будь-які, а тільки заряджені тіла (що 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 1042 разів перевищує силу їх гравітаційного тяжіннядруг до друга.

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

1.1 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: позитивні та негативні.

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

Рис. 1. Взаємодія двох видів зарядів

Повсюдний прояв електромагнітних силпояснюється 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 ( Одиниця виміру заряду визначається через одиницю виміру сили струму. 1 Кл - це заряд, що проходить через поперечний перерізпровідника за 1 с при силі струму 1 А.) тел: сумарний заряд кожного їх дорівнює нулю, а заряджені частки рівномірно розподілені за обсягом тіла. Але за порушення електронейтральності (наприклад, внаслідок електризації) тіло негайно починає діяти на оточуючі заряджені частки.

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 протона дорівнює 1,6 · 10-19 Кл. Заряд електрона протилежний йому за знаком і дорівнює -1,6 · 10 -19 Кл. Розмір e = 1,6 · 10 −19 Кл 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 q завжди складається з цілогокількість елементарних зарядів: q = ± Ne. Якщо q< 0, то тело имеет избыточное количество N электронов (по сравнению с количеством протонов). Если же q >0, то, навпаки, у тіла електронів немає: протонів на N більше.

1.2 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. В цьому випадку сумарний заряд тіла залишається рівним нулю, але перерозподіляється так, що в одних ділянках тіла накопичуються позитивні заряди, в інших – негативні.

Рис. 2. Електростатична індукція

Давайте подивимося на рис. 2. На деякій відстані від металевого тілазнаходиться позитивний заряд q. 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.

Рис. 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.

Рис. 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.

1.3 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 свідчить: замкнутої системиалгебраїчна сума зарядів залишається незмінною при будь-яких процесах, що відбуваються з цими тілами:

q1 + q2 +. . . + Qn = const.

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 перетвореннями елементарних частинокта зміною числа заряджених частинок у системі, сумарний заряд все одно зберігається! Наприклад, на рис. 5 показаний процес γ → e − + e +, при якому порція електромагнітного випромінюванняγ (так званий фотон) перетворюється на дві заряджені частинки - електрон e - і позитрон e +. Такий процес виявляється можливим за певних умов - наприклад, в електричному полі атомного ядра.

Рис. 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.

2 Закон Кулону

Взаємодія нерухомих (у даній інерційної системивідліку) зарядів називається електростатичним. Воно найпростіше вивчення.

Розділ електродинаміки, у якому вивчається взаємодія нерухомих зарядівназивається електростатикою. Основний закон електростатики – це закон Кулона.

за зовнішньому виглядузакон Кулона напрочуд схожий на закон всесвітнього тяжіннящо встановлює характер гравітаційної взаємодії точкових мас. Закон Кулона є законом електростатичної взаємодії точкових зарядів.

Точковий заряд- це заряджене тіло, розміри якого набагато менше інших розмірів, притаманних даної задачи. Зокрема, розміри точкових зарядів зневажливо малі проти відстанями з-поміж них.

Точковий заряд - така сама ідеалізація, як матеріальна точка, точкова маса і т. д. У разі точкових зарядів ми можемо однозначно говорити про відстань між ними, не замислюючись про те, між якими саме точками заряджених тіл ця відстань вимірюється.

Закон Кулону. Сила взаємодії двох нерухомих точкових зарядів у вакуумі прямо пропорційна добутку абсолютних величинзарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.

Ця сила називається кулонівській. Вектор кулонівської сили завжди лежить на прямій, яка поєднує взаємодіючі заряди. Для кулонівської сили справедливий третій закон Ньютона: заряди діють один на одного з силами, рівними за модулем і протилежними до напрямку.

Як приклад на рис. 6 показані сили F1 і F2, з якими взаємодіють два негативні заряди.

Рис. 6. Кулонівська сила

Якщо заряди, рівні за модулем q1 і q2, знаходяться на відстані r один від одного, то вони взаємодіють із силою

Коефіцієнт пропорційності k у системі СІ дорівнює:

k = 9 · 109 Н · м 2 / Кл 2 .

Якщо порівнювати із законом всесвітнього тяжіння, то роль точкових мас у законі Кулона грають точкові заряди, а замість гравітаційної постійної G стоїть коефіцієнт k. Математично формули цих законів влаштовані однаково. Важлива фізична відмінність у тому, що гравітаційне взаємодія завжди є тяжінням, а взаємодія зарядів може бути як тяжінням, і відштовхуванням.

Так сталося, що поряд з константою k є ще одна фундаментальна константаε 0 пов'язана з k співвідношенням

Константа ε0 називається електричною постійною. Вона дорівнює:

ε 0 = 1/4πk = 8,85 · 10 -12 Кл 2 / Н · м 2 .

Закон Кулона з електричною постійною виглядає так:

Досвід свідчить, що виконано так званий принцип суперпозиції. Він складається з двох тверджень:

1. Кулонівська сила взаємодії двох зарядів залежить від присутності інших заряджених тіл.
2. Припустимо, що заряд q взаємодіє із системою зарядів q1, q2, . . . , QN. Якщо кожен із зарядів системи діє на заряд q із силою F1, F2, . . . , Fn відповідно, то результуюча сила F, прикладена до заряду q з боку даної системи, дорівнює векторної суми окремих сил:

F = F1 + F2 +. . . + Fn

Принцип суперпозиції показано на рис. 7. Тут позитивний заряд q взаємодіє з двома зарядами: позитивним зарядом q1 та негативним зарядом q2.

Рис. 7. Принцип суперпозиції

Принцип суперпозиції дозволяє дійти одного важливого твердження.

Ви пам'ятаєте, що закон всесвітнього тяжіння справедливий насправді не тільки для точкових мас, а й для куль із сферично-симетричним розподілом маси (зокрема, для кулі та точкової маси); тоді r - відстань між центрами куль (від точкової маси до центру кулі). Цей факт випливає з математичної формизакону всесвітнього тяжіння та принципу суперпозиції.

Оскільки формула закону Кулона має ту саму структуру, що і закон всесвітнього тяжіння, і для кулонівської сили також виконано принцип суперпозиції, ми можемо зробити аналогічний висновок: за законом Кулона взаємодіятимуть дві заряджені кулі (точковий заряд із кулею) за умови, що кулі мають сферично-симетричний розподіл заряду; величина r у такому разі буде відстанню між центрами куль (від точкового заряду до кулі).

Значимість даного фактуми побачимо дуже скоро; зокрема, саме тому напруженість поля зарядженої кулі виявиться поза кулею такою самою, як і у точкового заряду. Але в електростатиці, на відміну від гравітації, із цим фактом треба бути обережним. Наприклад, при зближенні позитивно заряджених металевих куль сферична симетрія порушиться: позитивні заряди, взаємно відштовхуючись, прагнутимуть найбільш віддалених один від одного ділянок куль (центри позитивних зарядів будуть далі один від одного, ніж центри куль). Тому сила відштовхування куль у разі буде менше значення, яке вийде із закону Кулона при підстановці замість r відстані між центрами.

2.2 Закон Кулону в діелектриці

Відмінність електростатичного взаємодії від гравітаційного полягає у наявності сил відштовхування. Сила взаємодії зарядів залежить від середовища, в якому заряди знаходяться (а сила всесвітнього тяжіння від властивостей середовища не залежить). Діелектриками, або ізолятораминазиваються речовини, які проводять електричний струм.

Виявляється, що діелектрик зменшує силу взаємодії зарядів (порівняно з вакуумом). Більше того, на якій відстані один від одного заряди не знаходилися, сила їх взаємодії в даному однорідному діелектрику завжди буде в одне і те ж число разів менше, ніж на такій же відстані у вакуумі. Це число позначається і називається діелектричною проникністю діелектрика. Діелектрична проникністьзалежить від речовини діелектрика, але з його форми чи розмірів. Вона є безрозмірною величиною та може бути знайдена з таблиць. Таким чином, в діелектриці формули (1) і (2) набувають вигляду:

Діелектрична проникність вакууму, як бачимо, дорівнює одиниці. В інших випадках діелектрична проникність більше одиниці. Діелектрична проникність повітря настільки близька до одиниці, що з розрахунку сил взаємодії зарядів повітря користуються формулами (1) і (2) для вакууму.

Закон Кулона показує, що сила електричної взаємодіїпроявляється лише між двома зарядженими тілами. Дійсно, якщо у формулі (10.1) покласти , то при будь-якому значенні . Ми знаємо, однак, що заряджене тіло (наприклад, натерта паличка сургуча) здатне притягувати не наелектризовані тіла, наприклад, шматочки паперу (мал. 21) або металевої фольги.

Рис. 21. Притягнення незаряджених шматочків паперу до зарядженого сургуча

Насадимо паперову або металеву стрілку на вістря, укріплене на ізолюючій підставці так, щоб стрілка легко могла обертатися на вістря. Якщо поблизу такої стрілки помістити заряджене тіло, вона негайно повернеться так, що вісь її буде спрямована до зарядженого тіла (рис. 22). Повернувши стрілку рукою і знову відпустивши, ми виявимо, що вона знову повертається до попереднього положення. Який кінець стрілки виявиться зверненим до зарядженого тіла - справа випадку, але ніколи стрілка не зупиняється так, щоб вісь її склала помітний кут з напрямком на заряджене тіло.

Рис. 22. Заряджене тіло діє на незаряджену стрілку з металу або паперу, повертаючи її

Для пояснення цих взаємодій між зарядженими та незарядженими тілами слід згадати явище індукції (§8) та закон Кулона (§ 10). Усі тіла (шматочки паперу, стрілки) поблизу зарядженого тіла зазнають електризацію через вплив (індукцію), внаслідок якої заряди, що є в цих тілах, перерозподіляються так, що в одній частині тіла накопичуються надлишкові заряди одного знака, а в іншій – іншого (рис. 23). та 24).

Рис. 23. Пояснення тяжіння зарядженим сургучем незаряджених шматочків паперу

Рис. 24. Пояснення дії зарядженого тіла на незаряджену стрілку

При цьому ближче до зарядженого тіла, що впливає, виявляються заряди, знак яких протилежний знаку його заряду; однойменні заряди накопичуються в надлишку на віддаленому кінці. Взаємодія заряду тіла з індукованими зарядами відбувається за законом Кулона. Тому кожне тіло з індукованими зарядами одночасно притягується і відштовхується зарядженим тілом. Але відштовхування, що має місце між зарядами, що знаходяться на більшій відстані, слабше, ніж тяжіння. В результаті "незаряджені" тіла повертаються і притягуються зарядженим тілом, як це і спостерігається на досвіді.

12.1. Піднесіть заряджену паличку по черзі: до шматочка вати, що лежить на скляній пластинці, і до такого ж шматочка вати, покладеного на дерев'яний стіл. Чому шматочки вати притягуються до палички у другому випадку сильніше, ніж у першому? Дерево набагато кращий провідник, ніж скло.

Закон Кулона показує, що сила електричної взаємодії проявляється лише між двома зарядженими тілами. Дійсно, якщо у формулі (10.1) покласти , то при будь-якому значенні . Ми знаємо, однак, що заряджене тіло (наприклад, натерта паличка сургуча) здатне притягувати не наелектризовані тіла, наприклад, шматочки паперу (мал. 21) або металевої фольги.

Рис. 21. Притягнення незаряджених шматочків паперу до зарядженого сургуча

Насадимо паперову або металеву стрілку на вістря, укріплене на ізолюючій підставці так, щоб стрілка легко могла обертатися на вістря. Якщо поблизу такої стрілки помістити заряджене тіло, вона негайно повернеться так, що вісь її буде спрямована до зарядженого тіла (рис. 22). Повернувши стрілку рукою і знову відпустивши, ми виявимо, що вона знову повертається до попереднього положення. Який кінець стрілки виявиться зверненим до зарядженого тіла - справа випадку, але ніколи стрілка не зупиняється так, щоб вісь її склала помітний кут з напрямком на заряджене тіло.

Рис. 22. Заряджене тіло діє на незаряджену стрілку з металу або паперу, повертаючи її

Для пояснення цих взаємодій між зарядженими та незарядженими тілами слід згадати явище індукції (§8) та закон Кулона (§ 10). Усі тіла (шматочки паперу, стрілки) поблизу зарядженого тіла зазнають електризацію через вплив (індукцію), внаслідок якої заряди, що є в цих тілах, перерозподіляються так, що в одній частині тіла накопичуються надлишкові заряди одного знака, а в іншій – іншого (рис. 23). та 24).

Рис. 23. Пояснення тяжіння зарядженим сургучем незаряджених шматочків паперу

Рис. 24. Пояснення дії зарядженого тіла на незаряджену стрілку

При цьому ближче до зарядженого тіла, що впливає, виявляються заряди, знак яких протилежний знаку його заряду; однойменні заряди накопичуються в надлишку на віддаленому кінці. Взаємодія заряду тіла з індукованими зарядами відбувається за законом Кулона. Тому кожне тіло з індукованими зарядами одночасно притягується і відштовхується зарядженим тілом. Але відштовхування, що має місце між зарядами, що знаходяться на більшій відстані, слабше, ніж тяжіння. В результаті "незаряджені" тіла повертаються і притягуються зарядженим тілом, як це і спостерігається на досвіді.

Вивчення електричних явищ почалося в Стародавню Греціюзі спостереження, яке й породило згодом слово "електрика". Було помічено, що якщо натерти бурштин вовною, він починає притягувати дрібні предмети – наприклад, пушинки та пір'я. Бурштин по-грецьки електрон, тому цей вид взаємодії назвали електричним.

Сьогодні будь-хто може повторити цей знаменитий давньогрецький досвід навіть без бурштину.

Поставимо досвід

Розчешіть сухе волосся пластмасовим гребінцем і піднесіть її до маленьких шматочків паперу, не торкаючись його. Шматочки паперу притягуватимуться до гребінця (рис. 49.1).

Електричні взаємодії обумовлені наявністю тіл електричних зарядів.

Тіло, що має електричний заряд, називають електрично зарядженим (або просто зарядженим), а повідомлення тілам електричних зарядів називають електризацією.

Натертий бурштин набуває здатність до електричних взаємодій з тієї причини, що при терті він електризується. Згодом з'ясувалося, що бурштин – не виняток: при терті електризується багато тіла. Ви самі, напевно, не раз відчували, як вас "б'є струмом", коли ви торкаєтеся іншої людини після того, як зняли або одягли вовняний одяг. Це теж результат електризації при терті.

Досліди з наелектризованими тілами – наприклад, з натертим бурштином або гребінцем – показують, що наелектризовані тіла притягують незаряджені предмети. Нижче ми побачимо, що це тяжіння також зумовлено взаємодією електричних зарядів.

1. Багато господинь, намагаючись якнайретельніше витерти пил з меблів, довго труть поверхню меблів сухою ганчіркою. Але, на жаль – чим більше вони намагаються, тим швидше пил знову сідає на добре витерті поверхні. Те саме відбувається і тоді, коли ретельно протирають сухою ганчіркою монітор комп'ютера або ноутбука. Як це пояснити?

Для отримання заряджених тіл у шкільних дослідах з електрики зазвичай натирають шерстю ебонітову паличку або шовком – скляну. (Ебоніт – тверда речовиначорного кольору, що складається із сірки та каучуку.) В результаті палички набувають електричного заряду.

Поставимо досвід

Наелектризуємо одну легку металеву гільзу (металевий циліндр), торкнувшись її зарядженої. скляною паличкою, а іншу гільзу – торкнувшись до неї зарядженої ебонітовою паличкою. Ми побачимо, що гільзи почнуть притягуватись (рис. 49.2, а).
А ось дві гільзи, наелектризовані за допомогою однієї і тієї ж палички, завжди відштовхуватимуться – незалежно від того, якою паличкою ми користувалися для електризації гільз (рис. 49.2, б, в).

Цей досвід показує, що електричні заряди бувають двох типів: заряди того самого типу відштовхуються, а заряди різних типівпритягуються. Найчастіше говорять не про типи, а про знаки зарядів, називаючи їх позитивними та негативними. Справа в тому, що заряди протилежних знаків можуть компенсувати один одного (подібно до того, як сума позитивного і негативного чиселможе бути рівної нулю). Отже,

електричні заряди бувають двох знаків – позитивні та негативні.

Заряд скляної палички, натертої шовком, вважають позитивним, а заряд ебонітової пилки, натертою хутром чи шерстю – негативним.
Тіла, що мають заряд одного знака, називають зарядженими однойменно, а тіла, що мають заряди різних знаків, називають зарядженими різнименно.

Описаний вище досвід показав, що

однойменно заряджені тіла відштовхуються, а різноіменно заряджені – притягуються.

2. а) Чи можуть заряди трьох кульок бути такими, що будь-яка пара кульок взаємно відштовхується? взаємно притягується?
б) Чи можна визначити, не використовуючи інших тіл або приладів: який знак заряду кожної кульки? Чи мають усі кульки заряд одного й того самого знака?
в) Опишіть досвід, за допомогою якого можна визначити знак заряду кожної кульки.

Тіла, що не мають електричного заряду, називають незарядженими або електрично нейтральними. Майже всі навколишні тіла є нейтральними. Але це не означає, що вони не мають електричних зарядів!

Навпаки, в будь-якому тілі міститься величезна кількість позитивно і негативно заряджених частинок, як сумарний позитивний заряд, так і сумарний негативний заряд цих частинок колосальний (скоро ми в цьому переконаємося). Але ці позитивні і негативні заряди з дуже великою точністюкомпенсують одне одного.

2. Носії електричного заряду

Електричний заряд переноситься лише зарядженими частинками. Електричного заряду без частинок немає.

Заряджені частинки називають носіями електричного заряду. Якщо вони можуть переміщуватись у речовині, їх називають вільними носіями електричного заряду або просто вільними зарядами.

Найчастіше у ролі вільних зарядів виступають електрони. Як ви вже знаєте з курсу фізики основної школи, ці дуже легкі негативно заряджені частинки рухаються навколо масивного (порівняно з електронами) позитивно зарядженого атомного ядра. Саме електрони є вільними носіями заряду у металах.

Переносити електричний заряд можуть і іони – атоми, які втратили чи придбали чи кілька електронів. (Від грецького «іон» - мандрівник.) Втративши електрон (електрони) атом стає позитивно зарядженим іоном, а атом із надлишковим електроном (електронами) – негативно зарядженим іоном.

Наприклад, у розчині кухонної солі (NaCl) вільними зарядами є позитивно заряджені іони натрію та негативно заряджені іони хлору.

3. У який іон (позитивно або негативно заряджений) перетворюється атом, що втратив електрон?

4. Як змінюється маса атома, коли він стає: позитивним іоном? негативним іоном?

Найбільш віддалені від ядра електрони слабше пов'язані з ядром. Тому при тісному контакті двох тіл електрони можуть переходити з одного тіла до іншого (рис. 49.3). Це пояснює, чому при терті тіла часто електризуються.

В результаті електризації в одному тілі виникає надлишок електронів, і тому воно набуває негативного електричного заряду, а в іншому тілі виникає нестача електронів, внаслідок чого воно набуває позитивного заряду.

3. Провідники та діелектрики

Речовини, де є вільні носії електричного заряду, називають провідниками.

Хорошими провідниками є усі метали. Провідниками є також розчини солей та кислот – такі рідини називають електролітами. (Від грецького «літос» - розкладний, розчинний.) Електролітами є, наприклад, морська водата кров.

У металах вільними зарядами є електрони, а електролітах – іони.

Речовини, в яких немає вільних носіївелектричного заряду називають діелектриками.

Діелектриками є багато пластмас і тканин, сухе дерево, гума, скло, а також багато рідини - наприклад, гас і хімічно чиста (дистильована) вода. Гази, у тому числі повітря, також діелектрики.

Хоча в діелектриках вільних зарядів немає, це не означає, що вони не беруть участь у електричних явищ. Річ у тім, що у діелектриках є пов'язані заряди – це електрони, які можуть переміщатися у всьому зразку речовини, але можуть переміщатися у межах одного атома чи молекули.

Як ми побачимо нижче, це призводить до того, що діелектрики істотно впливають на взаємодію заряджених тіл: наприклад, вони можуть послабити його в десятки разів.

Саме завдяки зсуву пов'язаних зарядів незаряджені діелектричні тіла (наприклад, шматочки паперу) притягуються до заряджених тіл. Нижче ми розглянемо це докладніше.

4. Електризація через вплив

Завдяки тому, що у провідниках є вільні заряди, провідники можна заряджати, навіть не торкаючись до них зарядженими тілами. У цьому тіла заряджаються зарядами протилежних символів.

Поставимо досвід

З'єднаємо провідником дві металеві гільзи 1 та 2, що лежать на дерев'яному столі. Потім, не прибираючи провідник, піднесемо до гільзи 1 позитивно заряджену паличку, торкаючись нею гільзи (рис. 49.4, а). Частина вільних електронів, притягуючись до зарядженої палички, переміститься з гільзи 2 на гільзу 1. В результаті гільза 2 стане позитивно зарядженою, а гільза 1 - негативно.

Не видаляючи заряджену паличку, приберемо провідник, що з'єднує гільзи (рис. 49.4 б). Вони залишаться зарядженими, причому їх заряди дорівнюватимуть за модулем, але протилежні за знаком.

Тепер можна забрати і заряджену паличку: різноіменні заряди залишаться на гільзах.

Цей спосіб електризації тіл називають електризацією через вплив.

Зверніть увагу: електризація через вплив обумовлена ​​перерозподілом зарядів. Алгебраїчна сумазарядів тіл залишається при цьому рівною нулю: тіла набувають рівні за модулем і протилежні за знаком заряди.

5. Розкажіть докладно, як і чому змінився б результат описаного досвіду, якби спочатку видалили заряджену паличку, а потім провідник, що з'єднує гільзи. Проілюструйте вашу розповідь схематичними малюнками.

6. Поясніть, чому в описаному вище досвіді людина тримає металеву паличку, яка з'єднує гільзу, за дерев'яну ручку. Опишіть, що сталося б, якби під час проведення цього досвіду людина тримала металеву паличку безпосередньо рукою. Візьміть до уваги„що людське тілоє провідником.

5. Чому незаряджені тіла притягуються до заряджених?

З'ясуємо тепер, чому незаряджені тіла притягуються до заряджених.

Поставимо досвід

Наближемо до незарядженої металевої гільзи позитивно заряджену паличку (рис. 49.5). Вільні електрони гільзи притягнуть до позитивно зарядженої палички, тому на ближній до палички частини гільзи з'явиться негативний електричний заряд, а на дальній її частині через нестачу електронів виникне позитивний заряд.

В результаті гільза притягуватиметься до палички, тому що негативні заряди на гільзі знаходяться ближче до палички.

7. Поясніть, чому незаряджена металева гільза притягується також до негативно зарядженої палички.

Отже, незаряджений провідник притягується до зарядженого тіла, що має заряд будь-якого знака, внаслідок перерозподілу вільних зарядів у незарядженому провіднику.

8. На малюнку 49.6 показано взаємодію гільз А та В, а також гільз В та С. Відомо, що гільза А заряджена позитивно.
а) Чи можна стверджувати, що гільза В заряджена? Якщо так, то який знак її заряду?

в) Чи можна передбачити, як взаємодіятимуть гільзи А і С?

Незаряджений діелектрик також притягується до тіла, що має заряд будь-якого знака. Пояснюється це усуненням пов'язаних зарядів у діелектриці: лежить на поверхні діелектрика виникають заряди різних знаків, причому ближче до зарядженому тілу виявляються заряди протилежного із нею знака. Це і призводить до тяжіння.

Нижче ми розглянемо усунення пов'язаних зарядів у діелектриці докладніше.

6. Роль електричних взаємодій

Саме існування атомів обумовлено електричною взаємодією позитивно заряджених ядер та негативно заряджених електронів.

Електричну природу має також взаємодію атомів і молекул: завдяки йому атоми об'єднуються в молекули, а нз атомів і молекул утворюються рідкі і тверді тіла. Електрична взаємодія нейтральних атоміві молекул пояснюється нерівномірним розподілом електричного заряду у яких.

Електричними взаємодіями зумовлені і багато процесів у живому організмі. Зокрема, електричною є природа імпульсів у нервових клітинах, у тому числі - у клітинах головного мозку.

Електричні взаємодії набагато інтенсивніше, ніж гравітаційні. Наприклад, сила електричного відштовхування двох електронів перевищує силу їхнього гравітаційного тяжіння приблизно в 4 * 10 42 разів. У порівнянні з цим величезним числомздається крихітною навіть постійна Авогадро! У § 50 ми перевіримо цю порівняльну оцінку сил електричної та гравітаційної взаємодії.

Але якщо електрична взаємодія є такою сильною, чому ж ми помічаємо її навколо себе так рідко?

Справа в тому, що практично всі навколишні тіла електрично нейтральні: величезний сумарний позитивний електричний заряд атомних ядерз дуже великою точністю компенсується рівним йому за модулем сумарним негативним зарядом електронів.

Тільки завдяки цій компенсації ми й не помічаємо, наскільки великі сили електричної взаємодії, «заховані» всередині речовини.

Ця взаємна компенсація зарядів в навколишніх тілах не означає, однак, що електричні сили ніяк не проявляють себе, наприклад, у механічних явищах. Насправді ми неявно враховували ці сили щодо механіки.

Як ви пам'ятаєте, у механіці розглядають три види сил – сили тяжіння, сили пружності та сили тертя. Дві з цих сил – сила пружності та сила тертя – зумовлені взаємодією атомів та молекул, з яких складаються тіла, а взаємодія атомів та молекул, як ми вже знаємо, має електричну природу.

Додаткові запитання та завдання

9. Дві однакові гільзи висять поряд на нитках однакової довжини. На червоній нитці висить заряджена гільза, а на синій незаряджена. Яка нитка сильніше відхилена від вертикалі?

10. Дві металеві гільзи, що висять поряд на нитках, відштовхуються. Як взаємодіятимуть ці гільзи, якщо торкнутися рукою однієї з них?
11. На малюнку 49.7 показано, як взаємодіють гільзи А та В, а також гільзи В та С.
а) Що можна сказати про заряд гільзи?
б) Що можна сказати про заряд гільзи С?

12. Легка металева кулька підвішена між двома вертикальними металевими пластинами, Заряди яких мають протилежні знаки (рис. 49.8). Опишіть, що відбуватиметься після того, як кулька торкнеться однієї із пластин.

10. Елементарний електричний заряд. Закон збереження електричного заряду . Закон Кулону. Напруженість електричного поля. Принцип суперпозиції електричних полів.

Електричні явища.

Будь-яка спостережлива людина (навіть людина кам'яного віку) могла виявити, що при терті один про одного деяких речей, зроблених з різних матеріалів, вони набувають цікава властивістьпритягувати дрібні предмети: смітники, волосся, пушинки. Найбільш помітно ця властивість проявляється у затверділої смоли – бурштину при натиранні його шерстю. Грецькою бурштин – електрон, тому такі явища стали називати електричними. На відміну від механічного взаємодії тіл за безпосереднього контакту друг з одним (що видно неозброєним оком) в електричних явищах тіла механічно взаємодіють, друг з одним не стикаючись. Це незвичайна властивістьзвернуло на себе увагу. Кожен із Вас, знімаючи светр чи сорочку, чув, що іноді лунають клацання та потріскування, а в темряві можна навіть помітити спалахи світла чи іскорки. Після ходьби по синтетичних килимових покриттях не дуже приємно торкатися металевих предметів (ручок дверей, замків) – виникають дуже чутливі електричні розряди. Вплив на руку з'являється до того, як вона торкнеться ручки дверей або замка.

Грандіозні прояви електрики – блискавки – завжди цікавили людей, але через їхню «самостійність», тобто неможливість зробити руками людини щось подібне, блискавки пояснювалися в різних релігіяхвиявом гніву вищих сил.

З появою вільного часу в деяких людей виявилися дослідницькі інтереси, і було встановлено, що існує не дуже багато способів отримати електрично заряджені тіла і лише кілька правил, яким підкоряються взаємодії заряджених тіл.

Скільки є сортів зарядів?

Тіла невеликих розмірів, що мають електричні властивості, притягуються або відштовхуються один від одного. Якщо однакові тіла заряджалися тим самим способом, всі вони відштовхуються друг від друга. Різні тіла, які набувають електричних властивостей в результаті тертя один про одного, притягуються один до одного. Для порівняння електричних властивостейтіл перевірялася їхня взаємодія з «еталонними» зарядженими тілами. Одні з них відштовхувалися від ебонітової (бурштинової) палички, потертої об шерсть, інші відштовхувалися від скляної палички, потертою об шовк. Існують, таким чином, лише два сорти електричних властивостей тіл. За аналогією з математичними правилами було запроваджено два знаки, що характеризують природу електричних властивостей – «плюс» та «мінус». Заряд, отриманий на склі, потертому об шовк, назвали позитивним, а заряд на ебоніті, потертому вовну, назвали негативним.()

Притягнення та відштовхування

Було з'ясовано, що тіла, що мають заряди різних знаків, завжди притягуються один до одного. Виявилося, однак, що тіла, заряджені зарядами одного знака, іноді один від одного відштовхуються, іноді притягуються один до одного, а в деяких випадках можуть поводитися так, ніби вони не заряджені зовсім. Необхідною умовою відштовхуваннязаряджених тіл є однаковість знаків їх зарядів. Тяжіннязаряджених тіл може мати місце як при однакових, так і при різних знакахзарядів тел. Виявляється, що притягуватися можуть і два тіла, одне з яких зовсім не має електричного заряду. Тобто для тяжіння тіл достатньою є наявність заряду лише на одному тілі. З усього перерахованого вище ясно, що тільки в одному випадку можна чітко зробити висновок про характер зарядів на тілах. (В якому випадку?)

Відповідь: якщо два заряджених тіла, що не стикаються, відштовхуються один від одного, то вони точно мають заряди одного знака!

Заряджені та незаряджені тіла можуть не тільки притягатися або відштовхуватися, а й «орієнтувати» одне одного. Наприклад, незаряджена паличка, підвішена на нитці горизонтально поблизу зарядженої кульки на одній висоті з нею, завжди орієнтується «на кульку». Це означає, що на тіло (в даному випадку на паличку) діє механічний момент сил. Пояснення такого «орієнтування» зводиться до міркування про «тяжіння» і «відштовхування» різними зарядженими частинами тіла.

Ще раз переконаємось у тому, що незаряджені тіла, як і заряджені тіла, можуть притягатися одне до одного. Листок паперу (згорнутий у трубочку) підвішується на нитці. Незаряджений листок притягується до зарядженої ебонітової палички (або пластикової пляшки). Два такі незаряджені листочки, підвішені поруч, притягуються один до одного при піднесенні до них зарядженої палички. Механізм їх взаємного тяжінняаналогічний механізму, який змушує металеві кульки в магнітному полі вишиковуватися в ланцюжки.

Способи поділу зарядів

Серед причин появи по-різному заряджених тіл найвідомішою є тертя тіл одне одного. При відділенні сучасних наклейок від шару паперу або пластику розділені предмети набувають різних зарядів. Тіла можуть придбати заряд у результаті освітлення їх світлом із досить короткими довжинами хвиль. В результаті значного нагріву предмети зазвичай набувають позитивного заряду. Заряди можуть розділятися внаслідок радіоактивності самого тіла або сусідніх із ним тіл.

Поділ зарядів у спочатку незаряджених тілах відбувається, коли вони знаходяться поблизу зарядженого тіла (в електростатичному полі). Якщо два провідні струми тіла спочатку привести в дотик, а потім знову «розвести» тіла на деяку відстань, то кожне з тіл набуває заряду. Надалі при кількісні дослідженнябуло встановлено, що сумарний електричний заряд ізольованої системи тел зберігається! Цей висновок із експериментів отримав назву закону збереження заряду.

Найцікавіше те, що заряди завжди з'являються парами. Якщо одне з тіл набуло позитивного заряду, то друге тіло набуває негативного заряду, причому виникають різні заряди буквально «разом». Це означає, що така подія як одночасне виникнення в різних місцях зарядів протилежного знакахоч і не суперечить закону збереження заряду, але ніколи не спостерігається!

Дискретність електричних зарядів

Відомо, що якщо привести в дотик дві однакові провідні кульки, одна з яких до зіткнення була зарядженою, а інша ні, то після розведення цих кульок на кожному з них буде один і той же заряд, що становить половину від початкового заряду зарядженої кульки. Що буде, якщо ділити в такий спосіб заряд знову і знову? Чи можна цей процес вести нескінченно? Питання не позбавлене сенсу, але експеримент, який встановив, що процес розподілу не може продовжуватися нескінченно, був поставлений інакше. Експеримент придумав та здійснив Міллікен. У ньому маленькі крапельки олії утримувалися у повітрі у стані спокою за рахунок того, що мали електричний заряд, та крім гравітаційного поляна них діяло ще й електричне поле. Повітря разом із крапельками освітлювалося ультрафіолетовим світлом, і заряди крапель зрідка під впливом світла змінювалися. Міллікен встановив, що заряди крапельок завжди дорівнювали цілому числу, помноженому на деякий дуже малий заряд, який був названий елементарним зарядом. Його величина у системі СІ дорівнює: 1,6×10-19Кл.

Електроскоп

Для безпосереднього спостереження електричної взаємодії заряджених тіл було винайдено безліч способів та пристроїв. Один із пристроїв, зване електроскопом, складається зі скляної посудини, в якій знаходиться металевий стриженьз двома дуже легкими металевими пелюстками. Якщо електроскоп заряджений, то ці пелюстки, відштовхуючись один від одного, розходяться. Це помітно неозброєним оком. Чим сильніше заряджений електроскоп, тим більше більший кутрозходяться пелюстки.

Експерименти

Ефектні демонстрації електричної взаємодії тіл можна виконати із найпростішим обладнанням. Для проведення експерименту потрібні: нитка, кулька для настільного тенісу, алюмінієва фольга, порожня пластикова пляшка та сухий папір. Якщо в кабінеті демонстрацій є ебонітова та скляна палички, їх також можна використовувати.

Кулька обертається фольгою і підвішується на нитки довжиною 1,5 – 2 метри. Пляшка заряджається (негативним зарядом) натиранням об папір. Незаряджена кулька притягується до зарядженої пластикової пляшки (і скляної палички, і ебонітової палички). Якщо кульку зарядити, доторкнувшись до неї зарядженим предметом, то вона відштовхуватиметься тільки від предмета з тим же знаком заряду, якщо знаходиться далеко від нього. (Якщо ж кулька знаходиться близько до зарядженого предмета, то вона може і притягуватися!)

Існує велика кількістьпар матеріалів та предметів, які при терті один про одного поділяють заряди. Пару «суха газета – гумова надувна кулька» можна показати в дії. Після інтенсивного «натирання» кульки газетою він починає притягуватися до рук, а якщо його піднести до стелі, то залишається висіти під стелею.

Ще приклади:

Поліетиленовий листок, потертий вовну, прилипає до стіни, дошки, долоні.

Шовкова білизна або синтетичні сукні іноді поводяться небажаним для дівчат чином, обліплюючи ноги та завдаючи інших незручностей.

Приклади прояву статичної електрики у побуті та на виробництві:

Пил збирається на моніторі комп'ютера та на кінескопі телевізора, а всередині цих приладів він концентрується на кількох окремих деталях. Статична електрикавикористовується в сучасних друкувальних та копіювальних пристроях (ксерокс, лазерний принтер). Щоб уникнути неприємних наслідків електричних розрядівмашини, що перевозять рідке пальне (бензин, солярку), обов'язковому порядкуобладнуються електростатичними розрядниками, якими служать металеві ланцюжки, закріплені на корпусі автомобіля, що стосуються дороги. Для зменшення чи виключення електростатичної зарядки тканин (шовку, синтетики) їх обробляють рідиною «антистатиком». Висихаючи, така рідина створює на тканині тонкий шар речовини, яким електричні заряди можуть переміщатися.

Провідні та непровідні заряди тіла

Існують речовини та матеріали, які добре «передають через себе» електричні заряди, і, відповідно, існують речовини та матеріали, які роблять це погано. Наприклад, якщо з'єднати два однакових електроскопи, один з яких (1) був заряджений, а інший (2) – ні, сталевим дротом, то обидва через дуже короткий час «показуватимуть», що вони заряджені. Щоправда, кожен буде заряджений меншою мірою, ніж був заряджений перший електроскоп. Якщо з'єднати ці електроскопи дерев'яною паличкою, то заряд від одного до іншого буде передаватися настільки повільно, що цей процес може розтягнутися на секунди і навіть хвилини. Властивість фізичного тіладобре чи погано проводити електрику залежить і від природи тіла, і від її стану, і від зовнішніх умов, де знаходиться тіло.

Мокрі листочки паперу – провідні тіла, а сухі – непровідні. Гарячий (розпечений) ебоніт – проводить заряди, а за нормальної температури немає! Сухе повітря при нормальній температурі не проводить заряди (тіла, що висять на шовковій нитці, довго не розряджаються), а при високій температурі(У полум'ї, у стовбурі блискавки) проводить заряди добре. Існують цікаві матеріали, які при нормальних температурахпроводять електрику погано, а при зниженні температури до 100К стають надпровідниками. Матеріали, що погано проводять електрику, називають ізоляторами.

Для пояснення властивостей матеріалів проводити (чи ні) електрику було введено модельне уявленняпро наявність усередині таких матеріалів «вільних зарядів». Якщо вільних зарядів багато, то матеріал, що проводить – його називають провідником. Якщо вільних зарядів мало – цей матеріал є ізолятором. Діапазон відносин концентрацій вільних носіїв зарядів відповідно до такого подання (моделлю) у хороших провідниках (срібло) та хороших ізоляторах (ебоніт) становить більш ніж 1020.

Внутрішню будову провідників, ізоляторів та інших матеріалів ми маємо вивчити в курсі фізики після того, як ми дізнаємося про влаштування атомів, з яких складається будь-яка речовина.

Закон взаємодії нерухомих точкових зарядів

При експериментальному дослідженніелектричної взаємодії у повітрі всього двох однакових тіл невеликих розмірів легко встановити, що сила, що діє з боку одного тіла на інше, спрямована вздовж лінії, що з'єднує ці два тіла.

Кількісне вивчення взаємодії заряджених тіл призвело французького фізика Шарля Огюстена Кулона до висновку, що величина сили взаємодії двох точкових () зарядів у порожньому просторі пропорційна величині кожного із зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Цей висновок був зроблений на основі численних експериментівз крутильними вагами, в яких сила тяжіння тіл до Землі компенсувалася натягом нитки. Щоб отримати однакові за величиною і знаком електричні заряди, можна приводити до контакту однакові заряджені провідні кульки.

(Опис пристрою та роботи крутильних ваг є у підручниках.)

Кулон використовував кульки (плоди) бузини. Встановлюючи кульки на певній відстані один від одного, Кулон повідомляв їм однакові по знаку заряди, і кульки відштовхувалися і віддалялися один від одного. Для відновлення колишньої відстані між ними нитка, на якій висіла на коромислі одна з кульок, закручувалась експериментатором. Кут повороту був пропорційний «крутильному» моменту сил, що виникає.

Якщо радіус вектор, що відповідає двом точкам простору, в яких знаходяться маленькі (точкові) тіла, позначити символом (), то встановлений Кулоном закон взаємодії можна представити у вигляді математичного запису:

Тут F12 – це сила, з якою тіло 1 діє тіло 2, q1 і q2 – це заряди тіл, а К – це деяка постійна величина. Якщо заряди тіл мають один і той же знак, то, як показує формула, тіла відштовхуються, якщо знаки зарядів тіл різні, то вони притягуються.

Сили електричної взаємодії кількох точкових тілЯк з'ясувалося, складаються як вектори, тобто підкоряються принципу суперпозиції. Загальна сила, що діє на одне тіло з боку інших тіл, є сумою векторів сил, що діють на це тіло з боку всіх інших тіл окремо.

Електричне поле.

Два заряджених тіла малих розмірів взаємодіють у вільному (від інших тіл) просторі так, що куди б ми не помістили друге тіло, перше «відчуває» його присутність. Причому з виду закону взаємодії (для електростатики закону Кулона) випливає, що сила завжди пропорційна заряду тіла.

Дуже давно (Майклом Фарадеєм) було висловлено ідею у тому, кожен заряд створює навколо себе у просторі «щось», що у своє чергу впливає інші заряди. Це "щось" було названо "полем". Аналог такого «поля» - випромінювання лампочки ліхтарика в повітрі на всі боки. Яскравість світла залежить від відстані до ліхтарика. «Видно» ліхтарик усюди, але в міру віддалення від нього світло стає дедалі слабшим. «Поле», створене у просторі, має відносну самостійність. Воно, наприклад, може існувати і після того, як саме його джерело вже зникло. Багато зірок, які ми бачимо на небі, світять тим світлом, яке було випущено багато мільйонів років тому. Виявилося, що ідея поля дуже плідна, а згодом з'ясувалося, що й саме світло є електромагнітним полем.

Описувати взаємодію зарядів ми будемо так:

Заряд (або заряди) створили в просторі електричне поле, а воно своє чергу діє на вміщений в нього заряд. Тепер забудемо про те, що поле було створене зарядами. Будемо говорити так: "На заряд, поміщений в електричне поле, діє сила, величина якої пропорційна заряду, а напрямок визначається полем". Поле в кожній точці простору характеризується "напруженістю" - це Векторна величина, рівна відношеннюсили, що діє на малий (пробний) заряд до величини цього заряду. ()

Ідея електричного поля дуже добре «пояснює» як здійснюється передача зарядів через провідники: за наявності електричного поля в провіднику вільні заряди починають рухатися і це є причиною перерозподілу зарядів.

Силові лінії електричного поля

Для відображення на плоских малюнках структури електричного поля, розподіленого в тривимірному просторііснує кілька прийомів. Один з них полягає в тому, що на площині малюються лінії, що стосуються яких у кожній точці збігаються у напрямку з напрямком проекції на площину малюнка вектора напруженості електричного поля, що існує в даній точці. На лінію наносяться стрілочки, які показують напрямок проекції вектора напруженості поля. Ці лінії отримали назву « силових лінійелектричного поля», хоча така лінія не показує величини вектора напруженості поля. Якщо на площину малюнка потрапляє позитивний точковий заряд, то в безпосередній близькості від нього силові лінії виходять з нього. Для негативного точкового заряду ситуація прямо протилежна: силові лінії входять до нього.

Малюнок силових ліній лише якісно описує структуру електричного поля. Наприклад, поле точкового заряду, розташованого в площині малюнка, зображується прямими лініями, які проходять через точку, в якій знаходиться заряд. Такий самий малюнок буде і для нескінченної прямої лінії рівномірно зарядженої по довжині, яка перетинає площину малюнка перпендикулярно їй. Однак у першому випадку величина поля залежить від відстані згідно із законом 1/R2, а у другому випадку за законом 1/R. Такий самий малюнок буде і для будь-якого тонкого зарядженого відрізка, перпендикулярної площинімалюнку, що лежить на лінії, що перетинає площину в заданій точці. І тут закон зміни величини поля не збігається ні з 1/R2 , ні з 1/R1.

Чому електрометр «чутливіший» за електроскоп? Два тіла притягуються одне до одного внаслідок дії електричних сил. Чи випливає з цього, що ці тіла мають заряди різних знаків? Необхідною умовою для того, щоб на незаряджене тілов електричному полі діяла сила електричного походження, що є неоднорідністю зовнішнього електричного поля. Якщо напруженість електричного поля спрямована вздовж лінії А – В і збільшується при зміщенні від А до В, то поблизу якої точки (А або В) на незаряджену провідну кульку малого діаметра діятиме велика електрична сила? Якщо до тих, хто «йде» пісочний годинникпіднести магніт, то вони продовжать працювати, а якщо піднести заряджену ебонітову паличку, то годинник зупиняється. Чому? Чому після довгої роботителевізора на екрані залишається шар пилу? В одному матеріалі концентрація вільних зарядів дорівнює N. За наявності електричного поля Е вільні заряди в цьому матеріалі рухаються середньою швидкістю V. У другому матеріалі за наявності в ньому електричного поля Е/2 вільні заряди рухаються із середньою швидкістю V/3. Яка концентрація вільних носіїв у другому матеріалі, якщо обидва матеріали проводять електричні заряди однаково добре (тобто у них однакова питома провідність або однакова питомий опір) ? У деякому матеріалі (газі) вільні носії виникають парами в результаті теплового рухумолекул і в середньому через час "рекомбінують" при зустрічах вільних носіїв різних знаків. Щомиті в одиниці обсягу народжується N пар. Намалюйте якісну залежність струму від величини електричного поля у провіднику цього матеріалу. Поясніть, чому ця залежність виглядає так, як Ви її намалювали. Нагрівання матеріалу знехтувати. Чому, проводячи експерименти із зарядженими намистинками на крутильних вагах, Кулон використовував заряди одного знака, а не протилежних? Вирішуючи теоретично завдання, припускають, що два тіла малих розмірів знаходяться на великій і фіксованій відстані один від одного. Тіла заряджені та діють один на одного з Кулонівськими силами. Заряди тіл змінюють та обчислюють відношення Кулонівських силвзаємодії. Чи може це відношення бути точно рівним π (20,5)? У космосі знаходяться 4 однакових точкових заряду Q. Три з них з'єднані попарно трьома непровідними нитками однакової довжини L. Четвертий заряд знаходиться на однаковій відстані від кожного з трьох зарядів, що залишилися. Які сили натягу ниток, якщо система перебуває у рівновазі?

Існує один вид взаємодії, для побудови фізичної теорії(моделі) якого довелося запровадити три сорти пар «зарядів». Їх навіть не стали називати зарядами, а вигадали нове позначення «колір» і «антицвіт». Ця теорія і називається «хромодинаміка» (квантовая). Описує теорія ядерної взаємодії. А частинки, які мають ці «квіти»-заряди, називаються ..., втім, почитайте про них самостійно!

Цей вектор має початок у точці 1 і закінчується у точці 2.

Заряд має бути малим (пробним) у тому, щоб у його появі не змінилося розподіл зарядів на тілах. Цим забезпечується «незбурливий» вимір напруженості електростатичного поля.