Реферат з електротехніки
Виконав: Агафонов Роман
Лузький агропромисловий коледж
Електричний заряд
Дати короткий, задовільний у всіх відносинах визначення заряду неможливо. Ми звикли знаходити зрозумілі нам пояснення дуже складних утворень і процесів на зразок атома, рідких кристалів, розподілу молекул за швидкостями і т.д. А ось самі основні, фундаментальні поняття, нерасчленіми на більш прості, позбавлені, за даними науки на сьогоднішній день, якого внутрішнього механізму, коротко задовільним чином вже не пояснити. Особливо якщо об'єкти безпосередньо не сприймаються нашими органами чуття. Саме до таким фундаментальним поняттям відноситься електричний заряд.
Спробуємо спочатку з'ясувати не що таке електричний заряд, а що ховається за затвердженням дане тіло або частка мають електричний заряд.
Ви знаєте, що всі тіла побудовані з найдрібніших, неподільних на більш прості (Наскільки зараз науці відомо) частинок, які тому називають елементарними. Всі елементарні частинки мають масу і завдяки цьому притягуються один до одного. Відповідно до закону всесвітнього тяжіння сила тяжіння порівняно повільно убуває у міру збільшення відстані між ними: назад пропорційно квадрату відстані. Крім того, більшість елементарних частинок, хоча і не всі, мають здатність взаємодіяти один з одним з силою, яка також зменшується обернено пропорційно квадрату відстані, але ця сила у величезне число, разів перевершує силу тяжіння. Так, в атомі водню, схематично зображеному на малюнку 1, електрон притягається до ядра (протона) з силою, в 1039 разів перевищує силу гравітаційного тяжіння.
Рис. 1
Якщо частинки взаємодіють один з одним із силами, які повільно зменшуються з збільшенням відстані і у багато разів перевищують сили всесвітнього тяжіння, то кажуть, що ці частки мають електричний заряд. Самі частинки називаються зарядженими. Бувають частинки без електричного заряду, але не існує електричного заряду без частки.
Взаємодії між зарядженими частинками носять назву електромагнітних. Коли ми говоримо, що електрони і протони електрично заряджені, то це означає, що вони здатні до взаємодій певного типу (електромагнітним), і нічого більше. Відсутність заряду у часток означає, що подібних взаємодій вона не виявляє. Електричний заряд визначає інтенсивність електромагнітних взаємодій, подібно до того як маса визначає інтенсивність гравітаційних взаємодій. Електричний заряд - друга (після маси) найважливіша характеристика елементарних частинок, що визначає їх поведінку в навколишньому Світ.
Таким чином
Електричний заряд - це фізична скалярна величина, що характеризує властивість частинок або тел вступати в електромагнітні силові взаємодії.
Електричний заряд позначається літерами q або Q.
Подібно того, як в механіці часто використовується поняття матеріальної точки, що дозволяє значно спростити вирішення багатьох завдань, при вивченні взаємодії зарядів ефективним виявляється уявлення про точковому заряді. Точковий заряд - це таке заряджене тіло, розміри якого значно менше відстані від цього тіла до точки спостереження та інших заряджених тіл. Зокрема, якщо говорять про взаємодії двох точкових зарядів, то тим самим припускають, що відстань між двома розглянутими зарядженими тілами значно більше їх лінійних розмірів.
Електричний заряд елементарної частинки
Електричний заряд елементарної частинки - це не особливий В«механізмВ» у частці, який можна було б зняти з неї, розкласти на складові частини і знову зібрати. Наявність електричного заряду у електрона і інших частинок означає лише існування певних взаємодій між ними.
В природі є частинки із зарядами протилежних знаків. Заряд протона називається позитивним, а електрона - негативним. Позитивний знак заряду у частинки не означає, звичайно, наявності у неї особливих достоїнств. Введення зарядів двох знаків просто виражає той факт, що заряджені частинки можуть як притягатися, так і відштовхуватися. При однакових знаках заряду частинки відштовхуються, а при різних - притягаються.
Ніякого пояснення причин існування двох видів електричних зарядів зараз немає. Під усякому разі, ніяких принципових відмінностей між позитивними і негативними зарядами не виявляється. Якби знаки електричних зарядів частинок змінилися на протилежні, то характер електромагнітних взаємодій в природі не змінився б.
Позитивні і негативні заряди дуже добре скомпенсовані у Всесвіті. І якщо Всесвіт кінцева, то її повний електричний заряд, по всій вірогідності, дорівнює нулю.
Найбільш чудовим є те, що електричний заряд всіх елементарних частинок строго однаковий за модулем. Існує мінімальний заряд, званий елементарним, яким володіють всі заряджені елементарні частинки. Заряд може бути позитивним, як у протона, або негативним, як у електрона, але модуль заряду у всіх випадках один і той же.
Відокремити частина заряду, наприклад, у електрона неможливо. Це, мабуть, саме дивовижне. Ніяка сучасна теорія не може пояснити, чому заряди всіх частинок однакові, і не в змозі обчислити значення мінімального електричного заряду. Воно визначається експериментально за допомогою різних дослідів.
В 60-і рр.., Після того як число знову відкритих елементарних частинок стало загрозливо зростати, була висунута гіпотеза про те, що все сильно взаємодіючі частинки є складовими. Більш фундаментальні частинки були названі кварками. Вражаючим виявилося те, що кварки повинні мати дробовий електричний заряд: 1/3 і 2/3 елементарного заряду. Для побудови протонів і нейтронів досить двох сортів кварків. А максимальне їх число, по-видимому, не перевищує шести.
Одиниця виміру електричного заряду
Створити макроскопічний еталон одиниці електричного заряду, подібний еталону довжини - метру, неможливо через неминучою витоку заряду. Природно було б за одиницю прийняти заряд електрона (це зараз і зроблено в атомній фізиці). Але під часи Кулона ще не було відомо про існування в природі електрона. Крім того, заряд електрона занадто малий, і тому його важко використовувати в якості еталона.
В Міжнародній системі одиниць (СІ) одиницю заряду - кулон встановлюють з допомогою одиниці сили струму:
1 кулон (Кл) - це заряд, що проходить за 1 с через поперечний переріз провідника при силі струму в 1 А.
Заряд в 1 Кл дуже великий. Два таких заряду на відстані 1 км відштовхувалися б один від одного з силою, трохи меншої сили, з якою земна куля притягує вантаж масою в 1 т. Тому повідомити невеликому тілу (розміром порядку декількох метрів) заряд в 1 Кл неможливо. Відштовхуючись один від одного, заряджені частинки не змогли б утримуватися на такому тілі. Ніяких інших сил, які були б здатні в даних умовах компенсувати кулонівське відштовхування, в природі не існує. Але в провіднику, який в цілому нейтральний, привести в рух заряд в 1 Кл не становить великої праці. Адже в звичайній електричній лампочці потужністю 100 Вт при напрузі 127 В встановлюється струм, трохи менший 1 А. При цьому за 1 с через поперечний переріз провідника проходить заряд, майже рівний 1 Кл.
Електрометр
Для виявлення і вимірювання електричних зарядів застосовується електрометрії. Електрометр складається з металевого стержня і стрілки, яка може обертатися навколо горизонтальної осі (рис. 2). Стрижень зі стрілкою закріплений в плексигласовий втулці і поміщений в металевий корпус циліндричної форми, закритий скляними кришками.
Принцип роботи електрометрії. Доторкнемося позитивно зарядженої паличкою до стрижня електрометрії. Ми побачимо, що стрілка електрометра відхиляється на певний кут (Див. мал. 2). Поворот стрілки пояснюється тим, що при зіткненні зарядженого тіла зі стрижнем електрометрії електричні заряди розподіляються по с...
