« Fyzika - 10. ročník

Uvažujme najskôr o najjednoduchšom prípade, keď sú elektricky nabité telesá v pokoji.

Časť elektrodynamiky venovaná štúdiu podmienok rovnováhy pre elektricky nabité telesá je tzv elektrostatika.

Čo je elektrický náboj?
Aké sú poplatky?

So slovami elektrina, elektrický náboj, elektrický prúd mnohokrát ste sa stretli a dokázali ste si na nich zvyknúť. Skúste si však odpovedať na otázku: „Čo je to elektrický náboj? Samotný koncept poplatok- to je hlavný, primárny pojem, ktorý na súčasnej úrovni rozvoja nášho poznania nemožno redukovať na žiadne jednoduchšie, elementárne pojmy.

Skúsme najprv zistiť, čo sa myslí výrokom: "Dané teleso alebo častica má elektrický náboj."

Všetky telesá sú postavené z najmenších častíc, ktoré sú nedeliteľné na jednoduchšie a preto sa nazývajú elementárne.

Elementárne častice majú hmotnosť a vďaka tomu sa k sebe priťahujú podľa zákona univerzálnej gravitácie. Keď sa vzdialenosť medzi časticami zväčšuje, gravitačná sila sa zmenšuje nepriamo úmerne druhej mocnine tejto vzdialenosti. Väčšina elementárnych častíc, aj keď nie všetky, má tiež schopnosť vzájomnej interakcie silou, ktorá tiež klesá nepriamo úmerne so štvorcom vzdialenosti, ale táto sila je mnohonásobne väčšia ako sila gravitácie.

Takže v atóme vodíka, schematicky znázornenom na obrázku 14.1, je elektrón priťahovaný k jadru (protónu) silou 10 39-krát väčšou ako sila gravitačnej príťažlivosti.

Ak častice na seba vzájomne pôsobia silami, ktoré sa s rastúcou vzdialenosťou zmenšujú rovnako ako sily univerzálnej gravitácie, ale mnohonásobne prevyšujú gravitačné sily, potom sa hovorí, že tieto častice majú elektrický náboj. Samotné častice sa nazývajú spoplatnené.

Existujú častice bez elektrického náboja, ale bez častice nie je elektrický náboj.

Interakcia nabitých častíc je tzv elektromagnetické.

Elektrický náboj určuje intenzitu elektromagnetických interakcií, rovnako ako hmotnosť určuje intenzitu gravitačných interakcií.

Elektrický náboj elementárnej častice nie je špeciálnym mechanizmom v častici, ktorý by sa z nej dal odstrániť, rozložiť na jednotlivé časti a znovu poskladať. Prítomnosť elektrického náboja v elektróne a iných časticiach znamená len existenciu určitých silových interakcií medzi nimi.

V podstate nevieme nič o náboji, ak nepoznáme zákony týchto interakcií. Znalosť zákonov interakcií by mala byť zahrnutá do nášho chápania náboja. Tieto zákony nie sú jednoduché a nie je možné ich opísať niekoľkými slovami. Preto nie je možné poskytnúť dostatočne uspokojivú stručnú definíciu pojmu nabíjačka.

Dva znaky elektrických nábojov.

Všetky telesá majú hmotnosť a preto sa navzájom priťahujú. Nabité telá sa môžu navzájom priťahovať a odpudzovať. Tento najdôležitejší fakt, ktorý je vám známy, znamená, že v prírode existujú častice s elektrickými nábojmi opačných znakov; V prípade nábojov rovnakého znamienka sa častice odpudzujú a v prípade rôznych znamienok sa priťahujú.

Náboj elementárnych častíc - protóny, ktoré sú súčasťou všetkých atómových jadier, sa nazýva kladný a náboj elektróny- negatívny. Medzi kladnými a zápornými nábojmi nie sú žiadne vnútorné rozdiely. Ak by sa znaky nábojov častíc obrátili, povaha elektromagnetických interakcií by sa vôbec nezmenila.

elementárny náboj.

Okrem elektrónov a protónov existuje niekoľko ďalších typov nabitých elementárnych častíc. Ale iba elektróny a protóny môžu existovať neobmedzene vo voľnom stave. Zvyšok nabitých častíc žije menej ako milióntiny sekundy. Rodia sa pri zrážkach rýchlych elementárnych častíc a keďže existovali zanedbateľnú dobu, rozpadajú sa a menia sa na iné častice. S týmito časticami sa zoznámite v 11. ročníku.

Medzi častice, ktoré nemajú elektrický náboj neutrón. Jeho hmotnosť len o málo prevyšuje hmotnosť protónu. Neutróny sú spolu s protónmi súčasťou atómového jadra. Ak má elementárna častica náboj, potom je jej hodnota presne definovaná.

nabité telá Elektromagnetické sily v prírode zohrávajú obrovskú úlohu v dôsledku skutočnosti, že zloženie všetkých telies zahŕňa elektricky nabité častice. Jednotlivé časti atómov - jadrá a elektróny - majú elektrický náboj.

Priame pôsobenie elektromagnetických síl medzi telesami nie je detekované, keďže telesá v normálnom stave sú elektricky neutrálne.

Atóm akejkoľvek látky je neutrálny, pretože počet elektrónov v ňom sa rovná počtu protónov v jadre. Kladne a záporne nabité častice sú navzájom spojené elektrickými silami a tvoria neutrálne systémy.

Makroskopické teleso je elektricky nabité, ak obsahuje nadbytok elementárnych častíc s jedným znamienkom náboja. Záporný náboj tela je teda spôsobený nadbytkom počtu elektrónov v porovnaní s počtom protónov a kladný náboj je spôsobený nedostatkom elektrónov.

Na získanie elektricky nabitého makroskopického telesa, t.

To sa dá dosiahnuť trením. Ak prejdete hrebeňom po suchých vlasoch, potom malá časť najpohyblivejších nabitých častíc - elektrónov prejde z vlasu do hrebeňa a nabije ho negatívne a vlas sa nabije kladne.

Rovnosť nábojov pri elektrizácii

Pomocou skúseností sa dá dokázať, že obe telesá pri zelektrovaní trením nadobudnú náboje opačného znamienka, ale zhodné s veľkosťou.

Zoberme si elektrometer, na ktorého tyči je pripevnená kovová guľa s otvorom, a dve dosky na dlhých rukovätiach: jedna z ebonitu a druhá z plexiskla. Pri vzájomnom trení platne elektrizujú.

Prenesme jednu z platní dovnútra gule bez toho, aby sme sa dotkli jej stien. Ak je platňa kladne nabitá, časť elektrónov z ihly a tyče elektromera sa pritiahne k platni a zhromaždí sa na vnútornom povrchu gule. V tomto prípade bude šípka kladne nabitá a odrazená od tyče elektromera (obr. 14.2, a).

Ak sa do gule vloží ďalšia platňa, ktorá predtým odstránila prvú, potom sa elektróny gule a tyče odpudzujú od platne a hromadia sa v prebytku na šípke. To spôsobí odklon šípky od tyče, navyše o rovnaký uhol ako v prvom pokuse.

Po sklopení oboch platničiek dovnútra gule nenájdeme vôbec žiadne vychýlenie šípky (obr. 14.2, b). To dokazuje, že náboje dosiek majú rovnakú veľkosť a opačné znamienka.

Elektrifikácia tiel a jej prejavy. Pri trení syntetických tkanín dochádza k výraznej elektrifikácii. Pri vyzliekaní košele zo syntetického materiálu na suchom vzduchu počuť charakteristické praskanie. Medzi nabitými oblasťami trecích plôch preskakujú malé iskry.

V tlačiarňach sa papier počas tlače elektrizuje a listy sa zlepujú. Aby sa tomu zabránilo, používajú sa špeciálne zariadenia na vybitie náboja. Elektrifikácia tiel v tesnom kontakte sa však niekedy využíva napríklad v rôznych elektrokopírovacích strojoch atď.

Zákon zachovania elektrického náboja.

Skúsenosti s elektrifikáciou dosiek dokazujú, že pri elektrizácii trením sa existujúce náboje prerozdeľujú medzi telesá, ktoré boli predtým neutrálne. Malá časť elektrónov prechádza z jedného tela do druhého. V tomto prípade sa nové častice neobjavia a predtým existujúce nezmiznú.

Pri elektrizovaní telies, zákon zachovania elektrického náboja. Tento zákon platí pre systém, ktorý nevstupuje zvonku a z ktorého nabité častice nevychádzajú, t.j. izolovaný systém.

V izolovanom systéme je zachovaný algebraický súčet nábojov všetkých telies.

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = konšt. (14.1)

kde q 1, q 2 atď. sú náboje jednotlivých nabitých telies.

Zákon zachovania náboja má hlboký význam. Ak sa počet nabitých elementárnych častíc nemení, potom je zákon zachovania náboja zrejmý. Ale elementárne častice sa môžu navzájom premieňať, rodiť a miznúť, čím dávajú život novým časticiam.

Vo všetkých prípadoch však nabité častice vznikajú iba v pároch s nábojmi rovnakého modulu a opačného znamienka; nabité častice tiež miznú len v pároch a menia sa na neutrálne. A vo všetkých týchto prípadoch zostáva algebraický súčet poplatkov rovnaký.

Platnosť zákona zachovania náboja potvrdzujú pozorovania obrovského množstva premien elementárnych častíc. Tento zákon vyjadruje jednu z najzákladnejších vlastností elektrického náboja. Dôvod zachovania náboja stále nie je známy.

Predpoklad, že akýkoľvek elektrický náboj pozorovaný pri experimente je vždy násobkom elementárneho, vyslovil B. Franklin v roku 1752. Vďaka experimentom M. Faradaya o elektrolýze bola hodnota elementárneho náboja vypočítaná v roku 1834. existenciu elementárneho elektrického náboja naznačil v roku 1874 aj anglický vedec J. Stoney. Do fyziky zaviedol aj pojem „elektrón“ a navrhol metódu na výpočet hodnoty elementárneho náboja. Prvýkrát experimentálne zmeral elementárny elektrický náboj R. Millikan v roku 1908.

Elektrický náboj akéhokoľvek mikrosystému a makroskopických telies sa vždy rovná algebraickému súčtu elementárnych nábojov zahrnutých v systéme, to znamená celočíselnému násobku hodnoty e(alebo nula).

Aktuálne stanovená hodnota absolútnej hodnoty elementárneho elektrického náboja je e= (4, 8032068 0, 0000015) . 10 -10 jednotiek CGSE alebo 1,60217733. 10-19 °C. Hodnota elementárneho elektrického náboja vypočítaná podľa vzorca, vyjadrená ako fyzikálne konštanty, udáva hodnotu elementárneho elektrického náboja: e= 4,80320419(21) . 10-10 alebo: e = 1,602176462(65). 10-19 °C.

Predpokladá sa, že tento náboj je skutočne elementárny, to znamená, že ho nemožno rozdeliť na časti a náboje akýchkoľvek objektov sú jeho celými násobkami. Elektrický náboj elementárnej častice je jej základnou charakteristikou a nezávisí od výberu referenčného systému. Elementárny elektrický náboj sa presne rovná elektrickému náboju elektrónu, protónu a takmer všetkých ostatných nabitých elementárnych častíc, ktoré sú teda hmotnými nosičmi najmenšieho náboja v prírode.

Existuje kladný a záporný elementárny elektrický náboj a elementárna častica a jej antičastica majú náboje opačného znamienka. Nosičom elementárneho záporného náboja je elektrón, ktorého hmotnosť je ja= 9,11. 10 - 31 kg. Nositeľom elementárneho kladného náboja je protón, ktorého hmotnosť je t.t= 1,67. 10-27 kg.

Skutočnosť, že elektrický náboj sa v prírode vyskytuje iba vo forme celočíselného počtu elementárnych nábojov, možno nazvať kvantovaním elektrického náboja. Takmer všetky nabité elementárne častice majú náboj e - alebo e+(výnimkou sú niektoré rezonancie s nábojom, ktorý je násobkom e); častice s frakčnými elektrickými nábojmi neboli pozorované, avšak v modernej teórii silnej interakcie - kvantová chromodynamika - existencia častíc - kvarkov - s nábojmi, ktoré sú násobky 1/3 e.

Elementárny elektrický náboj nemôže byť zničený; táto skutočnosť je obsahom zákona zachovania elektrického náboja na mikroskopickej úrovni. Elektrické náboje môžu zmiznúť a znova sa objaviť. Vždy sa však objavia alebo zmiznú dva elementárne náboje opačných znamienok.

Hodnota elementárneho elektrického náboja je konštanta elektromagnetických interakcií a je zahrnutá vo všetkých rovniciach mikroskopickej elektrodynamiky.

Rovnako ako koncept gravitačnej hmotnosti telesa v newtonovskej mechanike, koncept náboja v elektrodynamike je primárny, základný koncept.

Nabíjačka je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje vlastnosť častíc alebo telies vstúpiť do elektromagnetických silových interakcií.

Elektrický náboj sa zvyčajne označuje písmenami q alebo Q.

Súhrn všetkých známych experimentálnych faktov nám umožňuje vyvodiť tieto závery:

Existujú dva druhy elektrických nábojov, bežne nazývané kladné a záporné.

Náboje je možné prenášať (napríklad priamym kontaktom) z jedného tela na druhé. Na rozdiel od telesnej hmotnosti, elektrický náboj nie je inherentnou charakteristikou daného telesa. To isté teleso v rôznych podmienkach môže mať rôzny náboj.

Ako náboje odpudzujú, na rozdiel od nábojov priťahujú. To tiež ukazuje zásadný rozdiel medzi elektromagnetickými silami a gravitačnými silami. Gravitačné sily sú vždy sily príťažlivosti.

Jeden zo základných prírodných zákonov je experimentálne stanovený zákon zachovania elektrického náboja .

V izolovanom systéme zostáva algebraický súčet nábojov všetkých telies konštantný:

q 1 + q 2 + q 3 + ... +qn= konšt.

Zákon zachovania elektrického náboja hovorí, že v uzavretom systéme telies nemožno pozorovať procesy zrodu alebo zániku nábojov iba jedného znamenia.

Z moderného pohľadu sú nosiče náboja elementárne častice. Všetky bežné telesá sú zložené z atómov, medzi ktoré patria kladne nabité protóny, záporne nabité elektróny a neutrálne častice – neutróny. Protóny a neutróny sú súčasťou atómových jadier, elektróny tvoria elektrónový obal atómov. Elektrické náboje protónového a elektrónového modulu sú úplne rovnaké a rovnajú sa elementárnemu náboju e.

V neutrálnom atóme sa počet protónov v jadre rovná počtu elektrónov v obale. Toto číslo sa volá atómové číslo . Atóm danej látky môže stratiť jeden alebo viac elektrónov alebo získať elektrón navyše. V týchto prípadoch sa neutrálny atóm zmení na kladne alebo záporne nabitý ión.

Náboj sa môže prenášať z jedného telesa na druhé len po častiach obsahujúcich celé číslo elementárnych nábojov. Elektrický náboj tela je teda diskrétna veličina:

Fyzikálne veličiny, ktoré môžu nadobudnúť iba diskrétny rad hodnôt, sa nazývajú kvantované . elementárny náboj e je kvantum (najmenšia časť) elektrického náboja. Treba si uvedomiť, že v modernej fyzike elementárnych častíc sa predpokladá existencia takzvaných kvarkov – častíc s frakčným nábojom a Kvarky vo voľnom stave však zatiaľ neboli pozorované.

V konvenčných laboratórnych experimentoch sa elektrické náboje zisťujú a merajú pomocou elektromer ( alebo elektroskop) - zariadenie pozostávajúce z kovovej tyče a šípky, ktorá sa môže otáčať okolo vodorovnej osi (obr. 1.1.1). Hrot šípu je izolovaný od kovového puzdra. Keď sa nabité teleso dostane do kontaktu s tyčou elektromera, elektrické náboje rovnakého znamienka sa rozložia pozdĺž tyče a šípky. Sily elektrického odpudzovania spôsobujú, že sa šípka otáča pod určitým uhlom, podľa ktorého je možné posúdiť náboj prenášaný na tyč elektromera.

Elektrometer je dosť hrubý prístroj; neumožňuje skúmať sily vzájomného pôsobenia nábojov. Prvýkrát zákon interakcie pevných nábojov objavil francúzsky fyzik Charles Coulomb v roku 1785. Vo svojich experimentoch Coulomb meral sily príťažlivosti a odpudzovania nabitých guľôčok pomocou zariadenia, ktoré navrhol - torznej váhy (obr. 1.1.2), ktorý sa vyznačoval mimoriadne vysokou citlivosťou. Napríklad kladina bola otočená o 1 ° pôsobením sily rádovo 10-9 N.

Myšlienka meraní bola založená na Coulombovom brilantnom odhade, že ak sa nabitá guľa dostane do kontaktu s presne tou istou nenabitou, potom sa náboj prvej rozdelí medzi ne rovnomerne. Bola teda indikovaná metóda na zmenu náboja lopty dvakrát, trikrát atď. Coulombove experimenty merali interakciu medzi loptičkami, ktorých rozmery sú oveľa menšie ako vzdialenosť medzi nimi. Takto nabité telesá sa nazývajú bodové poplatky.

bodový poplatok nazývané nabité teleso, ktorého rozmery možno v podmienkach tohto problému zanedbať.

Na základe mnohých experimentov Coulomb stanovil nasledujúci zákon:

Sily interakcie pevných nábojov sú priamo úmerné súčinu nábojových modulov a nepriamo úmerné štvorcu vzdialenosti medzi nimi:

Interakčné sily sa riadia tretím Newtonovým zákonom:

Sú to odpudivé sily s rovnakými znamienkami nábojov a príťažlivé sily s rôznymi znamienkami (obr. 1.1.3). Interakcia pevných elektrických nábojov je tzv elektrostatické alebo Coulomb interakcia. Sekcia elektrodynamiky, ktorá študuje Coulombovu interakciu, sa nazýva elektrostatika .

Pre bodovo nabité telesá platí Coulombov zákon. V praxi je Coulombov zákon dobre splnený, ak sú rozmery nabitých telies oveľa menšie ako vzdialenosť medzi nimi.

Faktor proporcionality k v Coulombovom zákone závisí od výberu sústavy jednotiek. V medzinárodnom systéme SI je jednotkou náboja prívesok(CL).

Prívesok - je to náboj, ktorý prejde za 1 s prierezom vodiča pri sile prúdu 1 A. Jednotkou sily prúdu (Ampér) v SI je spolu s jednotkami dĺžky, času a hmotnosti základná merná jednotka.

Koeficient k v sústave SI sa zvyčajne píše ako:

Kde - elektrická konštanta .

V sústave SI elementárny náboj e rovná sa:

Skúsenosti ukazujú, že Coulombove interakčné sily sa riadia princípom superpozície:

Ak nabité teleso interaguje súčasne s viacerými nabitými telesami, potom výsledná sila pôsobiaca na toto teleso sa rovná vektorovému súčtu síl pôsobiacich na toto teleso od všetkých ostatných nabitých telies.

Ryža. 1.1.4 vysvetľuje princíp superpozície na príklade elektrostatickej interakcie troch nabitých telies.

Princíp superpozície je základným prírodným zákonom. Jeho použitie si však vyžaduje určitú opatrnosť, pokiaľ ide o interakciu nabitých telies konečnej veľkosti (napríklad dvoch vodivých nabitých guľôčok 1 a 2). Ak sa tretia nabitá guľa zdvihne do systému dvoch nabitých loptičiek, potom sa interakcia medzi 1 a 2 zmení v dôsledku prerozdelenie poplatkov.

Princíp superpozície hovorí, že keď dané (pevné) rozdelenie poplatkov na všetkých telesách, sily elektrostatickej interakcie medzi akýmikoľvek dvoma telesami nezávisia od prítomnosti iných nabitých telies.

e - = 1,6 10 - 19 C (1,9)

Mnohé vzorce pre elektrinu zahŕňajú priestorový faktor 4p. Aby sme sa ho zbavili v prakticky dôležitých vzorcoch, Coulombov zákon je napísaný v tejto forme:

Takže (1.11)

Odkiaľ (1.12)

e 0 - volané elektrická konštanta.

§6: Teória krátkeho dosahu. Elektrické pole.

Skúsenosti ukazujú, že medzi elektricky nabitými a zmagnetizovanými telesami, ako aj telesami, ktorými pretekajú elektrické prúdy, existujú sily nazývané elektromagnetické alebo elektrodynamické. Pokiaľ ide o povahu týchto síl, vo vede boli predložené dva protichodné názory. Skoršia teória (nazývaná teória dlhého dosahu) vychádzala z koncepcie priameho pôsobenia telies na diaľku bez účasti akýchkoľvek sprostredkujúcich materiálnych sprostredkovateľov. Zároveň sa bez dôkazov predpokladalo, že k takémuto konaniu dochádza okamžite, t.j. s nekonečnou rýchlosťou (v®¥)!? Novší pohľad, v súčasnosti akceptovaný vo fyzike, pochádza z myšlienky, že interakcie sa prenášajú pomocou špeciálneho hmotného média nazývaného elektromagnetické pole (ide o tzv. teóriu krátkeho dosahu). Podľa tejto teórie sa maximálna rýchlosť šírenia interakcií rovná rýchlosti svetla vo vákuu: v=c (c je rýchlosť svetla vo vákuu). Teória pôsobenia na veľké vzdialenosti čerpala svoje myšlienky z Newtonovej teórie univerzálnej gravitácie. Obrovské úspechy nebeskej mechaniky na jednej strane a úplná neschopnosť vysvetliť akýmkoľvek spôsobom príčiny gravitácie na strane druhej viedli mnohých vedcov k myšlienke, že gravitácia a elektromagnetické sily nepotrebujú vysvetlenie, ale sú „vrodené“ vlastnosti samotnej hmoty. Z matematického hľadiska teória pôsobenia na veľké vzdialenosti dosiahla vysoký stupeň dokonalosti vďaka prácam Laplacea, Gausa, Ostrogradského, Ampéra, Poisseaua. Po ňom nasledovala väčšina fyzikov až do konca 19. storočia. Michael Faraday bol takmer jediný, kto zaujal iný názor. Je zakladateľom fyzikálnej teórie elektromagnetického poľa. Podľa Faradayovej teórie môže byť pôsobenie jedného tela na druhé uskutočnené buď priamo pri kontakte, alebo prenesené cez stredné médium. Teda ťažisko pozornosti zo štúdia nábojov a prúdov, ktoré sú hlavnými objektmi teórie pôsobenia na veľké vzdialenosti, Faraday preniesol do štúdia okolitého priestoru. Tento priestor so silami, ktoré v ňom pôsobia, sa nazýva elektromagnetické pole.

Elektrická interakcia sa vykonáva podľa schémy:

náboj ® pole ® náboj,

tie. každý náboj vytvára okolo seba elektrické pole, ktoré pôsobí silou na všetky ostatné nabité častice v tomto poli. Maxwell ukázal, že elektromagnetické interakcie sa musia šíriť rýchlosťou svetla vo vákuu c»3·10 8 m/s. Toto je hlavný argument v prospech teórie krátkeho dosahu. O charaktere elektrického poľa môžeme povedať, že je hmotné, t.j. existuje a má vlastnosti, ktoré sú mu vlastné. Medzi najdôležitejšie vlastnosti elektromagnetického poľa patria:

1. Elektrické pole je generované elektrickými nábojmi a vypĺňa celý priestor.

2. Elektrické pole pôsobí na náboje nejakou silou.

Princíp superpozícií polí. hustota náboja.

Nech je pole vytvorené nábojom q 1 . Ak pre daný bod poľa, ktorý je určený vektorom polomeru r 12 podľa Coulombovho zákona vezmite pomer

je zrejmé, že tento pomer už nie je závislý od skúšobného náboja q 2 a teda výraz na pravej strane (1.13) môže slúžiť ako charakteristika poľa vytvoreného nábojom q 1 . Táto hodnota sa nazýva intenzita elektrického poľa E!

Veľkosť e-mailu s napätím. poľa vo vzdialenosti r od náboja q je

Napätie je vektorová veličina. Vo vektorovej forme má tvar:

Berúc do úvahy (1.15), Coulombov zákon (1.4) možno zapísať ako:

Z (1.17) je vidieť, že intenzita elektrického poľa sa rovná sile pôsobiacej na jediný pozitívny poplatok.

Rozmer ťahu [E]=H/Kl

Princíp superpozície

Skúsenosti ukazujú, že pre elektrické pole, princíp superpozície polí:

Ak - intenzita polí vytvorených jednotlivými nábojmi v ľubovoľnom bode priestoru, potom sa intenzita v tom istom bode rovná súčtu intenzít.

kde r i je vektor polomeru smerujúci z náboja q i do bodu pozorovania.

Tento princíp platí do veľkosti jadier r~10 - 15 m.

Dávame do pozornosti, že v (1.18) sa intenzity sčítavajú vektor! Pomocou vzorcov (1.15) a (1.18) je možné vypočítať silu elektrického poľa vytvoreného nielen bodovými nábojmi, ale aj nabitými telesami akéhokoľvek tvaru.

hustota náboja.

Ak je nabité telo veľké a nemožno ho považovať za bodový poplatok, vypočítajte silu e-mailu. poli takéhoto telesa, je potrebné poznať rozloženie nábojov vo vnútri tohto telesa. Toto rozdelenie je charakterizované funkciou nazývanou objemová hustota elektrických nábojov. Podľa definície, objemová hustota náboja volal

Rozloženie náboja sa považuje za známe, ak je známa funkcia r = r(x,y,z).

Ak sú náboje umiestnené na povrchu, potom hustota povrchového náboja

Rozloženie nábojov po povrchu sa považuje za známe, ak je známa funkcia s= s(x, y, z).

Ak sú poplatky rozdelené pozdĺž čiary, potom zavádzame lineárna hustota náboja, čo je podľa definície:

Rozloženie náboja sa považuje za známe, ak je známa funkcia t =t(x,y,z).

§8: Elektrické siločiary. Sila poľa bodového náboja.

Elektrické pole sa považuje za známe, ak je známy vektor intenzity v každom bode v priestore. Pole môžete nastaviť alebo znázorniť na papieri buď analyticky alebo graficky elektrické vedenie.

Predpoklad, že akýkoľvek elektrický náboj pozorovaný pri experimente je vždy násobkom elementárneho, vyslovil B. Franklin v roku 1752. Vďaka experimentom M. Faradaya o elektrolýze bola hodnota elementárneho náboja vypočítaná v roku 1834. existenciu elementárneho elektrického náboja naznačil v roku 1874 aj anglický vedec J. Stoney. Do fyziky zaviedol aj pojem „elektrón“ a navrhol metódu na výpočet hodnoty elementárneho náboja. Prvýkrát experimentálne zmeral elementárny elektrický náboj R. Millikan v roku 1908.

Elektrický náboj akéhokoľvek mikrosystému a makroskopických telies sa vždy rovná algebraickému súčtu elementárnych nábojov zahrnutých v systéme, to znamená celočíselnému násobku hodnoty e(alebo nula).

Aktuálne stanovená hodnota absolútnej hodnoty elementárneho elektrického náboja je e= (4, 8032068 0, 0000015) . 10 -10 jednotiek CGSE alebo 1,60217733. 10-19 °C. Hodnota elementárneho elektrického náboja vypočítaná podľa vzorca, vyjadrená ako fyzikálne konštanty, udáva hodnotu elementárneho elektrického náboja: e= 4,80320419(21) . 10-10 alebo: e = 1,602176462(65). 10-19 °C.

Predpokladá sa, že tento náboj je skutočne elementárny, to znamená, že ho nemožno rozdeliť na časti a náboje akýchkoľvek objektov sú jeho celými násobkami. Elektrický náboj elementárnej častice je jej základnou charakteristikou a nezávisí od výberu referenčného systému. Elementárny elektrický náboj sa presne rovná elektrickému náboju elektrónu, protónu a takmer všetkých ostatných nabitých elementárnych častíc, ktoré sú teda hmotnými nosičmi najmenšieho náboja v prírode.

Existuje kladný a záporný elementárny elektrický náboj a elementárna častica a jej antičastica majú náboje opačného znamienka. Nosičom elementárneho záporného náboja je elektrón, ktorého hmotnosť je ja= 9,11. 10 - 31 kg. Nositeľom elementárneho kladného náboja je protón, ktorého hmotnosť je t.t= 1,67. 10-27 kg.

Skutočnosť, že elektrický náboj sa v prírode vyskytuje iba vo forme celočíselného počtu elementárnych nábojov, možno nazvať kvantovaním elektrického náboja. Takmer všetky nabité elementárne častice majú náboj e - alebo e+(výnimkou sú niektoré rezonancie s nábojom, ktorý je násobkom e); častice s frakčnými elektrickými nábojmi neboli pozorované, avšak v modernej teórii silnej interakcie - kvantová chromodynamika - existencia častíc - kvarkov - s nábojmi, ktoré sú násobky 1/3 e.

Elementárny elektrický náboj nemôže byť zničený; táto skutočnosť je obsahom zákona zachovania elektrického náboja na mikroskopickej úrovni. Elektrické náboje môžu zmiznúť a znova sa objaviť. Vždy sa však objavia alebo zmiznú dva elementárne náboje opačných znamienok.

Hodnota elementárneho elektrického náboja je konštanta elektromagnetických interakcií a je zahrnutá vo všetkých rovniciach mikroskopickej elektrodynamiky.