Десятый класс
  1. Механика  1.1. Динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Движение в двух измерениях  1.1.3. Смещение и расстояние  1.1.4. Скорость и Вектор  1.1.5. Ускорение  1.1.6. Графическое представление движения  1.1.7. Equations of motion  1.1.8. Свободное падение и ускорение свободного падения  1.1.9. Движение тела, брошенного под углом к горизонту  1.1.10. Относительная скорость  1.2. Динамика  1.2.1. Законы движения Ньютона  1.2.2. Инерция и масса  1.2.3. Сила и ее виды  1.2.4. Сила действия и противодействия  1.2.5. Friction and its effects  1.2.6. Коэффициент трения  1.2.7. Круговое движение  1.2.8. Центростремительная сила и центростремительное ускорение  1.2.9. Импульс и количество движения  1.2.10. Conservation of momentum  1.2.11. Третий закон Ньютона и его применения  1.3. Работа, энергия и мощность  1.3.1. Работа, совершаемая силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая энергия  1.3.4. Потенциальная энергия  1.3.5. Mechanical energy  1.3.6. Сохранение энергии  1.3.7. Мощность и эффективность  1.3.8. Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии  1.4. Гравитационная сила  1.4.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.4.2. Гравитационное поле и напряженность поля  1.4.3. Ускорение свободного падения на разных планетах  1.4.4. Законы движения планет Кеплера  1.4.5. Orbits and satellites  1.4.6. Вес и кажущийся вес  1.4.7. Гравитационная потенциальная энергия
  2. Свойства материи  2.1. States of matter  2.1.1. Твердое, жидкое и газообразное  2.1.2. Molecular structure of matter  2.1.3. Межмолекулярные силы  2.1.4. Плазма и конденсат Бозе–Эйнштейна  2.2. Давление  2.2.1. Определение давления  2.2.2. Pressure in liquids  2.2.3. Атмосферное давление  2.2.4. Принцип Паскаля  2.2.5. Принцип Архимеда и плавучесть  2.2.6. Поверхностное натяжение и капиллярность  2.3. Эластичность  2.3.1. Закон Гука  2.3.2. Stress and strain  2.3.3. Предел упругости и модуль упругости  2.3.4. Применения упругости
  3. Thermal physics  3.1. тепло и температура  3.1.1. Difference Between Heat and Temperature  3.1.2. Температурная шкала  3.1.3. Тепловое расширение  3.1.4. Тепловое равновесие  3.2. Теплопередача  3.2.1. Проводимость  3.2.2. Конвекция  3.2.3. Излучение  3.2.4. Insulation and its applications  3.3. Тепловые свойства вещества  3.3.1. Удельная теплоемкость  3.3.2. Скрытая теплота и фазовые переходы  3.3.3. Boiling and Melting Point  3.3.4. Тепловые двигатели и холодильные установки  3.4. Законы термодинамики  3.4.1. Нулевой закон термодинамики  3.4.2. Первый закон термодинамики  3.4.3. Второй закон термодинамики  3.4.4. Цикл Карно
  4. Волны и оптика  4.1. Природа и свойства волн  4.1.1. Типы волн в природе и свойства волн  4.1.2. Поперечные и продольные волны  4.1.3. Параметры волн  4.1.4. Отражение и преломление волн  4.1.5. Суперпозиция и интерференция  4.1.6. Стоячие волны и резонанс  4.1.7. Эффект Доплера  4.2. Звуковые волны  4.2.1. Характеристики звуковых волн  4.2.2. Скорость звука в разных средах  4.2.3. Применение звуковых волн  4.2.4. Ультразвук и его использование  4.3. Light Waves and Optics  4.3.1. Природа света  4.3.2. Отражение света  4.3.3. Laws of reflection  4.3.4. Mirrors and Image Formation  4.3.5. Преломление света  4.3.6. Закон Снелла  4.3.7. Линзы и образование изображения  4.3.8. Полное внутреннее отражение и критический угол  4.3.9. Оптическое волокно  4.4. Оптические приборы  4.4.1. Microscope  4.4.2. Телескоп  4.4.3. Человеческий глаз и дефекты зрения  4.4.4. Камера и принцип ее работы
  5. Электричество и магнетизм  5.1. Электростатика  5.1.1. Электрический заряд и его свойства  5.1.2. Проводники и изоляторы  5.1.3. Coulomb's law  5.1.4. Электрическое поле и линии поля  5.1.5. Electric potential and potential difference  5.1.6. Конденсаторы и емкость  5.2. Ток электричества  5.2.1. Electric current and its measurement  5.2.2. Закон Ома  5.2.3. Сопротивление и удельное сопротивление  5.2.4. Последовательные и параллельные цепи  5.2.5. Электрическая энергия и мощность  5.2.6. Законы Кирхгофа  5.3. Магнетизм и электромагнетизм  5.3.1. Магнитное поле и линии поля  5.3.2. Магнитные эффекты электрического тока  5.3.3. Электромагнитная индукция  5.3.4. Законы электромагнитной индукции Фарадея  5.3.5. Трансформаторы и их применение  5.3.6. AC and DC current
  6. Современная физика  6.1. Nuclear physics  6.1.1. Структура атома  6.1.2. Атомная модель Бора  6.1.3. Энергетические уровни электронов  6.1.4. Рентгеновские лучи и их применение  6.2. Радиоактивность  6.2.1. Виды радиации  6.2.2. Half-life and radioactive decay  6.2.3. Ядерные реакции и их применения  6.2.4. Деление и Синтез  6.3. Quantum physics  6.3.1. Дуализм волна-частица  6.3.2. Photoelectric effect  6.3.3. Квантизация энергии  6.3.4. Принцип неопределённости Гейзенберга
  7. Электроника и связь  7.1. Полупроводники  7.1.1. Проводники, изоляторы и полупроводники  7.1.2. Диоды и их применение  7.1.3. Транзисторы и логические элементы  7.1.4. Светодиоды и фотодиоды  7.2. Системы Коммуникации  7.2.1. Основы коммуникации  7.2.2. Аналоговые и цифровые сигналы  7.2.3. Беспроводная связь и оптоволоконная связь  7.2.4. Радиоволны и модуляция

Десятый класс → Электричество и магнетизм → Электростатика ↓


Электрический заряд и его свойства


В физике электрический заряд можно описать как фундаментальное свойство материи, вызывающее воздействие силы на него при размещении в электрическом поле. Понимание электрического заряда необходимо для объяснения того, как работает электричество и как оно взаимодействует с магнетизмом.

Что такое электрический заряд?

Электрический заряд – это свойство, найденное в частицах материи. Наиболее известные заряженные частицы – это электроны и протоны. Электроны несут отрицательный заряд, а протоны – положительный. В атомах эти заряды уравновешиваются, что делает атом нейтральным, но когда электроны перемещаются или удаляются из атомов, это создает дисбаланс, в результате чего возникает электрический заряд. Этот заряд ответственный за электрические силы, действующие между заряженными частицами.

Диаграмма атома

Протон (p⁺) Электрон (e⁻) Электрон (e⁻) Электрон (e⁻)

Эта упрощенная диаграмма показывает атом с положительным зарядом на протонах в ядре и отрицательным зарядом на электронах.

Единицы заряда

Единицей электрического заряда в Международной системе единиц (СИ) является кулон (Кл). Заряд также можно выразить в меньших единицах, называемых элементарными зарядами, обычно обозначаемых как e, где один элементарный заряд равен приблизительно 1,6 × 10 -19 Кл. Заряд протона равен +1e, а заряд электрона – -1e.

Свойства электрического заряда

Свойства электрического заряда можно резюмировать следующим образом:

1. Квантизация заряда

Общий заряд Q системы всегда является целым кратным элементарного заряда e. Таким образом, заряд считается квантованным. Это означает, что вы никогда не найдете дробную часть e в заряде. Математически это можно представить как:

Q = n × e

Здесь n — это целое число.

2. Сохранение заряда

В ходе любого физического процесса общий заряд остается постоянным. Это известно как закон сохранения электрического заряда. Заряды могут перемещаться и даже изменяться с положительного на отрицательный, но общий заряд всегда будет оставаться таким же до и после реакции.

3. Аддитивность заряда

Когда вы объединяете разные заряды, общий заряд просто сумма отдельных зарядов. Например, если у вас есть заряд +2 Кл и -1 Кл, результирующий заряд будет +1 Кл

Взаимодействие между зарядами

Электрические заряды взаимодействуют друг с другом и могут оказывать силы. Характер взаимодействия зависит от типа участвующих зарядов:

1. Одинаковые заряды отталкивают

Если два заряда оба положительные или оба отрицательные, они отталкивают друг друга. Это значит, что они отталкивают друг друга. Представьте это так:

, ,

Эта диаграмма показывает два положительных заряда, отталкивающих друг друга.

2. Противоположные заряды притягиваются

Когда один заряд положительный, а другой отрицательный, они притягиваются друг к другу, то есть они притягиваются друг к другу как магниты.

, ,

Это показывает, что положительные и отрицательные заряды притягиваются друг к другу.

Закон Кулона

Сила притяжения или отталкивания между двумя точечными зарядами определяется законом Кулона, который утверждает, что сила F прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними. Это можно выразить математически как:

F = k × |q₁ × q₂| / r²

Где:

  • F — это сила между зарядами (в ньютонах, Н)
  • k — это постоянная Кулона, около 8.99 × 10 9 Н·м²/Кл²
  • q₁ и q₂ — количества зарядов (в кулонах, Кл)
  • r — это расстояние между центрами двух зарядов (в метрах, м)

Пример задачи

Представьте, что у вас есть два заряда, q₁ = +3 Кл и q₂ = -2 Кл, которые находятся на расстоянии 2 м друг от друга.

Чтобы найти силу между ними:

F = 8.99 × 10⁹ × |(+3) × (-2)| / (2)² = 8.99 × 10⁹ × 6 / 4 = 13.485 × 10⁹ / 4 = 3.37125 × 10⁹ Н

Сила 3.37125 × 10⁹ Н направлена таким образом, что противоположные заряды притягиваются друг к другу.

Зарядка посредством индукции

Электрический заряд может передаваться от одного тела к другому, и обычный способ, как это происходит, – через индукцию. Это включает приближение заряженного объекта к нейтральному объекту, вызывая повышение положительного и отрицательного заряда на нейтральном объекте.

Шаги зарядки посредством индукции

Рассмотрим, что к нейтральной металлической сфере приближают отрицательно заряженный стержень:

  1. Отрицательный заряд стержня отталкивает электроны, присутствующие в сфере. Это создает положительный заряд в части, ближайшей к стержню, и отрицательный заряд на другой стороне.
  2. Если сферу заземлить на некоторое время (подключить к проводнику, который позволяет заряду течь), некоторые из электронов покидают ее, оставляя сферу положительно заряженной.
  3. После удаления заземления и затем стержня, сфера остается с положительным зарядом.

Применение электрического заряда

Электрический заряд имеет много применений в повседневной жизни и технологиях. Вот некоторые примеры:

1. Статическое электричество

Когда вы натираете шарик о ваши волосы, электроны передаются от ваших волос к шарику, придавая шару отрицательный заряд. Этот отрицательный заряд позволяет шару на некоторое время прилипать к стене.

2. Электрические приборы

Заряженные частицы, движущиеся через проводник (обычно электроны), создают электрический ток. Это основа для работы большинства наших электрических устройств, от лампочек до компьютеров.

3. Конденсатор

Конденсатор – это устройство, которое хранит электрическую энергию в электрическом поле, образованном парой проводящих пластин, разделенных изолятором. Они играют важную роль в электронных схемах.

Символ конденсатора

Конденсатор

4. Электроскоп

Электроскоп может обнаружить наличие и величину электрического заряда. Он состоит из металлического стержня, подключенного к двум тонким металлическим пластинам. Когда заряженный объект касается металлического стержня, пластины расходятся из-за отталкивания.

Заключение

Электрический заряд – это фундаментальная концепция в нашем понимании того, как взаимодействуют электричество и магнетизм. Его свойства квантизации, сохранения и аддитивности лежат в основе структуры материи и питают наш мир во множестве способов. От повседневного статического электричества до сложных электрических цепей, поток и взаимодействие электрических зарядов жизненно важны для функционирования современной технологии.


Десятый класс → 5.1.1


U
username
0%
завершено в Десятый класс

← Предыдущий (5.1)
Электростатика
Следующий (5.1.2) →
Проводники и изоляторы

Комментарии 



Электрический заряд и его свойства

https://www.physicsflow.com/g10/5.1.1?pfal=ru