Физика - Электрический заряд. Закон Кулона.

Привет! Сегодня попробуем разобраться: что такое электрический заряд? И порешаем задачи на закон Кулона.

Всё что нас окружает состоит из мельчайших частиц — атомов.

Как мы знаем, в планетарной модели в центре атома находится ядро, состоящее из протонов и нейтронов, а вокруг ядра вращаются электроны.

Схематичное представление некоторых элементов в виде планетарной модели изображено на рисунке:

Электрон, принято считать, заряжен отрицательным единичным зарядом, протон — положительным единичным зарядом. Нейтроны не имеют заряда. В целом атом нейтрален, т.к. количество электронов и протонов в атоме равно.

Посмотрим на эти три элемента в таблице Менделеева.

Порядковый номер элемента в таблице Менделеева показывает количество протонов и электронов атома (заряд ядра). Второе число — это атомная масса элемента.

Зная порядковый номер элемента Z и атомную массу A, можно вычислить количество нейтронов N. Например, у лития будет 4 нейтрона:

N = A - Z = 7 - 3 = 4
Характеристики частиц

Частица	Заряд		Масса
	Кл	Условн. ед.	г	a.e.м.
Электрон	-1,6∙10-19	-1	9,1∙10-28	0,00055
Протон	1,6∙10-19	+1	1,67∙10-24	1,00728
Нейтрон	0	0	1,67∙10-24	1,00866

Если стеклянную палочку потереть о шёлк, то электроны со стекла перейдут на шёлк. Таким образом, палочка зарядится положительно, а шёлк отрицательно. Если потереть о мех эбонитовую палочку, то электроны с меха перейдут на эбонит. И эбонит зарядится отрицательно, а мех положительно.

Когда электроны покидают атом, они оставляют положительно заряженное ядро. Положительно заряженные протоны остаются в ядре. Ядро становится нескомпенсированным и появляется положительный заряд. Где появляется избыток отрицательно заряженных электронов, получается отрицательный заряд.

Получается ли при трении заряд и, если получается, какого он знака, зависит от материалов.

Взаимодействие между зарядами происходит из-за электрического поля вокруг зарядов.

Заряд измеряется в Кулонах (Кл). Минимальный заряд равен заряду электрона (протона) ±1,6∙10^-19.

Вопрос: Изменится ли масса шара, заряженного положительным зарядом, если к шару прикоснуться пальцем? Почему?

Ответ: Если к положительно заряженному телу прикоснуться электрически нейтральным пальцем, то электроны с нейтрального пальца притянуться на положительное заряженное тело. Таким образом, масса шарика увеличится.

Задача (Распределение зарядов)

Заряды двух одинаковых металлических шариков равны соответственно -9q и -11q. Шарики провели в соприкосновение и раздвинули. Какой заряд будет после этого у каждого из шариков?

Решение:

При соприкосновении шаров заряд суммируется:

-9q + (-11q) = -20q

После того, как шарики раздвинут, заряд разделится на две равные части.

-20q : 2 = -10q
Ответ: -10q



Задача (Наэлектризованная палочка)

Определите, какое действие будет оказывать наэлектризованная палочка на подвешенный шарик в случаях, изображённых на рисунке

Решение:

1) В первом случае шарик электрически нейтральный. При поднесении к нему положительно заряженной палочки, электроны будут собираться с той стороны, с которой подносится положительно заряженная палочка. Палочка как бы притягивает отрицательно заряженные электроны на одну сторону. Получается индуцированный отрицательный заряд. Та сторона, которую покинули электроны (противоположная сторона от палочки), будет заряжена положительно, т.к. там остались положительно заряженные нескомпенсированные ядра атомов. Электроны имеют знак "-", палочка знак "+", значит, палочка и шарик будут притягиваться к друг другу.

2) Аналогично, палочка и шарик будут притягиваться. Но теперь отрицательно заряженные электроны будут "убегать" от палочки на противоположную сторону, а та сторона шарика, которая находится близко к палочке, будет заряжена положительно.

3) Будут притягиваться

4) Будут отталкиваться

5) Будут отталкиваться

6) Будут притягиваться

Задача (Количество электронов)

У электрически нейтрального металлического шара удалили часть электронов. Заряд шара стал равен 2∙10^-6 Кл. Сколько электронов удалено с шара? На сколько изменилась масса шара? Элементарный заряд e=1,6∙10^-19 Кл, масса электрона m_e=0,9∙10^-30 кг.

Решение:

Заряд шара стал равен 2∙10^-6 Кл, значит, такой же заряд был удалён в виде электронов.

После удаления электронов, масса шара уменьшиться на

Ответ: N=1,25∙10¹³; M = 1,125∙10^-17кг

Закон Кулона

F — сила взаимодействия, q1 и q2 — заряды, r — расстояние между зарядами, k — коэффициент пропорциональности.

Если заряды разных знаков, то закон Кулона показывает, с какой силой притягиваются заряды. Если заряды одинаковых знаков, то закон Кулона показывает, с какой силой отталкиваются заряды.

Вопрос: Как изменится сила взаимодействия между двумя точечными зарядами, если увеличить расстояние между ними в 2 раза.

Ответ: Сила взаимодействия двух точечных зарядов в первом случае:

Сила взаимодействия этих же точечных зарядов во втором случае:

Получается сила уменьшится в 4 раза.

Задача (На закон Кулона)

Определите силу взаимодействия двух одинаковых точечных зарядов по 1 мкКл, находящихся на расстоянии 30 см друг от друга.

На сегодня всё, до свидания!