Interacción de cuerpos cargados. Ley de Coulomb. Ley de conservación de la carga eléctrica. Física atómica y nuclear
Carga eléctrica
Carga eléctrica Es una cantidad física que caracteriza la interacción electromagnética. Un cuerpo está cargado negativamente si hay un exceso de electrones en él, positivamente, un déficit.
Enumeremos las propiedades de los cargos.
1. Hay dos tipos de cargos; negativo y positivo. Las cargas iguales se atraen, las cargas iguales se repelen. El portador de lo elemental, es decir. La carga negativa más pequeña es un electrón, cuya carga es q e = -1.6 * 10-19 C, y la masa es m e = 9.1 * 10 -31 kg. El portador de una carga positiva elemental es un protón q p = + 1.6 * 10-19 C, masa m p = 1.67 * 10-27 kg.
2. La carga eléctrica tiene un carácter discreto. Esto significa que la carga de cualquier cuerpo es un múltiplo de la carga del electrón q = Nq e, donde N es un número entero. Sin embargo, nosotros, por regla general, no notamos la discreción de la carga, ya que la carga elemental es muy pequeña.
3. En un sistema aislado, es decir en un sistema cuyos cuerpos no intercambian cargas con cuerpos externos a él, se conserva la suma algebraica de cargas (la ley de conservación de la carga).
4. Correo electrónico La carga siempre se puede transferir de un cuerpo a otro.
5. La unidad de carga en SI - colgante(Cl). Por definición, 1 culombio es igual a la carga que fluye a través de la sección transversal del conductor en 1 s a una corriente de 1 A.
6. La ley de conservación de cargas: en un sistema cerrado, la suma algebraica de cargas no cambia. Este hecho establecido experimentalmente se llama ley de conservación de carga eléctrica... En ninguna parte y nunca en la naturaleza aparece o desaparece la carga de un signo. La aparición de cada carga positiva siempre va acompañada de la aparición de una carga negativa igual en valor absoluto. Ni la carga positiva ni la negativa pueden desaparecer por separado, solo pueden neutralizarse mutuamente si son iguales en valor absoluto.
Interacción de cargos. Ley de Coulomb.
Interacción de cuerpos cargados
La electrostática estudia las propiedades e interacciones de cuerpos cargados eléctricamente o partículas inmóviles en un marco de referencia inercial.
El fenómeno más simple en el que se revela la existencia e interacción de cargas eléctricas es la electrificación de los cuerpos al contacto. Toma dos tiras de papel y dibuja sobre ellas varias veces con un bolígrafo de plástico. Si toma un bolígrafo y una tira de papel y comienza a juntarlos, entonces la tira de papel comenzará a doblarse hacia el mango, es decir, surgirán fuerzas de atracción entre ellos. Si toma dos tiras y comienza a acercarlas, las tiras comenzarán a doblarse en diferentes direcciones, es decir, surgirán fuerzas repulsivas entre ellas.
La interacción de los cuerpos encontrados en este experimento se llama electromagnético... La cantidad física que determina la interacción electromagnética se llama carga eléctrica.
La capacidad de las cargas eléctricas para la atracción y la repulsión mutua se explica por la existencia de dos tipos de cargas: positivas y negativas.
Es obvio que al entrar en contacto con un bolígrafo de plástico, aparecen cargas eléctricas del mismo signo en dos tiras de papel idénticas. Estas rayas repelen, por lo tanto, las cargas del mismo signo repelen. Las fuerzas de atracción actúan entre cargas de diferentes signos.
ley de Coulomb
Las cargas distribuidas en cuerpos cuyas dimensiones son mucho más pequeñas que las distancias entre ellos pueden llamarse punto, porque en este caso, ni la forma ni el tamaño de los cuerpos afectan significativamente las interacciones entre ellos.
La interacción de cargas eléctricas estacionarias se llama electrostático o Culombio Interacción. Las fuerzas de interacción electrostática dependen de la forma y el tamaño de los cuerpos que interactúan y de la naturaleza de la distribución de cargas sobre ellos.
Las fuerzas de interacción de dos cuerpos cargados puntuales estacionarios en el vacío son directamente proporcionales al producto de los valores absolutos de las cargas e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre ellos:
Si los cuerpos están en un medio con una constante dieléctrica, entonces la fuerza de interacción se debilitará en un factor de
Las fuerzas de interacción de dos cuerpos fijos puntuales se dirigen a lo largo de la línea recta que conecta estos cuerpos.
La unidad de carga eléctrica en el sistema internacional es colgante... 1 C es la carga que pasa a través de la sección transversal del conductor en 1 s a una corriente de 1 A.
El coeficiente de proporcionalidad en la expresión de la ley de Coulomb en el sistema SI es
En cambio, un coeficiente llamado constante electrica
Con el uso de una constante eléctrica, la ley de Coulomb tiene la forma 
Si hay un sistema de cargas puntuales, entonces la fuerza que actúa sobre cada uno de ellos se define como la suma vectorial de las fuerzas que actúan sobre una carga dada de todas las demás cargas del sistema. En este caso, la fuerza de interacción de una carga dada con alguna carga específica se calcula como si no hubiera otras cargas ( principio de superposición).
Campo eléctrico. (definición, tensión, potencial, dibujo de un campo eléctrico)
Campo eléctrico
La interacción de cargas eléctricas se explica por el hecho de que alrededor de cada carga hay campo eléctrico... El campo eléctrico de una carga es un objeto material, es continuo en el espacio y es capaz de actuar sobre otras cargas eléctricas. El campo eléctrico de cargas estacionarias se llama electrostático... El campo electrostático es creado solo por cargas eléctricas, existe en el espacio que rodea a estas cargas y está indisolublemente unido a ellas.
El campo eléctrico de una carga es un objeto material, es continuo en el espacio y es capaz de actuar sobre otras cargas eléctricas. Si se lleva una varilla cargada al electroscopio, sin tocar su eje, a cierta distancia, la flecha aún se desviará. Esta es la acción del campo eléctrico.
Los experimentos del físico francés Charles Dufay demostraron que los cuerpos con cargas del signo opuesto (idéntico) se atraen mutuamente (se repelen). En este caso, la fuerza de interacción entre cuerpos electrificados de forma compleja depende de la forma de los cuerpos electrificados y de la naturaleza de la distribución de la carga sobre ellos. Por lo tanto, no existe una fórmula simple y única que describa la interacción electrostática para un caso arbitrario.
Pero sólo para cargos puntuales la ley de interacción está escrita en una forma bastante simple.
La ley de interacción de cargas eléctricas puntuales fue descubierta en 1785 por S. Coulomb utilizando un equilibrio de torsión. Una balanza de torsión (Fig. 1) consta de dos bolas A y C idénticas; la bola A se fija en un balancín conectado al contrapeso B y la rosca L, cuyo extremo superior se fija en el cabezal de torsión T. La bola C del dispositivo se fija en una varilla aislada y se inserta en el dispositivo. Las bolas A y C se ponen en contacto y, dado que las bolas son iguales, la carga de la bola C se distribuye por igual entre ellas. Las bolas rebotan entre sí. La fuerza de interacción de las bolas cargadas está determinada por el ángulo de torsión del hilo. La distancia r entre las bolas se mide en una escala marcada en la superficie lateral del cilindro. Cambiando ryq, S. Coulomb encontró que
o, en forma de vector,
Vector unitario. Las fuerzas de interacción de dos bolas del mismo nombre se muestran en la Figura 2.
La fuerza de interacción entre dos cargas eléctricas puntuales estacionarias en el vacío es directamente proporcional al producto de las magnitudes de las cargas, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas y se dirige a lo largo de la línea recta que conecta estas cargas.
La ley de Coulomb también es válida para bolas cargadas a cualquier distancia entre sus centros, si el volumen o la densidad de carga superficial de cada una de ellas es constante. (Tenga en cuenta que, a diferencia de la gravitación, la interacción electrostática puede conducir a la atracción y repulsión de los cuerpos).
Coeficiente de proporcionalidad k = 9 · 10 9 N · m 2 / Cl 2. A menudo, en lugar de k, se usa otra constante, llamada constante eléctrica
Las leyes de interacción entre átomos y moléculas pueden entenderse y explicarse sobre la base del conocimiento sobre la estructura del átomo, utilizando el modelo planetario de su estructura. En el centro del átomo hay un núcleo cargado positivamente, alrededor del cual giran partículas cargadas negativamente en determinadas órbitas. La interacción entre partículas cargadas se llama electromagnético.
La intensidad de la interacción electromagnética está determinada por la cantidad física: carga eléctrica, que está indicado por. La unidad de carga eléctrica es un culombio (C). 1 culombio es una carga eléctrica que, al pasar a través de la sección transversal de un conductor en 1 s, crea una corriente de 1 A. La capacidad de las cargas eléctricas tanto de atracción como de repulsión mutua se explica por la existencia de dos tipos de cargos. Un tipo de carga se denominó positiva; el protón es el portador de una carga positiva elemental. Otro tipo de carga se denominó negativa, su portador es un electrón. La carga elemental es igual.
La carga de una partícula siempre se representa como un múltiplo de la carga elemental.
La carga total de un sistema cerrado (que no recibe cargas del exterior), es decir, la suma algebraica de las cargas de todos los cuerpos, permanece constante :. La carga eléctrica no se crea ni desaparece, solo pasa de un cuerpo a otro. Este hecho establecido experimentalmente se llama ley de conservación de carga eléctrica... Nunca y en ningún lugar de la naturaleza surge o desaparece una carga eléctrica del mismo signo. La aparición y desaparición de cargas eléctricas en los cuerpos en la mayoría de los casos se explica por las transiciones de partículas cargadas elementales (electrones) de un cuerpo a otro.
Electrificación es un mensaje al cuerpo de una carga eléctrica. La electrificación puede ocurrir, por ejemplo, cuando sustancias diferentes entran en contacto (fricción) y cuando se irradian. Durante la electrificación, surge un exceso o deficiencia de electrones en el cuerpo.
En el caso de un exceso de electrones, el cuerpo adquiere una carga negativa, en el caso de una deficiencia, una positiva.
Las leyes de interacción de cargas eléctricas estacionarias se estudian mediante electrostática.
La ley básica de la electrostática fue establecida experimentalmente por el físico francés Charles Coulomb y se lee así: el módulo de la fuerza de interacción de dos cargas eléctricas estacionarias en el vacío es directamente proporcional al producto de los valores de estas cargas y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos:
Donde y son los módulos de cargas, es la distancia entre ellos, es el coeficiente de proporcionalidad, que depende de la elección del sistema de unidades, en SI.
El valor que muestra cuántas veces la fuerza de interacción de las cargas en el vacío es mayor que en un medio se llama constante dieléctrica del medio. Para un medio con una constante dieléctrica, la ley de Coulomb se escribe de la siguiente manera:
En SI, el coeficiente generalmente se escribe de la siguiente manera: donde es la constante eléctrica. Es numéricamente igual.
Usando una constante eléctrica, la ley de Coulomb tiene la forma:
,
La interacción de cargas eléctricas estacionarias se llama electrostático o Interacción de Coulomb... Las fuerzas de Coulomb se pueden representar gráficamente (Fig. 14, 15).
La fuerza de Coulomb se dirige a lo largo de una línea recta que conecta cuerpos cargados. Es la fuerza de atracción para diferentes signos de cargas y la fuerza de repulsión con los mismos signos de cargas.
Errores comunes
1. Al revelar el significado físico del concepto de intensidad de campo eléctrico, los solicitantes señalan correctamente que el efecto de fuerza del campo se puede detectar utilizando la carga introducida en este campo (carga de prueba), pero no todos pueden explicar por qué la carga de despeje debería ser pequeña. suficiente.
El punto es que una gran carga de prueba puede hacer cambios en el campo investigado. Por ejemplo, si las cargas que crean el campo investigado están ubicadas en un conductor. Puede suceder que bajo la influencia del campo eléctrico de la carga de prueba, las cargas del conductor se muevan, lo que provocará un cambio en su campo.
2. Los solicitantes apenas distinguen la fórmula, que es la definición de intensidad de campo:
y una fórmula que establece una relación entre tensión y otras cantidades. Por ejemplo, dan esa definición: la intensidad se llama valor
. (2)
Pero después de todo, la fórmula (2) no es decisiva, se usa para calcular la tensión para una carga puntual. La fórmula (1) es decisiva, según la cual se da la siguiente definición: fuerza del campo eléctrico es una magnitud física vectorial que caracteriza la acción de fuerza de un campo eléctrico sobre las cargas eléctricas introducidas en él, igual a la relación de la fuerza con la que actúa el campo sobre una carga puntual positiva colocada en un punto dado a esta carga.
3. A algunos examinados les resulta difícil responder la pregunta de por qué la fuerza de interacción de las cargas en un dieléctrico (por ejemplo, en el agua) es menor que en el vacío.
Respondiendo a esta pregunta, es necesario aclarar que debido a la polarización del dieléctrico, surge en él un campo eléctrico de cargas ligadas, cuya fuerza es opuesta a la fuerza del campo externo, por lo tanto, en el dieléctrico, el eléctrico la intensidad de campo disminuye en un factor de, donde es la constante dieléctrica del medio. En consecuencia, la fuerza de interacción de las cargas puntuales en un dieléctrico homogéneo (en agua, por ejemplo, en un factor de 81) también disminuye en un factor de varios.
Las leyes de interacción entre átomos y moléculas pueden entenderse y explicarse sobre la base del conocimiento sobre la estructura del átomo, utilizando el modelo planetario de su estructura. En el centro del átomo hay un núcleo cargado positivamente, alrededor del cual giran partículas cargadas negativamente en determinadas órbitas. La interacción entre partículas cargadas se llama electromagnética. La intensidad de la interacción electromagnética está determinada por una cantidad física, una carga eléctrica, que se denota con q. La unidad de carga eléctrica es un culombio (C). 1 culombio es una carga eléctrica que, al pasar a través de la sección transversal de un conductor en 1 s, crea una corriente de 1 A. La capacidad de las cargas eléctricas tanto de atracción como de repulsión mutua se explica por la existencia de dos tipos de cargos. Un tipo de carga se denominó positiva; el protón es el portador de una carga positiva elemental. Otro tipo de carga se denominó negativa, su portador es un electrón. Carga elemental igual La carga de las partículas siempre está representada por un múltiplo de la carga elemental.
La carga total de un sistema cerrado (que no incluye cargas del exterior), es decir, la suma algebraica de las cargas de todos los cuerpos, permanece constante: q1 + q2 + ... + qn = const. La carga eléctrica no se crea ni desaparece, solo pasa de un cuerpo a otro. Este hecho establecido experimentalmente se denomina ley de conservación de la carga eléctrica. Nunca y en ningún lugar de la naturaleza surge o desaparece una carga eléctrica del mismo signo. La aparición y desaparición de cargas eléctricas en los cuerpos en la mayoría de los casos se explica por las transiciones de partículas cargadas elementales (electrones) de un cuerpo a otro.
La electrificación es la comunicación de una carga eléctrica al cuerpo. La electrificación puede ocurrir, por ejemplo, cuando sustancias diferentes entran en contacto (fricción) y cuando se irradian. Cuando ocurre la electrización en el cuerpo, hay un exceso o falta de electrones.
En el caso de un exceso de electrones, el cuerpo adquiere una carga negativa, en el caso de una deficiencia, una positiva.
Las leyes de interacción de cargas eléctricas estacionarias se estudian mediante electrostática.
La ley básica de la electrostática fue establecida experimentalmente por el físico francés Charles Coulomb y dice lo siguiente: el módulo de la fuerza de interacción de dos cargas eléctricas estacionarias en el vacío es directamente proporcional al producto de los valores de estas cargas y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.
Г es la distancia entre ellos, k es el coeficiente de proporcionalidad, dependiendo de la elección del sistema de unidades, en SI
Un valor que muestra cuántas veces la fuerza de interacción de las cargas en el vacío es mayor que en un medio se llama constante dieléctrica del medio E. Para un medio con una constante dieléctrica e, la ley de Coulomb se escribe de la siguiente manera:
En SI, el coeficiente k generalmente se escribe de la siguiente manera:
Constante eléctrica numéricamente igual a
Usando una constante eléctrica, la ley de Coulomb tiene la forma:
La interacción de cargas eléctricas estacionarias se denomina interacción electrostática o de Coulomb. Las fuerzas de Coulomb se pueden representar gráficamente (Fig. 20, 21).
1. Interacción de cuerpos cargados. Ley de Coulomb. Ley de conservación de la carga eléctrica.
Las leyes de interacción entre átomos y moléculas pueden entenderse y explicarse sobre la base del conocimiento sobre la estructura del átomo, utilizando el modelo planetario de su estructura. En el centro del átomo hay un núcleo cargado positivamente, alrededor del cual giran partículas cargadas negativamente en determinadas órbitas. La interacción entre partículas cargadas se llama electromagnética. La intensidad de la interacción electromagnética está determinada por una cantidad física, una carga eléctrica, que se denota con q. La unidad de carga eléctrica es un culombio (C). 1 culombio es una carga eléctrica que, al pasar a través de la sección transversal de un conductor en 1 s, crea una corriente de 1 A. La capacidad de las cargas eléctricas tanto de atracción como de repulsión mutua se explica por la existencia de dos tipos de cargos. Un tipo de carga se denominó positiva; el protón es el portador de una carga positiva elemental. Otro tipo de carga se denominó negativa, su portador es un electrón. Carga elemental igual La carga de las partículas siempre está representada por un múltiplo de la carga elemental.
La carga total de un sistema cerrado (que no incluye cargas del exterior), es decir, la suma algebraica de las cargas de todos los cuerpos, permanece constante: q1 + q2 + ... + qn = const. La carga eléctrica no se crea ni desaparece, solo pasa de un cuerpo a otro. Este hecho establecido experimentalmente se denomina ley de conservación de la carga eléctrica. Nunca y en ningún lugar de la naturaleza surge o desaparece una carga eléctrica del mismo signo. La aparición y desaparición de cargas eléctricas en los cuerpos en la mayoría de los casos se explica por las transiciones de partículas cargadas elementales (electrones) de un cuerpo a otro.
La electrificación es la comunicación de una carga eléctrica al cuerpo. La electrificación puede ocurrir, por ejemplo, cuando sustancias diferentes entran en contacto (fricción) y cuando se irradian. Cuando ocurre la electrización en el cuerpo, hay un exceso o falta de electrones.
En el caso de un exceso de electrones, el cuerpo adquiere una carga negativa, en el caso de una deficiencia, una positiva.
Las leyes de interacción de cargas eléctricas estacionarias se estudian mediante electrostática.
La ley básica de la electrostática fue establecida experimentalmente por el físico francés Charles Coulomb y dice lo siguiente: el módulo de la fuerza de interacción de dos cargas eléctricas estacionarias en el vacío es directamente proporcional al producto de los valores de estas cargas y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.
Г es la distancia entre ellos, k es el coeficiente de proporcionalidad, dependiendo de la elección del sistema de unidades, en SI
Un valor que muestra cuántas veces la fuerza de interacción de las cargas en el vacío es mayor que en un medio se llama constante dieléctrica del medio E. Para un medio con una constante dieléctrica e, la ley de Coulomb se escribe de la siguiente manera:
En SI, el coeficiente k generalmente se escribe de la siguiente manera:
Constante eléctrica numéricamente igual a
Usando una constante eléctrica, la ley de Coulomb tiene la forma:
La interacción de cargas eléctricas estacionarias se denomina interacción electrostática o de Coulomb. Las fuerzas de Coulomb se pueden representar gráficamente (Fig. 20, 21).
