10 класс. Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения электрического заряда

Электродинамика — это наука о свойствах и закономерностях поведения особого вида материи — электромагнитного поля, осуществляющего взаимодействие между электрически заряженными телами или частицами.

Электростатика — это раздел электродинамики, посвящённый изучению покоящихся электрически заряженных тел.

Электричество

Понятие заряд — это основное первичное понятие, которое

не сводится на современном уровне развития наших знаний к каким-либо более простым, элементарным понятиям.

Элементарные частицы — это мельчайшие частицы, из которых состоят все тела и которые неделимы на более простые.

Закон всемирного тяготения

Если частицы взаимодействуют друг с другом с силами, которые убывают с увеличением расстояния также как и силы всемирного тяготения,

но превышают силы тяготения во много раз, то говорят, что

эти частицы имеют электрический заряд.

Сравнение гравитационного и электромагнитного взаимодействий

Гравитационное

Значение для Вселенной

Электромагнитное

Упорядоченность расположения небесных тел

Тип взаимодействия

Соединение структуры вещества

Притяжение

Частицы, участвующие во взаимодействии

Притяжение и отталкивание

Все, имеющие массу

Заряженные

В природе существуют частицы с электрическими зарядами двух противоположных знаков; при зарядах одинаковых знаков частицы отталкиваются,

а при разных знаках — притягиваются.

Заряд элементарных частиц — протонов, входящих в состав всех атомных ядер, называют положительным, а заряд электронов — отрицательным.

+

–

–

–

Тела, имеющие заряды одного знака, взаимно отталкиваются,

а тела, имеющие заряды противоположного знака, взаимно притягиваются.

–

+

1,6 ∙ 10 -19

1,6 ∙ 10 -19

Электрический заряд делим. Существует элементарный электрический заряд, его несут в себе частицы электрон или протон.

На основании опытов

по электролизу Майкл Фарадей установил: заряды имеются

в атомах всех химических элементов.

Майкл Фарадей

1791–1867 гг.

В 1899 г. Джозеф Джон Томсон доказал реальность существования электронов.

Джозеф Джон Томсон

1856–1940 гг.

В 1909 г. Роберт Милликен впервые измерил заряд электрона, он оказался равным 16 квинтиллионным Кулонам.

Роберт Милликен

1868–1953 гг.

В 1919 г. Эрнест Резерфорд

при бомбардировке азота альфа-частицами обнаружил положительно заряженную частицу — протон.

Эрнест Резерфорд

1871–1937 гг.

— Протон

— Нейтрон

— Позитрон

— Нейтрино

— Гамма-частица

Если атом увеличить так, чтобы ядро приняло размер мелкой монеты, то расстояние между ядром и электронами стало бы равно целому километру.

Электроскоп

+

+

+

+

+

+

-

-

-

-

-

-

-

+

+

+

+

+

+

Stw 

Для измерения значения электрического заряда Михаилом Васильевичем Ломоносовым был придуман и изобретён электрометр, состоящий из металлического стержня и стрелки, которая может вращаться вокруг горизонтальной оси.

М.В. Ломоносов

1711–1765 гг.

Нейтрон не имеет электрического заряда.

Его масса лишь незначительно превышает массу протона.

Нейтроны вместе с протонами входят в состав атомного ядра.

Arpad Horvath.

Кварковая структура нейтрона

Атом любого вещества в целом нейтрален, так как число электронов в нём равно числу протонов в ядре.

Положительно и отрицательно заряженные частицы связаны друг с другом электрическими силами и образуют нейтральные системы.

Arpad Horvath.

Кварковая структура нейтрона

Макроскопическое тело считаем электрически заряженным в том случае, если оно содержит избыточное количество элементарных частиц с одним знаком заряда.

Для того чтобы получить электрически заряженное макроскопическое тело, то есть наэлектризовать его, нужно отделить часть отрицательного заряда от связанного с ним положительного.

При этом происходит перераспределение имеющихся зарядов между телами, нейтральными в первый момент, новые частицы не возникают,

а существовавшие ранее

не исчезают.

+

+

+

+

+

Как распределится заряд на электрометрах?

–

–

–

–

+

+

+

+

+

+

–

–

–

–

А — Под действием палочки заряжается положительно.

В — Под действием палочки заряжается отрицательно.

Каучук

Сера

Резина

Медь

Янтарь

Дерево

Хлопок

Кожа человека

Шёлк

Мех (кошки)

Кварц

Шерсть

Слюда

Мех (кролика)

Асбест

Закон сохранения электрического заряда

В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остаётся неизменной.

В замкнутых системах алгебраическая сумма зарядов остаётся одной и той же.

Какой заряд останется в результате на шарике 3?

Металлический шарик 1, укреплённый на длинной изолирующей ручке и имеющий заряд +q, приводят поочерёдно в соприкосновение с двумя такими же шариками 2 и 3, расположенными на изолирующих подставках и имеющими соответственно заряды –q и +q.

3

2

1

+

+ q

– q

+ q

Правильный ответ — 2.

Ионосфера

Атмосфера

Электронная схема глобального конденсатора

Демокрит утверждал, что все вещества состоят из атомов.

Он был большим путешественником, и его любимым изречением было: «Не существует ничего, кроме атомов и чистого пространства, всё остальное — воззрение».

Демокрит

460–370 гг. до н.э.

«Электричество» произошло

от греческого слова

электрон — янтарь.

Янтарь

Фалес Милетский обнаружил, что янтарь, потёртый о мех, приобретает свойство притягивать пушинки, соломинки.

Фалес Милетский

624–547 гг. до н.э.

Дочь Фалеса пряла шерсть янтарным веретеном. Уронив его однажды в воду, стала обтирать веретено шерстяным хитоном и заметила, что

к веретену пристало несколько шерстинок, и чем сильнее она вытирала веретено, тем больше налипало шерстинок.

Первые эксперименты, связанные с электризацией в науке относят

к работам Вильяма (Уильяма) Гильберта.

Именно он первым попытался наэлектризовать несколько различных тел.

Вильям Гилберт

1544–1603 гг.

«Один род я называю стеклянным электричеством, другой — смоляным. Тело, наэлектризованное стеклянным электричеством, отталкивает все тела со стеклянным электричеством, и, обратно, оно притягивает тела со смоляным электричеством».

Шарль Дюфе

1698–1739 гг.

Термины «стеклянное» и «смоляное» электричество были заменены на другие: «положительный» и «отрицательный» заряд:

+q — положительный заряд.

– q — отрицательный заряд.

1,6*10 -19

1,6*10 -19

–

+

Элементарные частицы

Лептоны

Фотон

Адроны

Мезоны

Барионы

Нуклоны

Гипероны

Хронология физики частиц (второй этап)

Начало XX в.

Томсон

1910 г.

Э. Резерфорд

Электрон

19 1 8 г.

Протон

Дирак и Андерсон

1928 г.

Открытие позитрона

А. Эйнштейн

1929 г.

Фотон

П. Дирак

1930 г.

В. Паули

Предсказание существования античастиц

1931 г.

1932 г.

Предсказание существования нейтрино

В. Паули

Открытие нейтрино и антинейтрино

Дж. Чедвик

1932 г.

Нейтрон

К. Андерсон

1935 г.

Античастица — позитрон е +

Юкава

Открытие мезона

Фотон — это переносчик световой энергии.

Хронология физики частиц (второй этап)

1947 г.

Открытие π -мезона в космических лучах

До начала 1960-х гг.

Было открыто несколько сотен новых элементарных частиц, имеющих массы в диапазоне

от 140 МэВ до 2 ГэВ

Хронология физики частиц (третий этап)

1962 г.

Дж. Гелл-Манн и независимо

Дж. Цвейг

До начала 1960-х гг.

Предложили модель строения сильно взаимодействующих частиц из фундаментальных частиц-кварков

Открытие последнего из ожидавшихся, шестого кварка

— Протон

— Нейтрон

— Позитрон

— Нейтрино

— Гамма-частица

Античастица — это частица, имеющая ту же массу и спин, но противоположные значения зарядов всех типов.

Элементарные частицы

Фермионы

Бозоны

Лептоны

Кварки

Электрон

При нагревании или освещении некоторые электроны приобретают возможность свободно перемещаться внутри кристалла, так что при приложении электрического поля возникает направленное перемещение электронов.

0

Т

Зависимость удельного сопротивления чистого полупроводника от абсолютной температуры Т

Полупроводники — твёрдые вещества, проводимость которых зависит от внешних условий.

У полупроводников

с понижением температуры сопротивление возрастает и вблизи абсолютного ноля они практически становятся изоляторами.

0

Т

Зависимость удельного сопротивления чистого полупроводника от абсолютной температуры Т

Электролиты — водные растворы неорганических кислот, солей и щелочей, расплавы.

Поляризация — это явление, когда заряженные частицы меняют свою ориентацию внутри вещества под влиянием внешнего электрического поля.

Процесс электризации

Одноимённые заряды

Разноимённые

заряды

Одно тело заряжено, другое нет

Сначала притягиваются, потом отталкиваются

Отталкиваются

Притягиваются