Was ist eine Gebühr? Arten von Ladungen und ihre Wechselwirkung. Negative und positive elektrische Ladung

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Themen des Einheitlichen Staatsexamen-Kodifikators: Elektrifizierung von Körpern, Wechselwirkung von Ladungen, zwei Arten von Ladungen, Gesetz der Erhaltung der elektrischen Ladung.

Elektromagnetische Wechselwirkungen gehören zu den grundlegendsten Wechselwirkungen in der Natur. Die Kräfte der Elastizität und Reibung, des Gasdrucks und vieles mehr lassen sich auf elektromagnetische Kräfte zwischen Materieteilchen reduzieren. Elektromagnetische Wechselwirkungen selbst werden nicht mehr auf andere, tiefer liegende Arten von Wechselwirkungen reduziert.

Eine ebenso grundlegende Art der Wechselwirkung ist die Schwerkraft – die Anziehungskraft zweier beliebiger Körper. Es gibt jedoch mehrere wichtige Unterschiede zwischen elektromagnetischen und gravitativen Wechselwirkungen.

1. Nicht jeder kann an elektromagnetischen Wechselwirkungen teilnehmen, sondern nur berechnet Körper (mit elektrische Ladung).

2. Gravitationswechselwirkung ist immer die Anziehung eines Körpers zu einem anderen. Elektromagnetische Wechselwirkungen können entweder anziehend oder abstoßend sein.

3. Die elektromagnetische Wechselwirkung ist viel intensiver als die Gravitationswechselwirkung. Beispielsweise ist die Kraft der elektrischen Abstoßung zwischen zwei Elektronen um ein Vielfaches größer als die Kraft ihrer gravitativen Anziehung zueinander.

Jeder geladene Körper hat eine bestimmte elektrische Ladung. Elektrische Ladung ist eine physikalische Größe, die die Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen natürlichen Objekten bestimmt. Die Gebühreneinheit ist Anhänger(Cl).

Zwei Arten von Gebühren

Da die Gravitationswechselwirkung immer eine Anziehung ist, sind die Massen aller Körper nicht negativ. Dies gilt jedoch nicht für Gebühren. Es ist zweckmäßig, zwei Arten elektromagnetischer Wechselwirkungen – Anziehung und Abstoßung – zu beschreiben, indem man zwei Arten elektrischer Ladungen einführt: positiv Und Negativ.

Ladungen unterschiedlicher Vorzeichen ziehen sich gegenseitig an und Ladungen unterschiedlicher Vorzeichen stoßen sich gegenseitig ab. Dies ist in Abb. dargestellt. 1 ; Die an Fäden aufgehängten Kugeln erhalten Ladungen mit dem einen oder anderen Zeichen.

Reis. 1. Wechselwirkung zweier Ladungsarten

Die weit verbreitete Manifestation elektromagnetischer Kräfte erklärt sich aus der Tatsache, dass die Atome jeder Substanz geladene Teilchen enthalten: Der Atomkern enthält positiv geladene Protonen und negativ geladene Elektronen bewegen sich auf Bahnen um den Kern.

Die Ladungen eines Protons und eines Elektrons sind gleich groß, und die Anzahl der Protonen im Kern ist gleich der Anzahl der Elektronen in Umlaufbahnen, und daher stellt sich heraus, dass das Atom als Ganzes elektrisch neutral ist. Deshalb in normale Bedingungen Wir bemerken den elektromagnetischen Einfluss der umliegenden Körper nicht: die Gesamtladung jedes einzelnen von ihnen gleich Null und geladene Teilchen sind gleichmäßig im gesamten Körpervolumen verteilt. Wenn jedoch die elektrische Neutralität verletzt wird (z. B. dadurch Elektrifizierung) beginnt der Körper sofort, auf die umgebenden geladenen Teilchen einzuwirken.

Warum es genau zwei Arten elektrischer Ladungen gibt und nicht eine andere Zahl, ist derzeit nicht bekannt. Wir können nur behaupten, dass die Annahme dieser Tatsache als primär eine angemessene Beschreibung elektromagnetischer Wechselwirkungen liefert.

Die Ladung eines Protons ist Cl. Die Ladung eines Elektrons hat das entgegengesetzte Vorzeichen und ist gleich Cl. Größe

angerufen Elementarladung. Dies ist die minimal mögliche Ladung: Freie Teilchen mit geringerer Ladung wurden in Experimenten nicht nachgewiesen. Die Physik kann noch nicht erklären, warum die Natur die kleinste Ladung hat und warum sie genau diese Größe hat.

Die Ladung eines Körpers besteht immer aus das Ganze Anzahl der Elementarladungen:

Wenn , dann hat der Körper eine überschüssige Anzahl an Elektronen (im Vergleich zur Anzahl an Protonen). Fehlen dem Körper dagegen Elektronen, gibt es mehr Protonen.

Elektrifizierung von Körpern

Damit ein makroskopischer Körper einen elektrischen Einfluss auf andere Körper ausüben kann, muss er elektrifiziert werden. Elektrifizierung ist eine Verletzung der elektrischen Neutralität des Körpers oder seiner Teile. Durch die Elektrifizierung wird der Körper zu elektromagnetischen Wechselwirkungen fähig.

Eine Möglichkeit, einen Körper zu elektrisieren, besteht darin, ihm eine elektrische Ladung zu verleihen, also einen Überschuss an Ladungen desselben Vorzeichens in einem bestimmten Körper zu erreichen. Das geht ganz einfach durch Reibung.

Wenn also ein Glasstab mit Seide gerieben wird, geht ein Teil seiner negativen Ladungen auf die Seide über. Dadurch wird der Stab positiv und die Seide negativ aufgeladen. Wenn man jedoch einen Ebonitstab mit Wolle reibt, wird ein Teil der negativen Ladungen von der Wolle auf den Stab übertragen: Der Stab wird negativ geladen, und die Wolle wird positiv geladen.

Diese Methode zur Elektrifizierung von Körpern wird genannt Elektrifizierung durch Reibung. Jedes Mal, wenn du einen Pullover über deinen Kopf ausziehst, erlebst du elektrifizierte Reibung ;-)

Eine andere Art der Elektrifizierung heißt elektrostatische Induktion, oder Elektrifizierung durch Einfluss. In diesem Fall bleibt die Gesamtladung des Körpers gleich Null, wird jedoch umverteilt, sodass sich in einigen Körperteilen positive Ladungen und in anderen negative Ladungen ansammeln.

Reis. 2. Elektrostatische Induktion

Schauen wir uns Abb. an. 2. In einiger Entfernung vom Metallkörper herrscht eine positive Ladung. Es zieht negative Metallladungen (freie Elektronen) an, die sich an den der Ladung am nächsten gelegenen Bereichen der Körperoberfläche ansammeln. An entfernte Gebiete Es verbleiben unkompensierte positive Ladungen.

Obwohl die Gesamtladung des Metallkörpers gleich Null blieb, kam es im Körper zu einer räumlichen Ladungstrennung. Teilen wir nun den Körper entlang der gestrichelten Linie, dann ist die rechte Hälfte negativ und die linke Hälfte positiv geladen.

Mit einem Elektroskop können Sie die Elektrifizierung des Körpers beobachten. Ein einfaches Elektroskop ist in Abb. dargestellt. 3 (Bild von en.wikipedia.org).

Reis. 3. Elektroskop

Was passiert in in diesem Fall? Ein positiv geladener Stab (z. B. zuvor gerieben) wird an die Elektroskopscheibe herangeführt und sammelt dort eine negative Ladung. Unten, auf den beweglichen Blättern des Elektroskops, verbleiben unkompensierte positive Ladungen; Die Blätter bewegen sich voneinander weg und bewegen sich in verschiedene Richtungen. Wenn Sie den Stab entfernen, kehren die Ladungen an ihren Platz zurück und die Blätter fallen zurück.

Das Phänomen der elektrostatischen Induktion im großen Stil wird bei einem Gewitter beobachtet. In Abb. 4 sehen wir eine Gewitterwolke, die über die Erde zieht.

Reis. 4. Elektrifizierung der Erde durch eine Gewitterwolke

Im Inneren der Wolke befinden sich Eisstücke unterschiedlicher Größe, die durch aufsteigende Luftströmungen vermischt werden, miteinander kollidieren und sich unter Strom setzen. Es stellt sich heraus, dass sich im unteren Teil der Wolke eine negative Ladung und im oberen Teil eine positive Ladung ansammelt.

Negativ geladen Unterteil Wolken induzieren positive Ladungen auf der Erdoberfläche unter ihnen. Ein riesiger Kondensator entsteht mit einer enormen Spannung zwischen der Wolke und der Erde. Reicht diese Spannung aus, um den Luftspalt zu durchbrechen, kommt es zu einer Entladung – dem bekannten Blitz.

Gesetz der Ladungserhaltung

Kehren wir zum Beispiel der Elektrifizierung durch Reibung zurück – dem Reiben eines Stocks mit einem Tuch. In diesem Fall erhalten der Stab und das Stück Stoff Ladungen gleicher Größe und entgegengesetzten Vorzeichens. Ihre Gesamtladung war vor der Wechselwirkung gleich Null und bleibt nach der Wechselwirkung gleich Null.

Wir sehen hier Gesetz der Ladungserhaltung, die lautet: In einem geschlossenen Körpersystem bleibt die algebraische Ladungssumme bei allen mit diesen Körpern ablaufenden Prozessen unverändert:

Die Geschlossenheit eines Systems von Körpern bedeutet, dass diese Körper nur untereinander Ladungen austauschen können, nicht jedoch mit anderen Objekten außerhalb dieses Systems.

Wenn man einen Stab elektrisiert, ist die Ladungserhaltung nicht überraschend: Wie viele geladene Teilchen den Stab verlassen haben, ist die gleiche Menge auf das Stoffstück gelangt (oder umgekehrt). Überraschend ist, dass bei komplexeren Prozessen damit einhergeht gegenseitige Transformationen Elementarteilchen und die Nummer ändern Auch wenn sich geladene Teilchen im System befinden, bleibt die Gesamtladung erhalten!

Zum Beispiel in Abb. Abbildung 5 zeigt den Prozess, bei dem ein Teil der elektromagnetischen Strahlung (die sogenannte Photon) verwandelt sich in zwei geladene Teilchen – ein Elektron und ein Positron. Ein solcher Vorgang ist unter bestimmten Voraussetzungen möglich – zum Beispiel in elektrisches Feld Atomkern.

Reis. 5. Geburt eines Elektron-Positron-Paares

Die Ladung eines Positrons ist gleich groß wie die Ladung eines Elektrons und hat ein entgegengesetztes Vorzeichen. Der Ladungserhaltungssatz ist erfüllt! Tatsächlich hatten wir am Anfang des Prozesses ein Photon, dessen Ladung Null war, und am Ende bekamen wir zwei Teilchen mit einer Gesamtladung von Null.

Das Gesetz der Ladungserhaltung (zusammen mit der Existenz der kleinsten Elementarladung) ist heute primär wissenschaftliche Tatsache. Warum sich die Natur so verhält und nicht anders, konnten Physiker bislang nicht erklären. Wir können nur feststellen, dass diese Tatsachen durch zahlreiche physikalische Experimente bestätigt werden.

Zusammenfassung zur Elektrotechnik

Abgeschlossen von: Agafonov Roman

Agrarindustrielle Hochschule Luga

Es ist unmöglich, eine kurze, in jeder Hinsicht zufriedenstellende Definition der Gebühr zu geben. Wir sind es gewohnt, für sehr komplexe Entstehungen und Prozesse wie das Atom, Flüssigkristalle, die Geschwindigkeitsverteilung von Molekülen usw. verständliche Erklärungen zu finden. Aber die grundlegendsten, fundamentalsten Konzepte, die unteilbar in einfachere Konzepte sind und nach Ansicht der heutigen Wissenschaft keinen inneren Mechanismus aufweisen, können nicht mehr in zufriedenstellender Weise kurz erklärt werden. Vor allem, wenn Objekte nicht direkt mit unseren Sinnen wahrgenommen werden. Auf diese grundlegenden Konzepte bezieht sich die elektrische Ladung.

Versuchen wir zunächst nicht herauszufinden, was eine elektrische Ladung ist, sondern was sich hinter der Aussage verbirgt: Dieser Körper oder dieses Teilchen hat eine elektrische Ladung.

Sie wissen, dass alle Körper aus winzigen Teilchen aufgebaut sind, die (soweit die Wissenschaft heute weiß) unteilbar in einfachere Teilchen sind, die daher Elementarteilchen genannt werden. Alle Elementarteilchen haben eine Masse und werden daher voneinander angezogen. Laut Gesetz universelle Schwerkraft Die Anziehungskraft nimmt mit zunehmendem Abstand zwischen ihnen relativ langsam ab: umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands. Darüber hinaus haben die meisten Elementarteilchen, wenn auch nicht alle, die Fähigkeit, mit einer Kraft miteinander zu interagieren, die ebenfalls umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands abnimmt, aber diese Kraft ist um ein Vielfaches größer als die Schwerkraft . So wird im Wasserstoffatom, schematisch dargestellt in Abbildung 1, das Elektron mit einer Kraft vom Kern (Proton) angezogen, die 1039-mal größer ist als die Kraft der Gravitationsanziehung.

Wenn Teilchen mit Kräften miteinander interagieren, die mit zunehmender Entfernung langsam abnehmen und um ein Vielfaches größer sind als die Schwerkraft, dann spricht man von einer elektrischen Ladung dieser Teilchen. Die Teilchen selbst werden als geladen bezeichnet. Es gibt Teilchen ohne elektrische Ladung, aber ohne Teilchen gibt es keine elektrische Ladung.

Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen werden elektromagnetisch genannt. Wenn wir sagen, dass Elektronen und Protonen elektrisch geladen sind, bedeutet dies, dass sie zu Wechselwirkungen einer bestimmten Art (elektromagnetisch) fähig sind und nichts weiter. Aufgrund der fehlenden Ladung der Teilchen werden solche Wechselwirkungen nicht erkannt. Elektrische Ladung bestimmt die Intensität elektromagnetischer Wechselwirkungen, ebenso wie die Masse die Intensität gravitativer Wechselwirkungen bestimmt. Die elektrische Ladung ist die zweite (nach der Masse) wichtigstes Merkmal Elementarteilchen, die ihr Verhalten in der Umwelt bestimmen.

Auf diese Weise

Elektrische Ladung ist eine physikalische Skalargröße, die die Eigenschaft von Teilchen oder Körpern charakterisiert, elektromagnetische Kraftwechselwirkungen einzugehen.

Elektrische Ladung wird durch die Buchstaben q oder Q symbolisiert.

So wie in der Mechanik häufig der Begriff eines materiellen Punktes verwendet wird, der es ermöglicht, die Lösung vieler Probleme deutlich zu vereinfachen, ist bei der Untersuchung der Wechselwirkung von Ladungen die Idee einer Punktladung wirksam. Eine Punktladung ist ein geladener Körper, dessen Abmessungen deutlich geringer sind als der Abstand dieses Körpers zum Beobachtungspunkt und anderen geladenen Körpern. Wenn sie insbesondere von der Wechselwirkung zweier Punktladungen sprechen, gehen sie davon aus, dass der Abstand zwischen den beiden betrachteten geladenen Körpern deutlich größer ist als ihre linearen Abmessungen.

Die elektrische Ladung eines Elementarteilchens ist kein spezieller „Mechanismus“ im Teilchen, der aus ihm entfernt, in seine Bestandteile zerlegt und wieder zusammengesetzt werden könnte. Das Vorhandensein einer elektrischen Ladung auf einem Elektron und anderen Teilchen bedeutet lediglich das Vorhandensein bestimmter Wechselwirkungen zwischen ihnen.

In der Natur gibt es Teilchen mit Ladungen entgegengesetzten Vorzeichens. Die Ladung eines Protons nennt man positiv, die Ladung eines Elektrons nennt man negativ. Das positive Vorzeichen einer Ladung auf einem Teilchen bedeutet natürlich nicht, dass es besondere Vorteile hat. Die Einführung von Ladungen mit zwei Vorzeichen drückt lediglich die Tatsache aus, dass geladene Teilchen sowohl anziehen als auch abstoßen können. Sind die Ladungszeichen gleich, stoßen sich die Teilchen ab, sind die Ladungszeichen unterschiedlich, ziehen sie sich an.

Es gibt derzeit keine Erklärung für die Gründe für die Existenz zweier Arten elektrischer Ladungen. Grundsätzliche Unterschiede zwischen positiven und negativen Ladungen lassen sich jedenfalls nicht feststellen. Wenn sich die Vorzeichen der elektrischen Ladungen von Teilchen ins Gegenteil ändern würden, würde sich die Art der elektromagnetischen Wechselwirkungen in der Natur nicht ändern.

Positive und negative Ladungen sind im Universum sehr ausgeglichen. Und wenn das Universum endlich ist, dann ist seine gesamte elektrische Ladung aller Wahrscheinlichkeit nach gleich Null.

Das Bemerkenswerteste ist, dass die elektrische Ladung aller Elementarteilchen genau gleich groß ist. Es gibt eine Mindestladung, Elementarladung genannt, die alle geladenen Elementarteilchen besitzen. Die Ladung kann positiv sein, wie bei einem Proton, oder negativ, wie bei einem Elektron, aber der Ladungsmodul ist in allen Fällen derselbe.

Es ist unmöglich, einen Teil der Ladung beispielsweise von einem Elektron zu trennen. Das ist vielleicht das Überraschendste. Keiner moderne Theorie kann nicht erklären, warum die Ladungen aller Teilchen gleich sind, und kann den Wert der minimalen elektrischen Ladung nicht berechnen. Sie wird experimentell anhand verschiedener Versuche ermittelt.

In den 1960er Jahren, als die Zahl der neu entdeckten Elementarteilchen besorgniserregend zu wachsen begann, wurde die Hypothese aufgestellt, dass alle stark wechselwirkenden Teilchen zusammengesetzt sind. Grundlegendere Teilchen wurden Quarks genannt. Auffallend war, dass Quarks eine gebrochene elektrische Ladung haben sollten: 1/3 und 2/3 der Elementarladung. Um Protonen und Neutronen aufzubauen, genügen zwei Arten von Quarks. Und ihre Höchstzahl beträgt offenbar nicht mehr als sechs.

Aufgrund des unvermeidlichen Ladungsverlusts ist es unmöglich, einen makroskopischen Standard für eine elektrische Ladungseinheit zu erstellen, der dem Längenstandard - einem Meter - ähnelt. Es wäre natürlich, die Ladung eines Elektrons als eine Einheit zu betrachten (dies wird heute in der Atomphysik gemacht). Doch zur Zeit Coulombs war die Existenz von Elektronen in der Natur noch nicht bekannt. Darüber hinaus ist die Ladung des Elektrons zu klein und daher als Standard schwer zu verwenden.

Im Internationalen Einheitensystem (SI) wird die Ladungseinheit, das Coulomb, anhand der Stromeinheit ermittelt:

1 Coulomb (C) ist die Ladung, die bei einem Strom von 1 A in 1 s durch den Querschnitt eines Leiters fließt.

Eine Ladung von 1 C ist sehr groß. Zwei solcher Ladungen würden sich in einem Abstand von 1 km mit einer Kraft abstoßen, die etwas geringer ist als die Kraft, mit der sie wirken Erde zieht eine Last mit einem Gewicht von 1 Tonne an. Daher ist es unmöglich, einem kleinen Körper (etwa mehrere Meter groß) eine Ladung von 1 C zu verleihen. Da sie sich gegenseitig abstoßen, könnten geladene Teilchen nicht auf einem solchen Körper bleiben. In der Natur gibt es keine anderen Kräfte, die unter diesen Bedingungen die Coulomb-Abstoßung kompensieren könnten. Aber bei einem im Allgemeinen neutralen Leiter kommt es nicht darauf an, eine Ladung von 1 C in Bewegung zu setzen viel Arbeit. Tatsächlich entsteht in einer gewöhnlichen Glühbirne mit einer Leistung von 100 W bei einer Spannung von 127 V ein Strom von etwas weniger als 1 A. Gleichzeitig fließt in 1 s eine Ladung von fast 1 C durch das Kreuz -Abschnitt des Dirigenten.

Ein Elektrometer dient zur Erkennung und Messung elektrischer Ladungen. Das Elektrometer besteht aus einem Metallstab und einem Zeiger, der sich um eine horizontale Achse drehen kann (Abb. 2). Der Stab mit dem Pfeil ist in einer Plexiglashülse befestigt und in einem zylindrischen Metallgehäuse untergebracht, das mit Glasdeckeln verschlossen ist.

Das Funktionsprinzip des Elektrometers. Berühren wir mit dem positiv geladenen Stab den Elektrometerstab. Wir werden sehen, dass die Nadel des Elektrometers um einen bestimmten Winkel abweicht (siehe Abb. 2). Die Drehung des Pfeils erklärt sich dadurch, dass beim Kontakt eines geladenen Körpers mit dem Elektrometerstab elektrische Ladungen entlang des Pfeils und des Stabs verteilt werden. Abstoßende Kräfte, die zwischen gleichen elektrischen Ladungen auf dem Stab und dem Zeiger wirken, bewirken, dass sich der Zeiger dreht. Elektrisieren wir den Ebonitstab erneut und berühren damit erneut den Elektrometerstab. Die Erfahrung zeigt, dass mit zunehmender elektrischer Ladung am Stab der Abweichungswinkel des Pfeils von der vertikalen Position zunimmt. Folglich kann man anhand des Ablenkungswinkels der Elektrometernadel den Wert der auf den Elektrometerstab übertragenen elektrischen Ladung beurteilen.

Die Gesamtheit aller bekannten experimentellen Fakten ermöglicht es uns, die folgenden Eigenschaften der Ladung hervorzuheben:

Es gibt zwei Arten elektrischer Ladungen, die üblicherweise als positiv und negativ bezeichnet werden. Positiv geladene Körper sind solche, die auf andere geladene Körper auf die gleiche Weise einwirken wie Glas, das durch Reibung mit Seide elektrisiert wird. Körper, die genauso wirken wie durch Reibung mit Wolle elektrifiziertes Ebonit, werden als negativ geladen bezeichnet. Die Wahl der Bezeichnung „positiv“ für Ladungen, die auf Glas entstehen, und „negativ“ für Ladungen auf Ebonit, ist völlig zufällig.

Ladungen können (zum Beispiel durch direkten Kontakt) von einem Körper auf einen anderen übertragen werden. Im Gegensatz zur Körpermasse ist die elektrische Ladung kein integrales Merkmal eines bestimmten Körpers. Derselbe Körper unterschiedliche Bedingungen kann eine andere Gebühr haben.

Gleiche Ladungen stoßen ab, ungleiche Ladungen ziehen sich an. Das zeigt sich auch grundlegender Unterschied elektromagnetische Kräfte von Gravitationskräften. Gravitationskräfte sind immer Anziehungskräfte.

Eine wichtige Eigenschaft einer elektrischen Ladung ist ihre Diskretion. Das bedeutet, dass es eine kleinste, universelle, weiter unteilbare Elementarladung gibt, so dass die Ladung q eines jeden Körpers ein Vielfaches dieser Elementarladung ist:

wobei N eine ganze Zahl ist und e der Wert der Elementarladung ist. Nach modernen Vorstellungen ist diese Ladung numerisch gleich der Elektronenladung e = 1,6∙10-19 C. Da der Wert der Elementarladung sehr klein ist, ist die Zahl N bei den meisten in der Praxis beobachteten und verwendeten geladenen Körpern sehr groß und die diskrete Natur der Ladungsänderung tritt nicht in Erscheinung. Daher wird angenommen, dass sich die elektrische Ladung von Körpern unter normalen Bedingungen nahezu kontinuierlich ändert.

Gesetz zur Erhaltung der elektrischen Ladung.

Innerhalb eines geschlossenen Systems bleibt die algebraische Summe der elektrischen Ladungen bei allen Wechselwirkungen konstant:

Ein isoliertes (oder geschlossenes) System nennen wir ein System von Körpern, in das keine elektrischen Ladungen von außen eingebracht und auch nicht daraus entfernt werden.

Nirgendwo und niemals in der Natur erscheint oder verschwindet eine elektrische Ladung desselben Vorzeichens. Das Auftreten einer positiven elektrischen Ladung geht immer mit dem Auftreten einer gleichen negativen Ladung einher. Weder positive noch negative Ladung können einzeln verschwinden; sie können sich nur dann gegenseitig neutralisieren, wenn sie den gleichen Modul haben.

Auf diese Weise können sich Elementarteilchen ineinander verwandeln. Aber immer während der Geburt geladener Teilchen wird das Auftreten eines Teilchenpaares mit Ladungen mit entgegengesetztem Vorzeichen beobachtet. Auch die gleichzeitige Geburt mehrerer solcher Paare ist zu beobachten. Geladene Teilchen verschwinden und werden zu neutralen, ebenfalls nur paarweise. All diese Tatsachen lassen keinen Zweifel an der strikten Umsetzung des Gesetzes zur Erhaltung der elektrischen Ladung.

Der Grund für die Erhaltung der elektrischen Ladung ist noch unbekannt.

Elektrifizierung des Körpers

Makroskopische Körper sind in der Regel elektrisch neutral. Ein Atom einer beliebigen Substanz ist neutral, weil die Anzahl der darin enthaltenen Elektronen der Anzahl der Protonen im Kern entspricht. Positiv und negativ geladene Teilchen werden durch elektrische Kräfte miteinander verbunden und bilden neutrale Systeme.

Körper große Größen geladen, wenn es zu viele Elementarteilchen mit dem gleichen Ladungszeichen enthält. Die negative Ladung eines Körpers entsteht durch einen Überschuss an Elektronen im Vergleich zu Protonen, die positive Ladung durch deren Mangel.

Um einen elektrisch geladenen makroskopischen Körper zu erhalten, oder wie man sagt, um ihn zu elektrisieren, ist es notwendig, einen Teil der negativen Ladung von der damit verbundenen positiven Ladung zu trennen.

Am einfachsten geht das mit Reibung. Wenn Sie mit einem Kamm durch Ihr Haar fahren, wandert ein kleiner Teil der beweglichsten geladenen Teilchen – Elektronen – vom Haar zum Kamm und lädt ihn negativ auf, woraufhin das Haar positiv geladen wird. Bei der Elektrifizierung durch Reibung erhalten beide Körper Ladungen mit entgegengesetztem Vorzeichen, aber gleicher Größe.

Es ist sehr einfach, Körper durch Reibung zu elektrisieren. Es erwies sich jedoch als sehr schwierig zu erklären, wie dies geschieht.

1 Version. Bei der Elektrifizierung von Körpern ist ein enger Kontakt zwischen ihnen wichtig. Elektrische Kräfte halten Elektronen im Körper fest. Aber für verschiedene Substanzen sind diese Kräfte unterschiedlich. Bei engem Kontakt gelangt ein kleiner Teil der Elektronen einer Substanz, bei der die Bindung der Elektronen an den Körper relativ schwach ist, auf einen anderen Körper. Die Elektronenbewegungen überschreiten nicht die interatomaren Abstände (10-8 cm). Wenn die Leichen jedoch getrennt werden, werden beide angeklagt. Da die Oberflächen von Körpern nie vollkommen glatt sind, wird der für den Übergang notwendige enge Kontakt zwischen Körpern nur bei hergestellt kleine Flächen Oberflächen. Wenn Körper aneinander reiben, erhöht sich die Anzahl der Bereiche mit engem Kontakt und damit die Gesamtzahl der geladenen Teilchen, die von einem Körper zum anderen gelangen. Es ist jedoch nicht klar, wie sich Elektronen in nichtleitenden Substanzen (Isolatoren) wie Ebonit, Plexiglas und anderen bewegen können. Sie sind in neutralen Molekülen gebunden.

Version 2. Am Beispiel eines ionischen LiF-Kristalls (Isolator) sieht diese Erklärung so aus. Bei der Bildung eines Kristalls entstehen verschiedene Arten von Defekten, insbesondere Leerstellen – ungefüllte Räume an den Knotenpunkten des Kristallgitters. Wenn die Anzahl der Leerstellen für positive Lithiumionen und negative Fluorionen nicht gleich ist, wird das Volumen des Kristalls bei der Bildung aufgeladen. Doch die Ladung als Ganzes kann vom Kristall nicht lange gehalten werden. Es gibt immer eine bestimmte Menge an Ionen in der Luft, und der Kristall zieht sie aus der Luft, bis die Ladung des Kristalls durch eine Ionenschicht auf seiner Oberfläche neutralisiert wird. Unterschiedliche Isolatoren haben unterschiedliche Raumladungen und daher unterschiedliche Ladungen Oberflächenschichten Ionen. Bei der Reibung vermischen sich die Oberflächenschichten der Ionen, und wenn die Isolatoren getrennt werden, wird jeder von ihnen aufgeladen.

Können zwei identische Isolatoren, beispielsweise dieselben LiF-Kristalle, durch Reibung elektrisiert werden? Wenn sie die gleichen eigenen Raumgebühren haben, dann nein. Sie können aber auch unterschiedliche Eigenladungen aufweisen, wenn die Kristallisationsbedingungen unterschiedlich waren und eine unterschiedliche Anzahl an Leerstellen auftrat. Wie die Erfahrung zeigt, kann es tatsächlich zu einer Elektrifizierung bei der Reibung identischer Kristalle aus Rubin, Bernstein usw. kommen. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass die obige Erklärung in allen Fällen korrekt ist. Wenn Körper beispielsweise aus Molekülkristallen bestehen, sollte das Auftreten von Leerstellen in ihnen nicht zu einer Aufladung des Körpers führen.

Eine andere Möglichkeit, Körper zu elektrisieren, besteht darin, sie verschiedenen Strahlungen (insbesondere Ultraviolett-, Röntgen- und γ-Strahlung) auszusetzen. Diese Methode ist am effektivsten für die Elektrifizierung von Metallen, wenn unter dem Einfluss von Strahlung Elektronen aus der Oberfläche des Metalls herausgeschlagen werden und der Leiter eine positive Ladung erhält.

Elektrifizierung durch Einfluss. Der Leiter wird nicht nur beim Kontakt mit einem geladenen Körper aufgeladen, sondern auch in einiger Entfernung. Lassen Sie uns dieses Phänomen genauer untersuchen. Hängen wir leichte Blätter Papier an einen isolierten Leiter (Abb. 3). Wenn der Leiter zunächst nicht aufgeladen ist, befinden sich die Flügel in der nicht ausgelenkten Position. Bringen wir nun eine hochgeladene isolierte Metallkugel zum Beispiel mit einem Glasstab zum Leiter. Wir werden sehen, dass die an den Enden des Körpers an den Punkten a und b aufgehängten Bleche abgelenkt werden, obwohl der geladene Körper den Leiter nicht berührt. Der Leiter wurde durch Einfluss aufgeladen, weshalb das Phänomen selbst „Elektrisierung durch Einfluss“ oder „elektrische Induktion“ genannt wurde. Durch elektrische Induktion gewonnene Ladungen werden als induziert oder induziert bezeichnet. Die in der Körpermitte an den Punkten a‘ und b‘ aufgehängten Blätter weichen nicht ab. Dies bedeutet, dass induzierte Ladungen nur an den Enden des Körpers entstehen und die Mitte neutral, also ungeladen, bleibt. Indem man einen elektrifizierten Glasstab zu den an den Punkten a und b aufgehängten Platten bringt, kann man leicht überprüfen, dass sich die Platten an Punkt b von ihm abstoßen und die Platten an Punkt a angezogen werden. Dies bedeutet, dass am entfernten Ende des Leiters eine Ladung mit demselben Vorzeichen wie auf der Kugel erscheint und an benachbarten Teilen Ladungen mit einem anderen Vorzeichen entstehen. Wenn wir die geladene Kugel entfernen, werden wir sehen, dass die Blätter nach unten fallen. Ganz ähnlich verläuft das Phänomen, wenn wir den Versuch wiederholen, indem wir die Kugel negativ aufladen (zum Beispiel mit Siegellack).

Aus elektronentheoretischer Sicht lassen sich diese Phänomene leicht durch die Existenz freier Elektronen in einem Leiter erklären. Wenn an einen Leiter eine positive Ladung angelegt wird, werden Elektronen von ihm angezogen und sammeln sich am nächstgelegenen Ende des Leiters an. Darauf erscheinen eine bestimmte Anzahl „überschüssiger“ Elektronen und dieser Teil des Leiters wird negativ geladen. Am anderen Ende herrscht ein Mangel an Elektronen und daher ein Überschuss an positiven Ionen: Hier entsteht eine positive Ladung.

Wenn ein negativ geladener Körper in die Nähe eines Leiters gebracht wird, sammeln sich am anderen Ende Elektronen an und am nahen Ende entsteht ein Überschuss an positiven Ionen. Nach dem Entfernen der Ladung, die die Bewegung der Elektronen verursacht, verteilen sie sich wieder im gesamten Leiter, sodass alle Teile davon noch ungeladen sind.

Die Bewegung der Ladungen entlang des Leiters und ihre Ansammlung an seinen Enden werden fortgesetzt, bis der Einfluss überschüssiger Ladungen, die sich an den Enden des Leiters bilden, die von der Kugel ausgehenden elektrischen Kräfte ausgleicht, unter deren Einfluss die Umverteilung der Elektronen erfolgt. Das Fehlen von Ladung in der Mitte des Körpers zeigt, dass sich hier die von der Kugel ausgehenden Kräfte und die Kräfte, mit denen die an den Enden des Leiters angesammelten überschüssigen Ladungen auf freie Elektronen einwirken, die Waage halten.

Induzierte Ladungen können getrennt werden, wenn der Leiter in Gegenwart eines geladenen Körpers in Teile geteilt wird. Eine solche Erfahrung ist in Abb. dargestellt. 4. In diesem Fall können die verdrängten Elektronen nach dem Entfernen der geladenen Kugel nicht mehr zurückkehren; da sich zwischen beiden Teilen des Leiters ein Dielektrikum (Luft) befindet. Überschüssige Elektronen werden auf der linken Seite verteilt; Der Mangel an Elektronen am Punkt B wird teilweise aus der Fläche des Punktes B' ausgeglichen, so dass sich herausstellt, dass jeder Teil des Leiters geladen ist: der linke - mit einer Ladung, deren Vorzeichen der Ladung der Kugel entgegengesetzt ist, der rechts – mit einer Ladung, die den gleichen Namen hat wie die Ladung des Balls. Nicht nur die Blätter an den Punkten a und b divergieren, sondern auch die zuvor stationären Blätter an den Punkten a’ und b’.

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Wenn Sie einen Glasstab auf einem Blatt Papier reiben, erhält der Stab die Fähigkeit, Federblätter, Flusen und dünne Wasserstrahlen anzuziehen. Wenn Sie trockenes Haar mit einem Plastikkamm kämmen, werden die Haare vom Kamm angezogen. In diesen einfachen Beispielen begegnen wir der Manifestation von Kräften, die man elektrisch nennt.

Körper oder Teilchen, die mit elektrischen Kräften auf umgebende Objekte einwirken, werden geladen oder elektrisiert genannt. Beispielsweise wird der oben erwähnte Glasstab elektrisiert, nachdem er an einem Stück Papier gerieben wurde.

Teilchen haben eine elektrische Ladung, wenn sie durch elektrische Kräfte miteinander interagieren. Die elektrischen Kräfte nehmen mit zunehmendem Abstand zwischen den Teilchen ab. Elektrische Kräfte sind um ein Vielfaches größer als die Kräfte der universellen Schwerkraft.

Elektrische Ladung ist eine physikalische Größe, die die Intensität elektromagnetischer Wechselwirkungen bestimmt.

Elektromagnetische Wechselwirkungen sind Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen oder Körpern.

Elektrische Ladungen werden in positive und negative unterteilt. Stabile Elementarteilchen – Protonen und Positronen sowie Ionen von Metallatomen usw. – sind positiv geladen. Stabile negative Ladungsträger sind das Elektron und das Antiproton.

Es gibt elektrisch ungeladene Teilchen, also neutrale: Neutron, Neutrino. Diese Teilchen nehmen nicht an elektrischen Wechselwirkungen teil, da ihre elektrische Ladung Null ist. Es gibt Teilchen ohne elektrische Ladung, aber ohne Teilchen gibt es keine elektrische Ladung.

Auf mit Seide geriebenem Glas treten positive Ladungen auf. Auf Fell geriebener Ebonit weist negative Ladungen auf. Teilchen stoßen sich ab, wenn sie Ladungen mit dem gleichen Vorzeichen (Ladungen mit demselben Namen) haben und wann verschiedene Zeichen(entgegengesetzte Ladungen) Teilchen ziehen sich an.

Alle Körper bestehen aus Atomen. Atome bestehen aus einem positiv geladenen Atomkern und negativ geladenen Elektronen, die sich um den Atomkern bewegen. Der Atomkern besteht aus positiv geladenen Protonen und neutralen Teilchen – Neutronen. Die Ladungen in einem Atom sind so verteilt, dass das Atom als Ganzes neutral ist, das heißt, die Summe der positiven und negativen Ladungen im Atom ist Null.

Elektronen und Protonen sind Bestandteile jeder Substanz und die kleinsten stabilen Elementarteilchen. Diese Teilchen können unbegrenzt lange in einem freien Zustand existieren. Die elektrische Ladung eines Elektrons und eines Protons wird als Elementarladung bezeichnet.

Die Elementarladung ist die Mindestladung, die alle geladenen Elementarteilchen haben. Die elektrische Ladung eines Protons ist betragsmäßig gleich der Ladung eines Elektrons:

e = 1,6021892(46) * 10-19 C

Die Größe jeder Ladung ist ein Vielfaches des Absolutwerts der Elementarladung, also der Ladung des Elektrons. Elektron übersetzt aus dem Griechischen Elektron – Bernstein, Proton – aus dem Griechischen Protos – zuerst, Neutron aus dem Lateinischen Neutrum – weder das eine noch das andere.

Einfache Experimente zur Elektrifizierung verschiedener Körper veranschaulichen die folgenden Punkte.

1. Es gibt zwei Arten von Ladungen: positive (+) und negative (-). Eine positive Ladung entsteht, wenn Glas an Leder oder Seide reibt, und eine negative Ladung entsteht, wenn Bernstein (oder Ebonit) an Wolle reibt.

2. Gebühren (bzw aufgeladene Körper) miteinander interagieren. Gleiche Gebühren wegschieben, und im Gegensatz zu Gebühren werden angezogen.

3. Der Elektrifizierungszustand kann von einem Körper auf einen anderen übertragen werden, was mit der Übertragung elektrischer Ladung verbunden ist. In diesem Fall kann eine größere oder kleinere Ladung auf den Körper übertragen werden, d. h. die Ladung hat eine Größe. Bei der Elektrifizierung durch Reibung erhalten beide Körper eine Ladung, wobei der eine positiv und der andere negativ ist. Hervorzuheben ist, dass die Absolutwerte der Ladungen von durch Reibung elektrifizierten Körpern gleich sind, was durch zahlreiche Ladungsmessungen mit Elektrometern bestätigt wird.

Nach der Entdeckung des Elektrons und der Untersuchung der Struktur des Atoms wurde es möglich zu erklären, warum Körper bei Reibung elektrisiert (d. h. geladen) werden. Wie Sie wissen, bestehen alle Stoffe aus Atomen; Atome wiederum bestehen aus Elementarteilchen – negativ geladen Elektronen, positiv geladen Protonen und neutrale Teilchen - Neutronen. Elektronen und Protonen sind Träger elementarer (minimaler) elektrischer Ladungen.

Elementare elektrische Ladung ( e) - Dies ist die kleinste elektrische Ladung, positiv oder negativ, gleich dem Wert der Elektronenladung:

e = 1.6021892(46) 10 -19 C.

Es gibt viele geladene Elementarteilchen, und fast alle von ihnen sind geladen +e oder -e Allerdings sind diese Teilchen sehr kurzlebig. Sie leben weniger als eine Millionstel Sekunde. Nur Elektronen und Protonen existieren auf unbestimmte Zeit in einem freien Zustand.

Protonen und Neutronen (Nukleonen) bilden den positiv geladenen Kern eines Atoms, um den sich negativ geladene Elektronen drehen, deren Anzahl gleich der Anzahl der Protonen ist, sodass das Atom als Ganzes ein Kraftwerk ist.

Unter normalen Bedingungen sind Körper, die aus Atomen (oder Molekülen) bestehen, elektrisch neutral. Während des Reibungsprozesses können jedoch einige der Elektronen, die ihre Atome verlassen haben, von einem Körper zum anderen wandern. Die Elektronenbewegungen überschreiten nicht die interatomaren Abstände. Wenn die Körper jedoch nach der Reibung getrennt werden, werden sie aufgeladen; Der Körper, der einige seiner Elektronen abgegeben hat, wird positiv geladen, und der Körper, der sie aufgenommen hat, wird negativ geladen.

Körper werden also elektrifiziert, das heißt, sie erhalten eine elektrische Ladung, wenn sie Elektronen verlieren oder aufnehmen. In einigen Fällen wird die Elektrifizierung durch die Bewegung von Ionen verursacht. In diesem Fall entstehen keine neuen elektrischen Ladungen. Es erfolgt lediglich eine Aufteilung der vorhandenen Ladungen auf die elektrifizierenden Körper: Ein Teil der negativen Ladungen geht von einem Körper auf einen anderen über.

Ermittlung der Gebühr.

Besonders hervorzuheben ist, dass die Ladung eine integrale Eigenschaft des Teilchens ist. Man kann sich ein Teilchen ohne Ladung vorstellen, aber es ist unmöglich, sich eine Ladung ohne Teilchen vorzustellen.

Geladene Teilchen manifestieren sich durch Anziehung (entgegengesetzte Ladungen) oder Abstoßung (wie Ladungen) mit Kräften, die um viele Größenordnungen größer sind als die Gravitationskräfte. Somit ist die elektrische Anziehungskraft eines Elektrons auf den Kern in einem Wasserstoffatom 10 39-mal größer als die gravitative Anziehungskraft dieser Teilchen. Die Wechselwirkung zwischen geladenen Teilchen nennt man elektromagnetische Wechselwirkung und die elektrische Ladung bestimmt die Intensität elektromagnetischer Wechselwirkungen.

In der modernen Physik wird Ladung wie folgt definiert:

Elektrische Ladung- Dies ist eine physikalische Größe, die eine Quelle eines elektrischen Feldes darstellt, durch das die Wechselwirkung von Teilchen mit einer Ladung erfolgt.

Elektrische Ladung– eine physikalische Größe, die die Fähigkeit von Körpern charakterisiert, elektromagnetische Wechselwirkungen einzugehen. Gemessen in Coulomb.

Elementare elektrische Ladung– die minimale Ladung, die Elementarteilchen haben (Protonen- und Elektronenladung).

Der Körper hat eine Ladung bedeutet, dass es zusätzliche oder fehlende Elektronen hat. Diese Gebühr ist ausgewiesen Q=ne. (sie entspricht der Anzahl der Elementarladungen).

Elektrisieren Sie den Körper– einen Überschuss und Mangel an Elektronen erzeugen. Methoden: Elektrifizierung durch Reibung Und Elektrifizierung durch Kontakt.

Punkt Morgendämmerung d ist die Ladung des Körpers, die als materieller Punkt angenommen werden kann.

Probeladung() – Punkt, kleine Ladung, immer positiv – wird zur Untersuchung des elektrischen Feldes verwendet.

Gesetz der Ladungserhaltung:In einem isolierten System bleibt die algebraische Summe der Ladungen aller Körper für alle Wechselwirkungen dieser Körper untereinander konstant.

Coulomb-Gesetz:Die Wechselwirkungskräfte zwischen zwei Punktladungen sind proportional zum Produkt dieser Ladungen, umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen, hängen von den Eigenschaften des Mediums ab und sind entlang der Geraden gerichtet, die ihre Zentren verbindet.

, Wo

F/m, Cl 2 /nm 2 – Dielektrikum. schnell. Vakuum

- bezieht sich. Dielektrizitätskonstante (>1)

- absolute dielektrische Permeabilität. Umfeld

Elektrisches Feld– ein materielles Medium, durch das die Wechselwirkung elektrischer Ladungen erfolgt.

Eigenschaften des elektrischen Feldes:

Spannung(E) ist eine Vektorgröße, die der Kraft entspricht, die auf eine an einem bestimmten Punkt platzierte Einheitstestladung wirkt.

Gemessen in N/C.

Richtung– das gleiche wie das der wirkenden Kraft.

Spannung kommt nicht darauf an weder auf die Stärke noch auf die Größe der Testladung.

Überlagerung elektrischer Felder: Die von mehreren Ladungen erzeugte Feldstärke ist gleich der Vektorsumme der Feldstärken jeder Ladung:

Grafisch Das elektronische Feld wird durch Spannungslinien dargestellt.

Spannungslinie– eine Linie, deren Tangente an jedem Punkt mit der Richtung des Spannungsvektors übereinstimmt.

Eigenschaften von Spannungsleitungen: Sie schneiden sich nicht, es kann nur eine Linie durch jeden Punkt gezogen werden; Sie sind nicht geschlossen, sie hinterlassen eine positive Ladung und gehen in eine negative über oder lösen sich in der Unendlichkeit auf.

Arten von Feldern:

Gleichmäßiges elektrisches Feld– ein Feld, dessen Intensitätsvektor an jedem Punkt in Größe und Richtung gleich ist.

Ungleichmäßiges elektrisches Feld– ein Feld, dessen Intensitätsvektor an jedem Punkt in Größe und Richtung ungleich ist.

Konstantes elektrisches Feld– Der Spannungsvektor ändert sich nicht.

Variables elektrisches Feld– Der Spannungsvektor ändert sich.

Arbeit, die ein elektrisches Feld verrichtet, um eine Ladung zu bewegen.

, wobei F die Kraft und S die Verschiebung ist. - Winkel zwischen F und S.

Für ein gleichmäßiges Feld gilt: Die Kraft ist konstant.

Die Arbeit hängt nicht von der Form der Flugbahn ab; Die für die Bewegung entlang einer geschlossenen Bahn aufgewendete Arbeit ist Null.

Für ein ungleichmäßiges Feld:

Elektrisches Feldpotential– das Verhältnis der Arbeit, die das Feld verrichtet, um eine elektrische Testladung ins Unendliche zu bewegen, zur Größe dieser Ladung.

-Potenzial– Energiecharakteristik des Feldes. Gemessen in Volt

Potenzieller unterschied:

, Das

, Bedeutet

-potenzieller Gradient.

Für ein einheitliches Feld: Potentialdifferenz – Stromspannung:

. Gemessen wird in Volt, die Geräte sind Voltmeter.

Elektrische Kapazität– die Fähigkeit von Körpern, elektrische Ladung anzusammeln; das Verhältnis von Ladung zu Potential, das für einen gegebenen Leiter immer konstant ist.

Ist nicht ladungs- und potenzialabhängig. Aber es hängt von der Größe und Form des Leiters ab; von den dielektrischen Eigenschaften des Mediums.

, wobei r die Größe ist,

- Durchlässigkeit der Umgebung um den Körper.

Die elektrische Kapazität erhöht sich, wenn sich Körper – Leiter oder Dielektrika – in der Nähe befinden.

Kondensator– Vorrichtung zum Akkumulieren von Ladung. Elektrische Kapazität:

Flacher Kondensator– zwei Metallplatten mit einem Dielektrikum dazwischen. Elektrische Kapazität eines Flachkondensators:

, wobei S die Fläche der Platten ist, d der Abstand zwischen den Platten.

Energie eines geladenen Kondensators gleich der Arbeit, die das elektrische Feld bei der Ladungsübertragung von einer Platte auf eine andere verrichtet.

Kleine Ladungsübertragung

, die Spannung ändert sich zu

, Die Arbeit ist erledigt

. Als

, und C =const,

. Dann

. Integrieren wir:

Elektrische Feldenergie:

, wobei V=Sl das vom elektrischen Feld eingenommene Volumen ist

Für ein ungleichmäßiges Feld:

Volumetrische elektrische Felddichte:

. Gemessen in J/m 3.

Elektrischer Dipol– ein System bestehend aus zwei gleichen, aber im Vorzeichen entgegengesetzten elektrischen Punktladungen, die in einiger Entfernung voneinander angeordnet sind (Dipolarm -l).

Das Hauptmerkmal eines Dipols ist Dipolmoment– ein Vektor, der dem Produkt aus Ladung und Dipolarm entspricht und von der negativen zur positiven Ladung gerichtet ist. Festgelegt

. Gemessen in Coulomb-Metern.

Dipol in einem gleichmäßigen elektrischen Feld.

Auf jede Ladung des Dipols wirken folgende Kräfte:

Und

. Diese Kräfte sind entgegengesetzt gerichtet und erzeugen ein Moment eines Kräftepaares – ein Drehmoment:, wo

M – Drehmoment F – Kräfte, die auf den Dipol wirken

d – Schwellerarm – Dipolarm

p – Dipolmoment E – Spannung

- Winkel zwischen p Eq – Ladung

Unter dem Einfluss eines Drehmoments dreht sich der Dipol und richtet sich in Richtung der Spannungslinien aus. Die Vektoren p und E sind parallel und unidirektional.

Dipol in einem ungleichmäßigen elektrischen Feld.

Es entsteht ein Drehmoment, was bedeutet, dass sich der Dipol dreht. Aber die Kräfte werden ungleich sein und der Dipol wird sich dorthin bewegen, wo die Kraft größer ist.

-Spannungsgradient. Je höher der Spannungsgradient ist, desto höher ist die seitliche Kraft, die den Dipol zieht. Der Dipol ist entlang der Kraftlinien ausgerichtet.

Dipol-Eigenfeld.

Aber. Dann:

Der Dipol sei am Punkt O und sein Arm sei klein. Dann:

Die Formel wurde unter Berücksichtigung von Folgendem ermittelt:

Somit hängt die Potentialdifferenz vom Sinus des halben Winkels ab, bei dem die Dipolpunkte sichtbar sind, und der Projektion des Dipolmoments auf die diese Punkte verbindende Gerade.

Dielektrika in einem elektrischen Feld.

Dielektrikum- ein Stoff, der keine freien Ladungen besitzt und daher keinen elektrischen Strom leitet. Tatsächlich existiert jedoch eine Leitfähigkeit, die jedoch vernachlässigbar ist.

Dielektrizitätsklassen:

bei polaren Molekülen (Wasser, Nitrobenzol): Die Moleküle sind nicht symmetrisch, die Massenschwerpunkte positiver und negativer Ladungen fallen nicht zusammen, d. h. sie haben auch dann ein Dipolmoment, wenn kein elektrisches Feld vorhanden ist.

bei unpolaren Molekülen (Wasserstoff, Sauerstoff): Die Moleküle sind symmetrisch, die Massenschwerpunkte positiver und negativer Ladung fallen zusammen, das heißt, sie besitzen in Abwesenheit eines elektrischen Feldes kein Dipolmoment.

kristallin (Natriumchlorid): eine Kombination aus zwei Untergittern, von denen eines positiv und das andere negativ geladen ist; In Abwesenheit eines elektrischen Feldes ist das gesamte Dipolmoment Null.

Polarisation– der Prozess der räumlichen Ladungstrennung, das Auftreten gebundener Ladungen auf der Oberfläche des Dielektrikums, was zu einer Schwächung des Feldes innerhalb des Dielektrikums führt.

Polarisationsmethoden:

Methode 1 – elektrochemische Polarisation:

An den Elektroden – Bewegung von Kationen und Anionen zu ihnen, Neutralisierung von Substanzen; Es bilden sich Bereiche mit positiver und negativer Ladung. Der Strom nimmt allmählich ab. Die Geschwindigkeit der Etablierung des Neutralisationsmechanismus wird durch die Relaxationszeit charakterisiert – dies ist die Zeit, in der die Polarisations-EMK ab dem Moment, in dem das Feld angelegt wird, von 0 auf ein Maximum ansteigt. = 10 -3 -10 -2 s.

Methode 2 – Orientierungspolarisation:

Auf der Oberfläche des Dielektrikums bilden sich unkompensierte Polare, d.h. es kommt zum Phänomen der Polarisation. Die Spannung im Dielektrikum ist kleiner als die äußere Spannung. Entspannungs Zeit: = 10 -13 -10 -7 s. Frequenz 10 MHz.

Methode 3 – elektronische Polarisation:

Charakteristisch für unpolare Moleküle, die zu Dipolen werden. Entspannungs Zeit: = 10 -16 -10 -14 s. Frequenz 10 8 MHz.

Methode 4 – Ionenpolarisation:

Zwei Gitter (Na und Cl) sind relativ zueinander verschoben.

Entspannungs Zeit:

Methode 5 – Mikrostrukturelle Polarisation:

Charakteristisch für biologische Strukturen, wenn sich geladene und ungeladene Schichten abwechseln. Es kommt zu einer Umverteilung von Ionen auf semipermeablen oder ionenundurchlässigen Trennwänden.

Entspannungs Zeit: =10 -8 -10 -3 s. Frequenz 1KHz

Numerische Eigenschaften des Polarisationsgrades:

Elektrischer Strom– das ist die geordnete Bewegung freier Ladungen in der Materie oder im Vakuum.

Bedingungen für die Existenz von elektrischem Strom:

Vorhandensein kostenloser Gebühren

das Vorhandensein eines elektrischen Feldes, d.h. Kräfte, die auf diese Ladungen einwirken

Aktuelle Stärke– ein Wert, der der Ladung entspricht, die pro Zeiteinheit (1 Sekunde) durch einen beliebigen Querschnitt eines Leiters fließt.

Gemessen in Ampere.

n – Ladungskonzentration

q – Gebührenwert

S – Querschnittsfläche des Leiters

- Geschwindigkeit der gerichteten Bewegung von Partikeln.

Die Bewegungsgeschwindigkeit geladener Teilchen in einem elektrischen Feld ist gering – 7 * 10 -5 m/s, die Ausbreitungsgeschwindigkeit des elektrischen Feldes beträgt 3 * 10 8 m/s.

Stromdichte– die Ladungsmenge, die in 1 Sekunde durch einen Querschnitt von 1 m2 fließt.

. Gemessen in A/m2.

- Die vom elektrischen Feld auf das Ion wirkende Kraft ist gleich der Reibungskraft

- Ionenmobilität

- Geschwindigkeit der gerichteten Bewegung von Ionen = Mobilität, Feldstärke

Je größer die Konzentration der Ionen, ihre Ladung und Beweglichkeit, desto größer ist die spezifische Leitfähigkeit des Elektrolyten. Mit zunehmender Temperatur erhöht sich die Beweglichkeit der Ionen und die elektrische Leitfähigkeit.

Basierend auf Beobachtungen der Wechselwirkung elektrisch geladener Körper bezeichnete der amerikanische Physiker Benjamin Franklin einige Körper als positiv geladen und andere als negativ geladen. Dementsprechend und elektrische Aufladungen angerufen positiv Und Negativ.

Körper mit gleichen Ladungen stoßen sich ab. Körper mit entgegengesetzter Ladung ziehen sich an.

Diese Ladungsnamen sind recht konventionell und ihre einzige Bedeutung besteht darin, dass Körper mit elektrischen Ladungen entweder anziehen oder abstoßen können.

Das Vorzeichen der elektrischen Ladung eines Körpers wird durch Wechselwirkung mit dem herkömmlichen Standard des Ladungszeichens bestimmt.

Als einer dieser Standards wurde die Ladung eines mit Fell eingeriebenen Ebonitstabs angenommen. Es wird angenommen, dass ein Ebonitstab nach dem Reiben mit Fell immer eine negative Ladung aufweist.

Wenn es notwendig ist, das Vorzeichen der Ladung eines bestimmten Körpers zu bestimmen, wird er auf einen Ebonitstab gebracht, mit Fell eingerieben, in einer leichten Suspension fixiert und die Wechselwirkung beobachtet. Wird der Stab abgestoßen, ist der Körper negativ geladen.

Nach der Entdeckung und Untersuchung der Elementarteilchen stellte sich heraus, dass dies der Fall war negative Ladung hat immer ein Elementarteilchen - Elektron.

Elektron (aus dem Griechischen – Bernstein) – ein stabiles Elementarteilchen mit negativer elektrischer Ladunge = 1,6021892(46) . 10 -19 C, Ruhemassem e =9.1095. 10 -19 kg. 1897 vom englischen Physiker J. J. Thomson entdeckt.

Als Maßstab für die positive Ladung wurde die Ladung eines mit Naturseide eingeriebenen Glasstabs herangezogen. Wird ein Stab von einem elektrifizierten Körper abgestoßen, dann ist dieser Körper positiv geladen.

Positive Ladung schon immer Proton, welches Teil des Atomkerns ist. Material von der Website

Wenn Sie die oben genannten Regeln verwenden, um das Vorzeichen der Ladung eines Körpers zu bestimmen, müssen Sie bedenken, dass es von der Substanz der interagierenden Körper abhängt. So kann ein Ebonitstab eine positive Ladung haben, wenn er mit einem Tuch aus Holz gerieben wird Synthetische Materialien. Ein Glasstab wird negativ geladen, wenn er mit Fell gerieben wird. Wenn Sie also vorhaben, einen Ebonitstab negativ aufzuladen, sollten Sie ihn unbedingt beim Reiben mit Fell oder verwenden Wollstoff. Gleiches gilt für die Elektrifizierung eines Glasstabes, der mit einem Tuch aus Naturseide gerieben wird, um eine positive Ladung zu erhalten. Nur das Elektron und das Proton haben immer und eindeutig negative bzw. positive Ladungen.

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Verbunden mit einem materiellen Träger; internes Merkmal Elementarteilchen, das seine elektromagnetischen Wechselwirkungen bestimmt.

Elektrische Ladung ist physikalische Größe, das die Eigenschaft von Körpern oder Teilchen charakterisiert, elektromagnetische Wechselwirkungen einzugehen, und die Werte von Kräften und Energien bei solchen Wechselwirkungen bestimmt. Elektrische Ladung ist eines der Grundkonzepte beim Studium der Elektrizität. Das ganze Set elektrische Phänomene ist eine Manifestation der Existenz, Bewegung und Wechselwirkung elektrischer Ladungen. Elektrische Ladung ist eine inhärente Eigenschaft einiger Elementarteilchen.

Es gibt zwei Arten elektrischer Ladungen, die üblicherweise als positiv und negativ bezeichnet werden. Ladungen gleichen Vorzeichens stoßen sich ab, Ladungen unterschiedlicher Vorzeichen ziehen sich gegenseitig an. Die Ladung eines elektrifizierten Glasstabs galt herkömmlicherweise als positiv und die eines Harzstabs (insbesondere eines Bernsteinstabs) als negativ. Gemäß dieser Bedingung ist die elektrische Ladung eines Elektrons negativ (griechisch „Elektron“ – Bernstein).

Die Ladung eines makroskopischen Körpers wird durch die Gesamtladung der Elementarteilchen bestimmt, aus denen dieser Körper besteht. Um einen makroskopischen Körper aufzuladen, müssen Sie die Anzahl der darin enthaltenen geladenen Elementarteilchen ändern, dh eine bestimmte Anzahl von Ladungen mit demselben Vorzeichen auf ihn übertragen oder von ihm entfernen. Unter realen Bedingungen ist ein solcher Prozess normalerweise mit der Bewegung von Elektronen verbunden. Eine Körperschaft gilt nur dann als aufgeladen, wenn sie einen Überschuss an Ladungen desselben Zeichens enthält, die die Ladung der Körperschaft bilden und normalerweise mit dem Buchstaben bezeichnet werden Q oder Q Wenn Ladungen auf Punktkörper aufgebracht werden, kann die Wechselwirkungskraft zwischen ihnen durch das Coulombsche Gesetz bestimmt werden. Die SI-Einheit der Ladung ist Coulomb - Cl.

Elektrische Ladung Q Da jeder Körper diskret ist, gibt es eine minimale, elementare elektrische Ladung – e, zu dem alle elektrischen Ladungen von Körpern ein Vielfaches sind:

\(q = n e\)

Die in der Natur vorkommende Mindestladung ist die Ladung von Elementarteilchen. In SI-Einheiten ist der Modul dieser Ladung gleich: e= 1, 6,10 -19 Cl. Alle elektrischen Ladungen sind um ein ganzzahliges Vielfaches größer als die Elementarladungen. Alle geladenen Elementarteilchen haben eine elementare elektrische Ladung. Ende des 19. Jahrhunderts. das Elektron, ein Träger einer negativen elektrischen Ladung, wurde entdeckt, und zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde ein Proton entdeckt, das die gleiche positive Ladung trägt; Somit wurde bewiesen, dass elektrische Ladungen nicht für sich allein existieren, sondern mit Teilchen verbunden sind und eine innere Eigenschaft von Teilchen sind (später wurden andere Elementarteilchen entdeckt, die eine positive oder negative Ladung in der gleichen Größenordnung tragen). Die Ladung aller Elementarteilchen (sofern sie nicht Null ist) ist im absoluten Wert gleich. Elementare hypothetische Teilchen sind Quarks mit einer Ladung von 2/3 e oder +1/3 e, wurden nicht beobachtet, ihre Existenz wird jedoch in der Theorie der Elementarteilchen angenommen.

Die Invarianz der elektrischen Ladung wurde experimentell nachgewiesen: Die Größe der Ladung hängt nicht von der Geschwindigkeit ab, mit der sie sich bewegt (d. h. die Größe der Ladung ist in Bezug auf Trägheitsbezugssysteme invariant und hängt nicht davon ab, ob es bewegt sich oder ruht).

Die elektrische Ladung ist additiv, das heißt, die Ladung eines beliebigen Systems von Körpern (Teilchen) ist gleich der Summe der Ladungen der im System enthaltenen Körper (Teilchen).

Die elektrische Ladung gehorcht dem Erhaltungssatz, der nach vielen Experimenten festgestellt wurde. In einem elektrisch geschlossenen System bleibt die Gesamtladung erhalten und bleibt während aller im System ablaufenden physikalischen Prozesse konstant. Dieses Gesetz gilt für isolierte elektrische Anlagen geschlossene Systeme, in die keine Ladungen eingeführt und von denen sie nicht entfernt werden. Dieses Gesetz gilt auch für Elementarteilchen, die paarweise geboren und vernichtet werden und deren Gesamtladung Null ist.

Das Wort Elektrizität kommt vom griechischen Namen für Bernstein – ελεκτρον .
Bernstein ist ein versteinertes Harz Nadelbäume. Die Alten bemerkten, dass Bernstein, wenn man es mit einem Stück Stoff reibt, leichte Gegenstände oder Staub anzieht. Dieses Phänomen, das wir heute als statische Elektrizität bezeichnen, kann beobachtet werden, indem man einen Ebonit- oder Glasstab oder einfach ein Plastiklineal mit einem Tuch reibt.

Ein Plastiklineal, das gründlich mit einer Papierserviette abgerieben wurde, zieht kleine Papierstückchen an (Abb. 22.1). Möglicherweise haben Sie beim Kämmen Ihrer Haare oder beim Ausziehen Ihrer Nylonbluse oder Ihres Nylonhemds Entladungen statischer Elektrizität gesehen. Es ist möglich, dass Sie sich gefühlt haben elektrischer Schock, Berühren eines Türgriffs aus Metall nach dem Aufstehen von einem Autositz oder dem Gehen auf einem synthetischen Teppich. In all diesen Fällen erhält das Objekt durch Reibung eine elektrische Ladung; Sie sagen, dass die Elektrifizierung durch Reibung erfolgt.

Sind alle elektrischen Ladungen gleich oder gibt es verschiedene Arten? Es stellt sich heraus, dass es zwei Arten elektrischer Ladungen gibt, die wie folgt nachgewiesen werden können: einfache Erfahrung. Hängen Sie ein Plastiklineal in der Mitte an einen Faden und reiben Sie es gründlich mit einem Stück Stoff ab. Wenn wir nun einen weiteren elektrifizierten Herrscher dazu bringen, werden wir feststellen, dass sich die Herrscher gegenseitig abstoßen (Abb. 22.2, a).
Auf die gleiche Weise werden wir deren Abstoßung beobachten, wenn wir einen weiteren elektrifizierten Glasstab zu einem bringen (Abb. 22.2,6). Wenn ein geladener Glasstab zu einem elektrifizierten Kunststofflineal gebracht wird, wird er angezogen (Abb. 22.2, c). Das Lineal scheint eine andere Ladung zu haben als der Glasstab.
Es wurde experimentell festgestellt, dass alle geladenen Objekte in zwei Kategorien eingeteilt werden: Entweder werden sie von Kunststoff angezogen und von Glas abgestoßen, oder umgekehrt werden sie von Kunststoff abgestoßen und von Glas angezogen. Es scheint zwei Arten von Ladungen zu geben: Ladungen derselben Art stoßen sich gegenseitig ab und Ladungen verschiedene Typen werden angezogen. Wir sagen, dass gleiche Ladungen sich abstoßen und ungleiche Ladungen anziehen.

Der amerikanische Staatsmann, Philosoph und Wissenschaftler Benjamin Franklin (1706-1790) nannte diese beiden Ladungsarten positiv und negativ. Es machte absolut keinen Unterschied, welche Gebühr aufgerufen werden sollte;
Franklin schlug vor, die Ladung eines elektrifizierten Glasstabs als positiv zu betrachten. In diesem Fall ist die auf dem Kunststofflineal (oder Bernstein) erscheinende Ladung negativ. Diese Vereinbarung wird auch heute noch eingehalten.

Franklins Elektrizitätstheorie war im Grunde ein „One-Fluid“-Konzept: Eine positive Ladung wurde als ein Überschuss der „elektrischen Flüssigkeit“ gegenüber ihrem normalen Inhalt in einem bestimmten Objekt angesehen, eine negative Ladung als ein Mangel. Franklin argumentierte, dass, wenn als Ergebnis eines Prozesses in einem Körper eine bestimmte Ladung entsteht, gleichzeitig in einem anderen Körper die gleiche Ladungsmenge der entgegengesetzten Art entsteht. Die Bezeichnungen „positiv“ und „negativ“ sind daher im algebraischen Sinne zu verstehen, sodass die Gesamtladung, die Körper bei jedem Prozess erhalten, immer gleich Null ist.

Wenn beispielsweise ein Plastiklineal mit einer Papierserviette gerieben wird, erhält das Lineal eine negative Ladung und die Serviette erhält eine entsprechende positive Ladung. Es gibt eine Trennung der Ladungen, aber ihre Summe ist Null.
Dieses Beispiel verdeutlicht das fest etablierte Gesetz der Erhaltung der elektrischen Ladung, die lautet:

Die gesamte elektrische Ladung, die aus jedem Prozess resultiert, ist Null.

Abweichungen von diesem Gesetz wurden nie beobachtet, daher können wir davon ausgehen, dass es ebenso fest etabliert ist wie die Gesetze der Energie- und Impulserhaltung.

Elektrische Ladungen in Atomen

Erst im letzten Jahrhundert wurde klar, dass der Grund für die Existenz elektrischer Ladung in den Atomen selbst liegt. Später werden wir den Aufbau des Atoms und die Entwicklung von Ideen darüber ausführlicher besprechen. Hier werden wir kurz die wichtigsten Ideen besprechen, die uns helfen werden, die Natur der Elektrizität besser zu verstehen.

Nach modernen Vorstellungen besteht ein Atom (etwas vereinfacht) aus einem schweren positiv geladenen Kern, der von einem oder mehreren negativ geladenen Elektronen umgeben ist.
Im Normalzustand sind die positiven und negativen Ladungen in einem Atom gleich groß und das Atom als Ganzes ist elektrisch neutral. Allerdings kann ein Atom ein oder mehrere Elektronen verlieren oder aufnehmen. Dann ist seine Ladung positiv oder negativ, und ein solches Atom wird Ion genannt.

In einem Festkörper können Kerne schwingen und in der Nähe fester Positionen bleiben, während sich einige Elektronen völlig frei bewegen. Die Elektrifizierung durch Reibung kann dadurch erklärt werden, dass in verschiedene Substanzen Kerne enthalten Elektronen unterschiedlicher Stärke.
Wenn ein Plastiklineal, das mit einer Papierserviette gerieben wird, negativ geladen wird, bedeutet das, dass die Elektronen darin Papierserviette werden schwächer festgehalten als in Plastik, und einige von ihnen übertragen sich von der Serviette auf das Lineal. Die positive Ladung der Serviette entspricht betragsmäßig der negativen Ladung, die das Lineal erhält.

Typischerweise halten durch Reibung elektrifizierte Objekte ihre Ladung nur für eine Weile und kehren schließlich in einen elektrisch neutralen Zustand zurück. Wohin geht die Gebühr? Es „tropft“ auf die in der Luft enthaltenen Wassermoleküle.
Tatsache ist, dass Wassermoleküle polar sind: Obwohl sie im Allgemeinen elektrisch neutral sind, ist die Ladung in ihnen nicht gleichmäßig verteilt (Abb. 22.3). Daher „abfließen“ überschüssige Elektronen aus dem elektrifizierten Lineal in die Luft und werden vom positiv geladenen Bereich des Wassermoleküls angezogen.
Andererseits wird die positive Ladung des Objekts durch Elektronen neutralisiert, die von Wassermolekülen in der Luft schwach gehalten werden. Bei trockenem Wetter macht sich der Einfluss statischer Elektrizität deutlich stärker bemerkbar: Es befinden sich weniger Wassermoleküle in der Luft und die Ladung fließt nicht so schnell ab. Bei feuchtem, regnerischem Wetter kann der Artikel seine Ladung nicht lange halten.

Isolatoren und Leiter

Es seien zwei Metallkugeln, von denen eine hoch geladen und die andere elektrisch neutral ist. Wenn wir sie beispielsweise mit einem Eisennagel verbinden, erhält die ungeladene Kugel schnell eine elektrische Ladung. Wenn wir beide Kugeln gleichzeitig mit einem Holzstab oder einem Stück Gummi berühren, bleibt die Kugel, die keine Ladung hatte, ungeladen. Stoffe wie Eisen werden als Stromleiter bezeichnet; Holz und Gummi werden Nichtleiter oder Isolatoren genannt.

Metalle sind im Allgemeinen gute Leiter; Die meisten anderen Stoffe sind Isolatoren (Isolatoren leiten jedoch ein wenig Strom). Es ist interessant, dass fast jeder natürliche Materialien fallen in eine dieser beiden stark unterschiedlichen Kategorien.
Es gibt jedoch Stoffe (darunter sind Silizium, Germanium und Kohlenstoff zu nennen), die einer mittleren (aber auch scharf getrennten) Kategorie angehören. Sie werden Halbleiter genannt.

Aus Sicht der Atomtheorie sind Elektronen in Isolatoren sehr fest an Kerne gebunden, während in Leitern viele Elektronen sehr schwach gebunden sind und sich innerhalb der Substanz frei bewegen können.
Wenn ein positiv geladenes Objekt in die Nähe eines Leiters gebracht wird oder diesen berührt, bewegen sich freie Elektronen schnell in Richtung der positiven Ladung. Wenn ein Objekt negativ geladen ist, neigen Elektronen dagegen dazu, sich von ihm zu entfernen. In Halbleitern gibt es nur sehr wenige freie Elektronen, in Isolatoren fehlen sie praktisch.

Induzierte Ladung. Elektroskop

Bringen wir einen positiv geladenen Metallgegenstand zu einem anderen (neutralen) Gegenstand. Metallobjekt.

Bei Kontakt werden freie Elektronen eines neutralen Objekts von einem positiv geladenen Objekt angezogen und einige von ihnen werden auf dieses übertragen. Da dem zweiten Objekt nun eine bestimmte Anzahl negativ geladener Elektronen fehlt, erhält es eine positive Ladung. Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit wird dieser Vorgang als Elektrifizierung bezeichnet.

Bringen wir nun das positiv geladene Objekt näher an den neutralen Metallstab heran, aber so, dass sie sich nicht berühren. Obwohl die Elektronen den Metallstab nicht verlassen, bewegen sie sich dennoch auf das geladene Objekt zu; Am gegenüberliegenden Ende des Stabes entsteht eine positive Ladung (Abb. 22.4). In diesem Fall spricht man davon, dass an den Enden des Metallstabes eine Ladung induziert (oder induziert) wird. Es entstehen natürlich keine neuen Ladungen: Die Ladungen trennten sich einfach, aber im Großen und Ganzen blieb der Stab elektrisch neutral. Würden wir nun jedoch den Stab in der Mitte kreuzweise durchschneiden, kämen zwei geladene Objekte heraus – eines mit negativer Ladung, das andere mit positiver Ladung.

Sie können einem Metallgegenstand auch eine Ladung auferlegen, indem Sie ihn mit einem Kabel mit der Erde verbinden (oder zum Beispiel mit einer Wasserleitung, die in den Boden führt), wie in Abb. 22,5, a. Das Thema soll geerdet sein. Aufgrund ihrer enormen Größe nimmt die Erde Elektronen auf und gibt sie ab; es fungiert als Ladungsspeicher. Wenn Sie einen geladenen, beispielsweise negativ geladenen Gegenstand in die Nähe des Metalls bringen, werden die freien Elektronen des Metalls abgestoßen und viele gelangen entlang des Drahtes in den Boden (Abb. 22.5,6). Das Metall wird positiv geladen. Wenn Sie nun den Draht abklemmen, verbleibt eine positive induzierte Ladung auf dem Metall. Wenn Sie dies jedoch tun, nachdem das negativ geladene Objekt vom Metall entfernt wurde, haben alle Elektronen Zeit, zurückzukehren und das Metall bleibt elektrisch neutral.

Ein Elektroskop (oder einfaches Elektrometer) wird zum Nachweis elektrischer Ladung verwendet.

Wie aus Abb. ersichtlich ist. 22,6 besteht es aus einem Körper, in dessen Inneren sich zwei bewegliche Blätter befinden, oft aus Gold. (Manchmal ist nur ein Flügel beweglich ausgeführt.) Die Flügel sind auf einem Metallstab montiert, der vom Körper isoliert ist und außen mit einer Metallkugel endet. Bringt man einen geladenen Gegenstand in die Nähe der Kugel, kommt es im Stab zu einer Ladungstrennung (Abb. 22.7, a), die Blätter sind ähnlich geladen und stoßen sich gegenseitig ab, wie in der Abbildung gezeigt.

Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit können Sie den Stab vollständig aufladen (Abb. 22.7, b). In jedem Fall gilt: Je höher die Ladung, desto stärker divergieren die Blätter.

Beachten Sie jedoch, dass das Vorzeichen der Ladung auf diese Weise nicht bestimmt werden kann: Eine negative Ladung trennt die Blätter genau im gleichen Abstand wie eine gleiche positive Ladung. Dennoch lässt sich mit einem Elektroskop das Vorzeichen der Ladung bestimmen, dazu muss der Stab zunächst beispielsweise negativ geladen werden (Abb. 22.8, a). Bringt man nun einen negativ geladenen Gegenstand zur Elektroskopkugel (Abb. 22.8,6), so wandern weitere Elektronen zu den Blättern und diese bewegen sich weiter auseinander. Im Gegenteil, wenn der Kugel eine positive Ladung zugeführt wird, entfernen sich die Elektronen von den Blättern und kommen näher (Abb. 22.8, c), da ihre negative Ladung abnimmt.

Das Elektroskop war zu Beginn der Elektrotechnik weit verbreitet. Nach dem gleichen Prinzip arbeiten sehr empfindliche moderne Elektrometer mit elektronischen Schaltkreisen.

Diese Veröffentlichung basiert auf Materialien aus dem Buch von D. Giancoli. „Physik in zwei Bänden“ 1984 Band 2.

Fortsetzung folgt. Kurz zu folgender Veröffentlichung:

Gewalt F, mit der ein geladener Körper auf einen anderen geladenen Körper einwirkt, ist proportional zum Produkt ihrer Ladungen Q 1 und Q 2 und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung R zwischen ihnen.

Kommentare und Vorschläge sind willkommen und willkommen!

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