Електризация на тела, взаимодействие на заряди

В тази статия ще се опитаме да представим доста обобщена представа за това какво представлява електрификацията на телата, а също така ще засегнем закона за запазване на електрическия заряд.

Независимо дали този или онзи източник на електрическа енергия работи за принципа, всеки от тях се осъществява електрификация на физически тела, тоест разделяне на електрически заряди, присъстващи в източника на електрическа енергия, и тяхната концентрация на определени места, например, върху електродите или клемите на източника. В резултат на този процес се получава излишък от отрицателни заряди (електрони) на един извод на източника на електрическа енергия (катод), а липса на електрони на другия терминал (анод), т.е. първият от тях се зарежда с отрицателно електричество, а второто с положително електричество.

След откриването на електрона, елементарната частица с минимален заряд, след като структурата на атома най -накрая беше обяснена, повечето физически явления, свързани с електричеството, също станаха обясними.

Материалната материя, която образува телата, като цяло се оказа електрически неутрална, тъй като молекулите и атомите, които изграждат тялото, са неутрални при нормални условия, а телата в резултат на това нямат заряд. Но ако такова неутрално тяло се втрие в друго тяло, тогава някои от електроните ще напуснат атомите си и ще преминат от едно тяло в друго. Дължината на пътищата, изминати от тези електрони по време на такова движение, е не повече от разстоянието между съседните атоми.

Ако обаче след триене телата се разделят, раздалечат, тогава и двете тела ще бъдат заредени. Тялото, към което са преминали електроните, ще стане отрицателно заредено, а това, което е дарило тези електрони, ще придобие положителен заряд, ще стане положително заредено. Това е електрификация.

Да приемем, че в някакво физическо тяло, например в стъкло, е било възможно да се отстрани част от техните електрони от значителен брой атоми. Това означава, че стъклото, загубило част от електроните си, ще бъде заредено с положително електричество, тъй като в него положителните заряди са спечелили предимство пред отрицателните.

Електроните, отстранени от стъклото, не могат да изчезнат и трябва да бъдат поставени някъде. Да приемем, че след като електроните са отстранени от стъклото, те се поставят върху метална топка. Тогава е очевидно, че металната топка, която получава допълнителни електрони, е заредена с отрицателно електричество, тъй като в нея отрицателните заряди получават предимство пред положителните.

Наелектризирайте физическото тяло — означава да се създаде в него излишък или липса на електрони, т.е. нарушават баланса на две противоположности в него, а именно положителни и отрицателни заряди.

За да наелектризирате две физически тела едновременно и заедно с различни електрически заряди — означава изтегляне на електрони от едно тяло и прехвърлянето им в друго тяло.

Ако положителен електрически заряд се е образувал някъде в природата, тогава едновременно с него неизбежно трябва да възникне отрицателен заряд със същата абсолютна стойност, тъй като всеки излишък от електрони във всяко физическо тяло възниква поради липсата им в някое друго физическо тяло.

Различните електрически заряди се появяват в електрическите явления като неизменно придружаващи се противоположности, чието единство и взаимодействие съставляват вътрешното съдържание на електрическите явления в веществата.

Неутралните тела се електрифицират, когато дават или получават електрони, във всеки случай те придобиват електрически заряд и престават да бъдат неутрални. Тук електрическите заряди не възникват от никъде, зарядите са само разделени, тъй като електроните вече са били в телата и просто са променили местоположението си, електроните се преместват от едно електрифицирано тяло в друго електрифицирано тяло.

Знакът на електрическия заряд в резултат на триенето на телата зависи от естеството на тези тела, от състоянието на техните повърхности и от редица други причини. Следователно не е изключена възможността едно и също физическо тяло в един случай да бъде заредено с положително, а в друг — с отрицателно електричество, например металите при триене върху стъкло и вълна се електрифицират отрицателно, а когато се търкат срещу каучук — положително.

Подходящ въпрос ще бъде: защо електрическият заряд не преминава през диелектрици, а преминава през метали? Въпросът е, че в диелектриците всички електрони са свързани с ядрата на техните атоми, те просто нямат способността да се движат свободно в цялото тяло.

Но в металите ситуацията е различна. Връзките на електроните в металните атоми са много по-слаби, отколкото в диелектриците, а някои електрони лесно напускат атомите си и се движат свободно по цялото тяло, това са така наречените свободни електрони, които осигуряват пренос на заряд в проводниците.

Разделянето на зарядите се случва, както по време на триене на метални тела, така и по време на триене на диелектрици. Но при демонстрации се използват диелектрици: ебонит, кехлибар, стъкло. Това се прибягва по простата причина, че тъй като зарядите не се движат през обема в диелектриците, те остават на същите места по повърхностите на телата, от които са възникнали.

И ако чрез триене, да речем, за козината, парче метал се наелектризира, тогава зарядът, който има само време да се придвижи към повърхността си, моментално ще се оттича върху тялото на експериментатора и демонстрация, например с диелектрици, няма да работи. Но ако парче метал е изолиран от ръцете на експериментатора, той ще остане върху метала.

Ако зарядът на телата се отделя само в процеса на електрификация, тогава как се държи общият им заряд? Простите експерименти дават отговор на този въпрос. Като вземете електрометър с метален диск, прикрепен към пръта му, поставете парче вълнен плат върху диска, с размерите на този диск. Върху тъканния диск се поставя друг проводящ диск, същият като на пръта на електрометъра, но оборудван с диелектрична дръжка.

Като държи дръжката, експериментаторът премества горния диск няколко пъти, търка го в споменатия тъканния диск, лежащ върху диска на пръта на електрометъра, след което го отдалечава от електрометъра. Иглата на електрометъра се отклонява, когато дискът е изваден и остава в това положение. Това показва, че върху вълнената тъкан и върху диска, прикрепен към пръта на електрометъра, се е появил електрически заряд.

След това дискът с дръжката се довежда в контакт с втория електрометър, но без диска, прикрепен към него, и се забелязва, че стрелката му се отклонява с почти същия ъгъл като стрелката на първия електрометър.

Експериментът показва, че и двата диска по време на електрификация са получили заряди с еднакъв модул. Но какви са признаците на тези обвинения? За да отговорят на този въпрос, електрометрите са свързани с проводник. Стрелките на електрометъра веднага ще се върнат в нулевата позиция всяка, в която са били преди началото на експеримента. Зарядът беше неутрализиран, което означава, че зарядите на дисковете бяха равни по големина, но противоположни по знак и като цяло дадоха нула, както преди началото на експеримента.

Подобни експерименти показват това по време на електрификация общият заряд на телата се запазва, тоест ако общата сума е била нула преди електрификацията, тогава общата сума ще бъде нула след електрификацията… Но защо това се случва? Ако разтриете абаносова пръчка върху кърпа, тя ще се зареди отрицателно, а кърпата положително и това е добре известен факт. На ебонита при триене върху вълна се образува излишък от електрони, а върху плата съответно дефицит.

Зарядите ще бъдат равни по модул, защото колко електрона са преминали от кърпата до ебонита, ебонитът е получил толкова отрицателен заряд и същото количество положителен заряд се е образувало върху платното, тъй като електроните, които са напуснали плата, са положителния заряд на плата. И излишъкът от електрони върху ебонита е точно равен на липсата на електрони върху плата. Обвиненията са противоположни по знак, но равни по величина. Очевидно пълният заряд се запазва по време на електрификация; той е равен на нула общо.

Нещо повече, дори ако зарядите на двете тела са били различни от нулата преди електрификацията, общият заряд все още е същият като преди електрификацията. След като обозначим зарядите на телата преди тяхното взаимодействие като q1 и q2, а зарядите след взаимодействието като q1 ‘и q2’, тогава ще бъде вярно следното равенство:

q1 + q2 = q1 ‘ + q2’

Това предполага, че за всяко взаимодействие на телата общият заряд винаги се запазва. Това е един от основните закони на природата, законът за запазване на електрическия заряд. Бенджамин Франклин го открива през 1750 г. и въвежда понятията „положителен заряд“ и „отрицателен заряд“. Франклин и предложи да се обозначат противоположни такси със знаци «-» и «+».

В електрониката Правилата на Кирхоф защото токовете следват директно от закона за запазване на електрическия заряд. Комбинацията от проводници и електронни компоненти е представена като отворена система. Общият приток на такси в дадена система е равен на общия изход на такси от тази система. Правилата на Kirchhoff приемат, че електронната система не може да промени значително общия си заряд.

За справедливост отбелязваме, че най-добрата експериментална проверка на закона за запазване на електрическия заряд е търсенето на такива разпадания на елементарни частици, които биха били разрешени в случай на не стриктно запазване на заряда. Такива разпадания никога не са били наблюдавани на практика.

Други начини за електризиране на физическите тела:

1. Ако цинковата плоча е потопена в разтвор на сярна киселина Н2ТАКА4, тогава той частично ще се разтвори в него. Част от атомите на цинковата плоча, оставяйки два от електроните си върху цинковата плоча, ще отидат в разтвор с поредица от киселина под формата на двойно заредени положителни цинкови йони. В резултат на това цинковата плоча ще бъде заредена с отрицателно електричество (излишък от електрони), а разтворът на сярна киселина ще бъде зареден с положителен (излишък от положителни цинкови йони). Използва се това свойство да електрифицира цинк в разтвор на сярна киселина в галванична клетка като основен процес на появата на електрическа енергия.

2. Ако светлинните лъчи падат върху повърхността на метали като цинк, цезий и някои други, тогава свободните електрони се освобождават от тези повърхности в околната среда. В резултат на това металът се зарежда с положително електричество, а пространството около него се зарежда с отрицателно електричество. Излъчването на електрони от осветени повърхности на някои метали се нарича фотоелектричен ефект, който е намерил приложение във фотоелементите.

3. Ако металното тяло се нагрява до състояние на бяла топлина, тогава свободните електрони ще излитат от повърхността му в околното пространство. В резултат на това металът, който е загубил електрони, ще се зареди с положително електричество, а околната среда с отрицателно електричество.

4. Ако запоите краищата на два различни проводника, например, бисмут и мед, и затоплите кръстовището им, тогава свободните електрони частично ще преминат от медната жица към бисмута. В резултат на това медната жица ще бъде заредена с положително електричество, докато бисмутовата тел ще бъде заредена с отрицателно електричество. Явлението електризация на две физически тела, когато те абсорбират топлинна енергия използва се в термоелементи.

Явленията, свързани с взаимодействието на електрифицирани тела, се наричат ​​електрически явления.

Взаимодействието между електрифицираните тела се определя от т. Нар. Електрически сили, които се различават от сили от друго естество по това, че предизвикват взаимно отблъскване и привличане на заредени тела, независимо от скоростта на тяхното движение.

По този начин взаимодействието между заредени тела се различава например от гравитационното, което се характеризира само с привличане на тела, или от силите с магнитен произход, които зависят от относителната скорост на движение на зарядите, предизвикващи магнитни явления.

Електротехниката основно изучава законите на външното проявление на свойствата на електрифицираните тела — законите на електромагнитните полета.

Надяваме се, че тази кратка статия ви е дала обща представа за това какво представлява електрификацията на телата и сега знаете как да проверите експериментално закона за запазване на електрическия заряд, като използвате прост експеримент.