Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда

План ответа

1. Электрический заряд. 2. Взаимодействие за­ряженных тел. 3. Закон сохранения электрического заряда. 4. Закон Кулона. 5. Диэлектрическая проницаемость. 6. Электрическая постоянная. 7. Направ­ление кулоновских сил.

Законы взаимодействия атомов и молекул удается понять и объяснить на основе знаний о строении атома, используя планетарную модель его строения. В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются по определенным орбитам отрицательно заряженные частицы. Взаимодействие между заряженными час­тицами называетсяэлектромагнитным. Интенсив­ность электромагнитного взаимодействия опреде­ляется физической величиной —электрическим за­рядом, который обозначается q. Единица измерения электрического заряда — кулон (Кл). 1 кулон — это такой электрический заряд, который, проходя через поперечное сечение проводника за 1 с, создает в нем ток силой 1 А. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух ви­дов зарядов. Один вид заряда назвали положитель­ным, носителем элементарного положительного за­ряда является протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителем является электрон. Элементарный заряд равен е=1,6•10-19 Кл.

Заряд тела всегда представляется числом, кратным величине элементарного заряда:q=e(Np-Ne) где Np — количество электронов, Ne — количество протонов.

Полный заряд замкнутой системы(в которую не входят заряды извне), т. е. алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной: q1 + q2 + ...+qn=const. Электрический заряд не создается и не исчезает, а только переходит от одного тела к друго­му. Этот экспериментально установленный факт на­зываетсязаконом сохранения электрического заря­да. Никогда и нигде в природе не возникает и не ис­чезает электрический заряд одного знака. Появление и исчезновение электрических зарядов на телах в большинстве случаев объясняется переходами эле­ментарных заряженных частиц — электронов — от одних тел к другим.

Электризация — это сообщение телу электри­ческого заряда. Электризация может происходить, например, при соприкосновении (трении) разно­родных веществ и при облучении. При электризации в теле возникает избыток или недостаток электронов.

В случае избытка электронов тело приобретает отрицательный заряд, в случае недостатка — поло­жительный.

Законы взаимодействия неподвижных элек­трических зарядов изучает электростатика.

Основной закон электростатики был экспери­ментально установлен французским физиком Шар­лем Кулоном и читается так. Модуль силы взаимо­действия двух точечных неподвижных электриче­ских зарядов в вакууме прямо пропорционален про­изведению величин этих зарядов и обратно пропор­ционален квадрату расстояния между ними.

F =k •q1q2/r2, гдеq1 и q2— модули зарядов, r — расстояние между ними,k — коэффициент пропор­циональности, зависящий от выбора системы еди­ниц, в СИk = 9 • 109 Н • м2/Кл2. Величина, показывающая во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в среде, называетсядиэлектрической проницаемостью средыε. Для среды с диэлектрической проницае­мостью ε закон Кулона записывается следующим об­разом: F=k •q1q2/(ε•r2)

Вместо коэффициента k часто используется коэффициент, называемый электрической постоян­ной ε0. Электрическая постоянная связана с коэффи­циентомk следующим образомk = 1/4π ε0 и численно равна ε0=8,85 • 10-12 Кл/Н • м2.

С использованием электрической постоянной закон Кулона имеет вид:F=(1/4π ε0 )• (q1q2 /r2)

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называютэлектростатическим, иликулоновским, взаимодействием. Кулоновские силы мож­но изобразить графически (рис. 14, 15).

Кулоновская сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряженные тела. Она является силой притяжения при разных знаках зарядов и силой отталкивания при одинаковых знаках.

2 Задача

В баллоне емкостью 40×10-3 м3 находится углекислый газ массой 1,98 кг. Баллон выдерживает давление не более 30×105 Па. При какой температуре возникает опасность разрыва баллона?

Дано: V= 40×10-3 м3 m= 1,98 кг. p= 30×105 Па. R = 8,31 Дж / К×моль
T =?

Решение:

Воспользуемся уравнением Менделеева – Клайперона.:

pV = m / M × RT

T = pVM / mR

По таблице Менделеева найдем молярную массу углекислого газа:

M = (12+2×16)×10-3 кг/моль = 44×10-3 кг/моль

Т = 30×105×40×10-3×44×10-3 / 1,98×8,31 = 321К

Ответ: 321К

Билет № 13