Электризация и электрический заряд
Определения
Электростатика — раздел физики, изучающий неподвижные заряды.
Электризация — процесс, в результате которого тело приобретает электрический заряд. Если тело начиняет притягивать к себе другие тела, то говорят, что оно наэлектризовано, или приобрело электрический заряд.
Электрический заряд — физическая величина, определяющая способность тел участвовать в электромагнитных взаимодействиях.
Электрический заряд обозначается как q. Единица измерения — Кулон (Кл).
В природе существуют два вида зарядов, которые условно назвали положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются.
Закон сохранения зарядаАлгебраическая сумма зарядов в замкнутой системе сохраняется:
∑qi=const.
Замкнутая система в электростатике — такая система, которая не обменивается зарядами с окружающей средой.
Экспериментально доказано, что заряды можно делить, но до определенного предела. Носитель наименьшего электрического заряда — электрон. Он заряжен отрицательно.
Заряд электрона:
qe=−1,6·10−19 Кл
Масса электрона:
me=9,1·10−31 кг
Модуль любого заряда кратен заряду электрона:
q=Nqe
N — избыток электронов.
В процессе электризации от одного тела к другому передаются только электроны. Если у тела избыток электронов, то оно заряжено отрицательно, а если недостаток, то — положительно.
Внимание! Заряженные тела притягивают к себе нейтральные тела и тела с противоположным зарядом. Отталкивание наблюдается только между одноименно заряженными телами.
Пример №1. На двух одинаковых металлических шарах находятся положительный заряд 7 нКл и отрицательный заряд 1 нКл. Каким станет заряд на каждом шаре при соприкосновении шаров?
После того, как шары соприкоснутся, заряд на них выровняется. Так как большим зарядом обладает положительно заряженный шар, то оба шара в итоге будут заряжены положительно:
(7 – 1)/2 нКл = 3 нКл
Каждый шар будет иметь положительный заряд, равный 3 нКл.
Закон Кулона
Закон Кулона — основной закон электростатики, который был открыт экспериментально в 1785 году.
Закон Кулона
Два неподвижных точечных заряда в вакууме взаимодействуют друг с другом с силой, прямо пропорциональной квадрату расстояния между ними:
FK=k|q1||q2|r2
FK — сила, с которой взаимодействуют два точечных заряда (кулоновская сила, или сила Кулона). |q1| (Кл) и |q2| (Кл) — модули зарядов, r (м) — расстояние между зарядами, k — коэффициент пропорциональности, который численно равен силе взаимодействия между двумя точечными зарядами по 1 Кл, находящимися на расстоянии 1 м друг от друга:
k=14πε0=9·109 Н·м2/Кл2
ε0 — электрическая постоянная равная, 8,85∙10–12 Кл2/(Н∙м2).
Закон Кулона в среде
FK=k|q1||q2|εr2
ε — диэлектрическая проницаемость. Это табличная величина, которая показывает, во сколько раз электрическое взаимодействие в среде уменьшается по сравнению с вакуумом.
Направление силы Кулона
Направление силы Кулона зависит от знаков зарядов. На рисунке ее прикладывают к центру заряженного тела.
Подсказки к задачам
Подсказка №1
При соприкосновении одинаковых проводящих шариков, один из которых заряжен, заряд между шариками делится поровну:
q′
1=q′2=q2
Подсказка №2
При соприкосновении одинаковых проводящих шаров заряды складываются с учетом знаков и делятся поровну. Модули зарядом двух шариков:
q′1=q′2=|q1±q2|2
Пример №2. Два маленьких одинаковых металлических шарика заряжены положительными зарядами q и 5q и находятся на некотором расстоянии друг от друга. Шарики привели в соприкосновении и раздвинули на прежнее расстояние. Как изменилась сила взаимодействия шариков?
Изначально сила Кулона была равна:
FK1=kq5qr2=5kq2r2
Когда шарики коснулись, заряд каждого из них стал равен:
q′=5q+q2=3q
После того, как шарики раздвинули на прежнее расстояние, сила взаимодействия между ними стала равна:
FK2=k3q3qr2=9kq2r2
Поделим вторую силы на первую и получим:
FK2FK1=9kq2r2·r25kq2=95=1,8
Следовательно, после всех манипуляций сила взаимодействия между двумя заряженными шариками увеличилась в 1,8 раз.
Задание EF17493
Точечный отрицательный заряд q помещён слева от неподвижных положительно заряженных шариков (см. рисунок). Куда направлена равнодействующая кулоновских сил, действующих на заряд q?
а) вверх
б) вниз
в) вправо
г) влево
Алгоритм решения
- Вспомнить, как взаимодействуют разноименные заряды.
- Установить взаимодействие заряда с каждым из шариков.
- Выяснить, куда будет направлена равнодействующая сила, действующая на заряд со стороны заряженных шариков.
Решение
Отрицательные и положительные заряды притягиваются. Следовательно, каждый из положительно заряженных шариков притягивает отрицательный заряд q к себе — каждая из сил (FK1 и FK2) будет направлена вправо. Поэтому их равнодействующая FK тоже будет направлена вправо.
Ответ: в
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF17545
В треугольнике АВС угол С – прямой. В вершине А находится точечный заряд Q. Он действует с силой 2,5·10–8 Н на точечный заряд q, помещённый в вершину С. Если заряд q перенести в вершину В, то заряды будут взаимодействовать с силой 9,0·10–9 Н. Найдите отношение AC/BC.
а) 0,36
б) 0,60
в) 0,75
г) 1,67
Алгоритм решения
1.Записать исходные данные.
3.Применить закон Кулона для данного случая.
4.Выполнить решение в общем виде.
5.Подставить известные данные и вычислить искомую величину.
Решение
Запишем исходные данные:
• Сила, с которой заряд Q действует на точечный заряд q, помещенный в вершину С: FKC = 2,5∙10–8 Н.
• Сила, с которой заряд Q действует на точечный заряд q, помещенный в вершину В: FKB = 9∙10–9 Н.
Запишем закон Кулона:
FK=k|q1||q2|r2
Применим закон Кулона для 1 и 2 случая:
FKC=k|q||Q|AC2
FKB=k|q||Q|AB2
По условию задачи нужно найти соотношение сторон треугольника АС к ВC. Для этого выразим известные стороны треугольника из формул выше:
AC=√k|q||Q|FKC
AB=√k|q||Q|FKB
Сторону ВС можно выразить с помощью теоремы Пифагора (АВС — прямоугольный треугольник, так как угол С является прямым):
BC=√AB2−AC2=√k|q||Q|FKB−k|q||Q|FKC=√k|q||Q|(FKC−FKB)FKBFKC
Отсюда:
Ответ: в
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF17737
На рисунке изображены два одинаковых электрометра, шары которых имеют заряды противоположных знаков. Если их шары соединить проволокой, то показания обоих электрометров
Ответ:
а) не изменятся
б) станут равными 1
в) станут равными 2
г) станут равными 0
Алгоритм решения
1.Записать показания электрометров.
2.Установить, что произойдет, если их соединить проволокой.
3.Вычислить показания электрометров после их соединения.
Решение
Запишем показания электрометров:
• Слева электрометр показывает отрицательный заряд q1, равный «3».
• Справа электрометр показывает положительный заряд q2, равный «1».
Когда электрометры соединятся проволокой, избыточный отрицательный заряд в виде электронов частично переместится из левого электрометра в правый электрометр так, что показания приборов выровняются. Они будут показывать:
q=|−q1+q2|2=22=1
Ответ: б
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Алиса Никитина | Просмотров: 4.5k
поделиться знаниями или
запомнить страничку
- Все категории
-
экономические
43,657 -
гуманитарные
33,653 -
юридические
17,917 -
школьный раздел
611,952 -
разное
16,904
Популярное на сайте:
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
На мой взгляд, условие сформулировано недостаточно чётко, да и я сам никогда не любил физику, но попробую ответить.
Сила взаимодействия между двумя точечными зарядами рассчитывается согласно закону Кулона.
|F| = k|q1q2|/(r^2)
где
F — сила электромагнитного взаимодействия между зарядами;
k — коэффициент взаимодействия, k = 9 * 10^9 Н*м^2/(Кл^2)
q1 — первый заряд (величина);
q2 — второй заряд (величина);
r — расстояние между зарядами.
Именно в таком виде нам закон Кулона давали в лицее.
Итак, старая сила взаимодействия была равна F1 = k*|q1|*|q2|/(r^2).
Если модуль одного из зарядов увеличить в 4 раза, а расстояние между зарядами уменьшить вдвое, то новая сила взаимодействия будет равна F2 = k*|4q1| * |q2| / [(r/2)^2] = 4*k*|q1|*|q2|/(r^2/4) = 16*k*|q1|*|q2|/(r^2).
F2/F1 = [16*k*|q1|*|q2|/(r^2)]/[k*|q1|*|q2|/(r^2)] = 16.
Сила взаимодействия увеличится в 16 раз.
Как изменится сила кулоновского взаимодействия двух точечных зарядов если расстояние между ними уменьшить в 2 раза.
На странице вопроса Как изменится сила кулоновского взаимодействия двух точечных зарядов если расстояние между ними уменьшить в 2 раза? из категории Физика вы найдете
ответ для уровня учащихся 5 – 9 классов. Если полученный ответ не
устраивает и нужно расшить круг поиска, используйте удобную поисковую
систему сайта. Можно также ознакомиться с похожими вопросами и ответами
других пользователей в этой же категории или создать новый вопрос. Возможно,
вам будет полезной информация, оставленная пользователями в комментариях, где
можно обсудить тему с помощью обратной связи.
Как найти изменение импульса
Импульсом тела называют произведение массы тела на его скорость. Чтобы найти измерение этой величины узнайте, как изменились масса и скорость тела после взаимодействия его с другим телом. Изменение импульса тела можно найти, используя один из видов записи второго закона Ньютона.
Вам понадобится
- Весы, радар, динамометр
Инструкция
Найдите массу движущегося тела и измерьте скорость его движения. После его взаимодействия с другим телом, у исследуемого тела изменится скорость. В этом случае от конечной скорости (после взаимодействия) отнимите начальную скорость и умножьте разность на массу тела Δp=m∙(v2-v1). Мгновенную скорость измерьте радаром, массу тела – весами. Если после взаимодействия тело начало двигаться в сторону, противоположную той, кода двигалось до взаимодействия, то конечная скорость будет отрицательной. Если изменение импульса положительное – он вырос, если отрицательное – уменьшился.
Поскольку причиной изменения скорости любого тела является сила, то она же и является причиной изменения импульса. Чтобы рассчитать изменение импульса любого тела, достаточно найти импульс силы, действовавшей на данное тело в течение некоторого времени. С помощью динамометра измерьте силу, которая заставляет тело изменять скорость, придавая ему ускорение. Одновременно с помощью секундомера измерьте время, которое эта сила действовала на тело. Если сила заставляет тело двигаться быстрее, то считайте ее положительной, если же тормозит его движение – считайте ее отрицательной. Импульс силы, равный изменению импульса будет равен произведению силы на время ее действия Δp=F∙Δt.
Если при взаимодействии тел на них не действуют никакие внешние силы, то по закону сохранения импульса, сумма импульсов тел до и после взаимодействия остается одинаковой, не смотря на то, что импульсы отдельных тел могут изменяться. Например, если в результате выстрела из ружья пуля массой 10 г получила скорость 500 м/с, то ее изменение импульса составит Δp=0,01 кг∙(500 м/с-0 м/с)=5 кг∙ м/с.
Согласно закону сохранения импульса, изменение импульса ружья будет таким же, как и у пули, но противоположным по направлению, поскольку оно после выстрела будет двигаться в сторону противоположную той, куда вылетит пуля.
Источники:
- как изменяется масса движущегося тела
Войти на сайт
или
Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
