Законы постоянного тока — Умскул Учебник

На этой странице вы узнаете

• Что общего у электрического тока с водой?
• В чем отличие сопротивления от удельного сопротивления?
• Почему нежелательно использовать телефон, подключенный к зарядке?
• Фамилия какого ученого стоит миллион?

«Все, кина не будет. Электричество кончилось». Наверное, никого не оставит равнодушным популярная фраза из широко известного фильма «Джентльмены удачи». Ведь действительно: бесит, когда сидишь за просмотром любимого сериальчика, вдруг — бамс! Вырубили свет, и зарядки ноута, как назло, не хватило. И не выработаешь электричество в домашних условиях, а жаль… Но вот понять, как оно работает — это мы сможем сделать в статье.

Электрический ток

В наше время трудно себе представить жизнь без электричества. Телевизор не посмотреть, телефон не зарядить, чай не попить… Ни один электроприбор в доме не будет работать без электричества. А объявление об отключении электроэнергии, вызывает тихий ужас.

Электричество — это форма энергии, которая существует в виде статических или подвижных электрических зарядов.

Сформулируем определение:

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц.

Чтобы электрический ток существовал, необходимо выполнение следующих условий:

• наличие свободных заряженных частиц;
• наличие электрического поля;
• наличие замкнутой электрической цепи.

Основными количественными характеристиками электрического тока являются сила тока и напряжение.

Напряжение

Чтобы внутри цепи существовал электрический ток, цепь должна быть замкнута и между концами участка цепи должно существовать напряжение.

Напряжение  — скалярная (не имеющая направления) физическая величина, значение которой равно работе тока на участке цепи, совершаемой при переносе единичного электрического заряда из одной точки в другую.

Единица измерения U — В (Вольт) = \(\frac{Дж}{Кл}\)

Электрический ток – результат “труда” множества частиц. Они любят работать – не ленятся перемещаться из одного конца цепи в другой. И чем больше они будут работать, тем большее напряжение получится. Так запоминаем связь напряжения (U) с работой (A).

Услышав слова из известной песни Димы Билана «Это ты, это я, между нами молния, С электрическим разрядом 220 Вольт…» любой физик (и электрик) приобретает новую пару седых волосинок. Такое напряжение очень опасно для человека. Однако, 220 Вольт — это то самое напряжение в наших розетках!

Прибор для измерения напряжения — вольтметр. Он включается в цепь параллельно. Пример подключения представлен на рисунке:

Сила тока

Это еще одна немаловажная характеристика электрического тока.

Сила тока — это физическая величина, показывающая, какой заряд переносится через рассматриваемую площадь поперечного сечения за единицу времени . 

Единица измерения I — А (ампер) = \(\frac{Кл}{с}\).

Представим, что внутри проводника «бежит» в одном направлении огромное количество заряженных частиц. Так вот, чем больше общий заряд частиц, пробегающих через поперечное сечение проводника за единицу времени, тем больше будет значение силы тока. Это поможет вам запомнить зависимость силы тока (I) от электрического заряда (q).

Прибор для измерения силы тока — амперметр. Он включается в цепь последовательно. Пример подключения представлен на рисунке:

Направление тока совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.

Давайте разберемся, как можно определить направление тока в цепи на примере.

Задача. На рисунке изображена электрическая цепь с источником тока и сопротивлением R. Определите направление тока в данной цепи (по часовой стрелке/против часовой стрелки).

Решение:

Обратите внимание, «большая» пластина реостата расположена справа (именно она и направляет ток), а «маленькая» слева. Положительно заряженные частицы двигаются от катода к аноду (от положительно заряженной пластинки к отрицательно заряженной), а направление тока всегда совпадает с направлением положительно заряженных частиц. Значит, ток в цепи направлен по часовой стрелке.

Ответ: по часовой стрелке

Электрическое сопротивление

Оно является электрической характеристикой проводника.

Сопротивление — физическая величина, характеризующая электрические свойства участка цепи.

Единица измерения R — Ом.

Удельное сопротивление проводника (p) можно посмотреть в специальной таблице в справочнике или в интернете. Для каждого материала будет свое значение. Мы приведем для примера лишь фрагмент такой таблицы. 2\)/ мСеребро0,0015Медь0,018Золото0,023Алюминий0,029Вольфрам0,055Железо0,098

Получается, что прежде всего на то, каким будет сопротивление, влияют размеры проводника, его форма, материал, из которого он сделан. 

Удельное сопротивление проводника зависит также от температуры. Когда температура твердых тел увеличивается, то удельное сопротивление возрастает. А в растворах и расплавах — наоборот, уменьшается. В экзаменационных задачах случаи с изменением удельного сопротивления не рассматриваются, а вот в олимпиадных задачах такое встретить можно.

Давайте поразмышляем: что чему сопротивляется? 

Причина электрического сопротивления кроется во взаимодействии зарядов разного знака при протекании тока по проводнику. Это взаимодействие можно сравнить с силой трения, стремящейся остановить движение заряженных частиц.

Чем сильнее взаимодействие свободных электронов с положительными ионами в узлах кристаллической решетки проводника, тем больше сопротивление проводника.

Проводник с определенным постоянным сопротивлением называется резистор.

Вернемся к сравнению электрического тока с водой: как молекулы воды из крана движутся сверху вниз, так и электрический ток имеет определенное направление — от катода к аноду. Электрический заряд условно в нашем примере аналогичен массе воды, а напряжение — напору воды из крана.

Закон Ома

Сила тока, напряжение и сопротивление связаны между собой соотношением, которое называется закон Ома:

Для упрощенного понимания закона Ома можно использовать данный треугольник. Чтобы вспомнить формулу для нахождения той или иной величины, нужно ее закрыть рукой. Если оставшиеся открытыми величины стоят бок о бок, то они перемножаются друг с другом (U=IR). А если одна величина стоит выше другой, то в таком случае мы делим их друг на друга (I=U/R или R=U/I)

Данный закон справедлив для участка цепи, на который не действуют сторонние силы.

Разберем задачу из контрольно-измерительных материалов ЕГЭ (номер 12).

Ниже на рисунке приведена схема электрической цепи, в которой провода можно считать идеальными. Определите сопротивление резистора, если показания амперметра 0,2 А, а вольтметра — 8 В.

Решение:
Вольтметр подключен параллельно резистору. Следовательно, он показывает напряжение на резисторе U. 

Амперметр подключен последовательно. Следовательно, он показывает силу тока I на всей цепи. 

Чтобы найти сопротивление на резисторе, воспользуемся законом Ома: 
I=\(\frac{U}{R}\), где R — сопротивление резистора.

Выразим R и подставим значения:
R=\(\frac{U}{I}\)
R=\(\frac{8}{0,2}\)=40 (Ом)

Ответ: 40

Работа и мощность электрического тока

Вернемся к понятию работы. Мы говорили, при перемещении заряда по проводнику электрическое поле совершает работу (А):

A = qU

Если мы выразим заряд из формулы силы тока q=It, то получим, формулу для расчета работы электрического поля (А) при протекании постоянного тока (или просто работа тока):

Единица измерения А — Дж (Джоуль).

В быту ток совершает работу длительное время, поэтому при определении затраченной электрической энергии используют единицу измерения кВт * ч. Киловатт в час — это энергия, которая потребляется устройством мощностью 1 кВт в течении 1 часа. Учитывая, что 1 ч=3600 с, получим:

1 кВт*ч = 1000 Вт * 3600 с = 3600000 Дж = 3600 кДж

Если же работу тока рассчитать за единицу времени, то мы получим мощность постоянного электрического тока.

Мощность — величина, обозначающая интенсивность передачи электрической энергии.

Единица измерения P — Вт (Ватт).

Средняя мощность тока равна:

\(P = \frac{A}{t} = \frac{qU}{t} = IU = \frac{U^2}{R} = I^2R\)

Теперь мы знаем все про мощность и работу тока, а значит, нужно отработать это на практике. Тем более что такие задачи встречаются в ЕГЭ (номер 12).

Задача.
Какую работу совершит электрический ток в электродвигателе вентилятора за 20 мин., если сила тока в цепи 0,2 А, а напряжение 12 В?

Решение.
Вспомним формулу для работы тока  A=U*I*t , где U=12 В — напряжение в электродвигателе, I=0,2 A — сила тока, t=20 мин=1200 с — время.

Все данные нам уже известны, поэтому можем подставить их в формулу для работы тока и получить ответ.

A=12*0,2*1200=2880 Дж

Ответ: 2880 Дж

Мощность электроприбора всегда указывается в документации, прилагающейся к нему. Кроме того, нередко ее пишут на самом приборе. Давайте посмотрим на утюг, или стиральную машину дома. Мы увидим, что утюг имеет мощность 1000 Вт, а обычная энергосберегающая лампочка, всего 40 Вт (на то она и сберегающая). Чем больше мощность прибора, тем больше энергии он будет потреблять. Примеры мощностей различных приборов представлены на рисунке.

Закон Джоуля — Ленца

Теперь же свяжем работу тока и теплоту, которая выделяется на проводнике за некоторое время t.

Почему так происходит?

Электрический ток оказывает тепловое действие на проводник. Количество теплоты, которое при этом выделяется, будет рассчитываться по закону Джоуля — Ленца:

Количество теплоты, выделяемое за время в проводнике с током, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления проводника:

Единица измерения Q — Дж (Джоуль).

В электронагревательных приборах используются проводники с высоким сопротивлением, что обеспечивает выделение тепла на определенном участке. 

Так, проволоку из нихрома (сплав никеля с хромом) применяют в электронагревательных элементах, работающих при температуре до 1000 ℃ (резисторах, например). Нихром относится к классу сплавов с высоким электрическим сопротивлением, что определяет его применение в качестве электрических нагревателей. Этот сплав используется также в печах обжига и сушки и различных аппаратах теплового воздействия, например, в фенах, паяльниках или обогревателях.

Еще немного про электричество…

• Постоянный электрический ток используется в работе двигателей электротранспорта, схемах автомобилей, электронике и др.
• Электричество есть и в нашем организме. Мышечные клетки сердца при сокращении производят электроэнергию, эти импульсы можно измерить с помощью электрокардиограммы (ЭКГ).
• Бенджамин Франклин (да-да, президент Америки) провел множество опытов в 18 веке и создал громоотвод. Также он является человеком, который вывел закон сохранения электрического заряда.
• В древности люди считали, что, если молния ударила в курган, значит, там зарыто сокровище.

Термины

Источник тока — устройство, разделяющее положительные и отрицательные заряды.

Сторонние силы — силы неэлектрического происхождения, вызывающие разделение зарядов в источнике тока.

Фактчек

• Сила тока — это физическая величина, показывающая, какой заряд переносится через рассматриваемую площадь поперечного сечения за единицу времени: \(I = \frac{q}{t}\)
• Напряжение — скалярная физическая величина, равная отношению полной работы кулоновских и сторонних сил А при перемещении положительного заряда на участке цепи к значению этого заряда: \(U = \frac{A}{q}\)
• Сопротивление — физическая величина, характеризующая электрические свойства участка цепи: \(R = \frac{pl}{S}\)
• Мощность  — величина, обозначающая интенсивность передачи электрической энергии: \(P = \frac{A}{t}\)
• Закон Ома: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении: \(I = \frac{U}{R}\).
• Закон Джоуля— Ленца: количество теплоты Q, выделяемое за время t  в проводнике с током, пропорционально произведению квадрата силы тока I на этом участке и сопротивления R проводника: Q = I²Rt.
• Работа электрического поля при протекании постоянного тока (или просто работа тока): А = UIt.

Проверь себя

Задание 1.
Упорядоченное движение заряженных частиц — это:

1. электрическое поле
2. электрический ток
3. электрическая мощность
4. работа тока

Задание 2.
Удельное сопротивление проводника:

1. зависит от температуры
2. не зависит от температуры 
3. зависит от силы протекающего через проводник тока
4. не зависит от напряжения

Задание 3.
Формула для расчета силы тока:

1. I = Ut
2. I = UIt
3. I = I²Rt
4. \(I = \frac{q}{t}\)

Задание 4. 
Что такое мощность электрического тока:

1. работа за единицу времени
2. отношение заряда к единице времени
3. произведение силы тока на сопротивление
4. тепло, выделяемое на резисторе

Задание 5.  
Причина электрического сопротивления:

1. во взаимодействии зарядов одинакового знака
2. в отсутствии взаимодействия между зарядами
3. во взаимодействии зарядов разного знака
4. в передаче тепла

Ответы: 1.— 2; 2. — 1; 3.— 4; 4.— 1; 5. — 3.

Электрический ток, что это такое

Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение частиц или квазичастиц — носителей электрического заряда.

Когда мы произносим словосочетание «электрический ток», то обычно имеем ввиду самые разные проявления электричества. Ток течет по проводам высоковольтных линий электропередач, ток вращает стартер и заряжает аккумулятор в нашем автомобиле, молния во время грозы — это тоже электрический ток.

Электролиз, электросварка, искры статического электричества на расческе, по спирали лампы накаливания течет ток, и даже в крохотном карманном фонарике через светодиод течет крохотный ток. Что и говорить о нашем сердце, которое также генерирует небольшой электрический ток, особенно это заметно во время прохождения процедуры ЭКГ.

В физике электрическим током принято называть упорядоченное движение заряженных частиц и в принципе любых носителей электрического заряда. Движущийся вокруг атомного ядра электрон — это тоже ток. И заряженная эбонитовая палочка, если держать ее в руке и двигать из стороны в сторону — также станет источником тока: не равный нулю заряд есть и он движется.

Физические аналогии между течением воды в системе водоснабжения и электрическим током: Электропроводка и трубопровод

Постоянный ток:

Ток течет по проводам бытовых электроприборов питающихся от розетки — электроны перемещаются туда-сюда 50 раз за секунду — это называется переменным током.

Высокочастотные сигналы внутри электронных приборов — это тоже электрический ток, поскольку электроны и дырки (носители положительного заряда) перемещаются внутри схемы.

Любой электрический ток порождает своим существованием магнитное поле. Вокруг проводника с током оно обязательно присутствует. Не существует магнитного поля без тока и тока без магнитного поля.

Даже если магнитного поля вокруг тока не наблюдается, это лишь значит что магнитные поля двух токов в момент наблюдения взаимно скомпенсированы, как в двужильном проводе любого электрического чайника — переменные токи в каждый момент направлены в противоположные стороны и текут параллельно друг другу — их магнитные поля друг друга нейтрализуют. Это называется принципом наложения (суперпозиции) магнитных полей.

Практически для существования электрического тока необходимо наличие электрического поля, потенциального или вихревого. Исключительно редко заряды перемещаются чисто механическим образом (как например в генераторе Ван Де Граафа — наэлектризованной резиновой лентой).

Генератор Ван Де Граафа:

В электрическом поле заряженная частица испытывает действие электрической силы, которая у источников тока называется ЭДС — электродвижущая сила. ЭДС измеряется в вольтах как и напряжение между двумя точками электрической цепи. Чем больше напряжение приложенное к потребителю — тем больший электрический ток это напряжение способно вызвать.

Переменное напряжение порождает в проводнике, к которому оно приложено, переменный ток, поскольку электрическое поле, приложенное к носителям заряда, будет в этом случае также переменным. Постоянное напряжение — условие существования в проводнике тока постоянного.

Высокочастотное напряжение (изменяющее свое направление сотни тысяч раз за секунду) также способствует переменному току в проводниках, но чем выше частота — тем меньше носителей заряда участвуют в создании тока в толще проводника, поскольку электрическое поле действующее на заряженные частицы вытесняется ближе к поверхности, и получается что ток течет не в проводнике, а по его поверхности. Это называется скин-эффект.

Электрический ток может существовать в вакууме, в проводниках, в электролитах, в полупроводниках и даже в диэлектриках (ток смещения). Правда в диэлектриках постоянного тока быть не может, поскольку в них заряды не имеют возможности к свободному перемещению, а способны лишь смещаться в пределах внутримолекулярного расстояния от своего первоначального положения под действием приложенного электрического поля.

Настоящий электрический ток всегда предполагает возможность свободного перемещения электрических зарядов под действием электрического поля.

Ранее ЭлектроВести писали, что две команды американских физиков разработали стратегию производства устройств для преобразования света в электричество с помощью органических полупроводников и «освобожденных» электронов.

По материалам: electrik.info.

Электроны делают один шаг вперед, не делая двух шагов назад

Биоинспирированный молекулярный электретный диполь направляет все электроны к положительному полюсу, не давая им двигаться к отрицательному полюсу. Кредит: Валентин Вуллев

Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде впервые успешно использовали электрические диполи для полного подавления переноса электронов в одном направлении и ускорения в другом. Открытие может помочь в разработке улучшенных солнечных элементов и других устройств преобразования энергии и ускорить разработку новых и превосходных энергетических и электронных материалов.

Не будет преувеличением сказать, что жизнь зависит от строго регулируемого переноса электронов.

Перенос электрона является одним из наиболее фундаментальных процессов поддержания жизни и преобразования энергии. Это происходит, когда электрон перемещается от одного атома или молекулы к другому, принося с собой свою электрическую энергию. Фотосинтез, митохондриальное и клеточное дыхание и фиксация азота входят в число многих биологических процессов, которые стали возможными благодаря упорядоченному движению электронов.

Поскольку перенос электронов вездесущ и важен, ученые приложили огромные усилия для понимания этого процесса и использовали полученные знания для создания солнечных элементов, топливных элементов, батарей и многих других устройств, которые также зависят от эффективного переноса электронов.

Но деликатный электронный балет живых существ, поставленный на протяжении эпох эволюции, больше похож на сценическое погружение в яму-мош применительно к технологиям, созданным человеком.

Ученые могут в какой-то степени контролировать перенос электронов, но им трудно собрать все субатомные частицы в одном направлении. Когда они направляют электроны вперед, некоторые неизбежно движутся и назад, вызывая потерю энергии.

Валентин Вуллев, профессор биоинженерии в Инженерном колледже Борнса, возглавлял международную группу исследователей из Калифорнийского университета в Риверсайде, Польши, Чехии и Японии, которые использовали молекулярные диполи для переноса электронов. Молекулярные диполи возникают, когда один из атомов в молекуле имеет состав, который с большей вероятностью притягивает электроны, имеющие отрицательный электрический заряд. Молекулярные диполи повсюду и обладают мощными наноразмерными электрическими полями, которые могут направлять желаемые процессы переноса электронов и подавлять нежелательные.

Несмотря на то, что электрические диполи генерируют огромные поля вокруг себя, сила электрических полей быстро уменьшается с расстоянием. Поэтому важно располагать диполь как можно ближе к молекулам переноса электрона.

Группа Вуллева включила диполь в молекулу донора электронов, электрет 5-N-амидоантраниламида, вещество с полупостоянным электрическим зарядом и дипольной поляризацией, подобное магниту. Исследователи подвергли электрет воздействию различных растворителей, чтобы вызвать перенос электронов. В малополярных растворителях они значительно усиливали действие диполей и направляли все электроны только в одном направлении.

Ученые впервые показали, что диполь ускоряет перенос электронов в одном направлении и полностью подавляет его в другом.

«Это открытие открывает двери для направления процессов прямого переноса электронов, подавляя при этом нежелательное обратное преобразование электронов, что является одним из святых Граалей фотофизики и науки об энергетике», — сказал Вуллев.

Ключевым моментом было достижение тонкого баланса между снижением полярности растворителя и усилением дипольного эффекта без одновременного уничтожения переноса электронов. Специально разработанные молекулярные компоненты с правильными электронными свойствами помогли оптимизировать этот баланс.

«Хотя кажется, что мы решаем важную проблему физической химии и физики, результаты нашей работы могут иметь широкое междисциплинарное значение и оказаться важными для соответствующих областей, таких как молекулярная биология, клеточная физиология, энергетика и инженерия, — сказал Вуллев. «Лучшее понимание переноса электронов на молекулярном уровне улучшит наше понимание живых систем и послужит основой для эффективных энергетических технологий».

Дополнительная информация:
Maciej Krzeszewski и др., Эффекты диполя на переносе электронов огромны, Angewandte Chemie International Edition (2018). DOI: 10.1002/anie.201802637

Предоставлено
Калифорнийский университет — Риверсайд

Цитата :
Электроны делают шаг вперед, не делая двух шагов назад (2018, 8 июня)
получено 18 апреля 2023 г.
с https://phys.org/news/2018-06-electrons.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Урок Видео: Статическое электричество | Nagwa

Стенограмма видео

В этом видео мы узнаем о
статическое электричество. И, как мы увидим, статический
электричество включает в себя накопление, а затем разрядку электрического заряда. Первое, что нужно знать о
статическое электричество в том, что оно возвращает нас к основам: положительным и отрицательным
электрические заряды.

А вот и правила того, как
эти заряды взаимодействуют. Если у нас есть заряды противоположного типа
как у нас здесь, тогда они будут притягиваться друг к другу. То есть будет
сила притяжения каждого из этих зарядов от другого заряда. Но тогда, с другой стороны, если мы
иметь два одинаковых заряда, скажем, вот эти два положительных заряда, тогда они будут отталкивать один
другой. Они будут отталкивать друг друга. И то же самое произойдет, если
вместо двух положительных зарядов у нас есть два отрицательных заряда. Поскольку обвинения имеют
подобного типа, они будут отталкивать друг друга.

Помня об этих правилах, мы
может задаться вопросом, почему мы не испытываем этого положительного и отрицательного отталкивания
очень часто в нашей повседневной жизни. Ответ на этот вопрос заключается в
предметы, с которыми мы ежедневно взаимодействуем, — столы, стулья и
полы, стены и двери — на них нет электрического заряда. Они нейтральны. И если мы принесем один электрически
нейтральный объект рядом с другим электрически нейтральным объектом не будет электрического
взаимодействие между ними, и это ситуация, которую мы часто сталкиваемся.

Один важный момент об этих
электрически нейтральными объектами является то, что, хотя они не имеют общего или результирующего заряда,
это не значит, что внутри них нет положительных и отрицательных зарядов.
сами себя. На самом деле их очень много
положительные и отрицательные заряды. Просто они прекрасно
уравновешивают друг друга. Там такое же количество плюсов, как
есть минус. В общем, электрически
нейтральный. Хотя возможно и это
откуда берется статическое электричество. Возможен заряд
передаются между этими объектами.

Чтобы увидеть, как это происходит, давайте
рассмотрим очень мелкомасштабную микроскопическую структуру твердых объектов. Ведь это твердые предметы,
мы больше всего осведомлены о ежедневном взаимодействии. Теперь, если мы начали с рассмотрения
газ, мы знаем, что атомы в этом газе невероятно подвижны. Они могут двигаться в любом месте
направления. Если мы затем перейдем к жидкости, то
немного больше порядка в молекулярной структуре этого состояния вещества, но не очень
гораздо более. Это действительно только тогда, когда мы доберемся до
твердые объекты, которые мы начинаем видеть очень фиксированным и жестким образцом того, как
атомы располагаются сами по себе.

В твердом теле атомы расположены
в упорядоченной решетчатой ​​структуре. Они выглядят как сетка. И помните, что каждый из этих
атом состоит из положительно заряженного ядра, в котором есть протоны и нейтроны и
затем вращается отрицательно заряженными электронами. По сравнению с фиксированными атомными ядрами
в этой структуре решетки эти электроны с гораздо большей вероятностью будут двигаться, чтобы
перенесены с одного места на другое. Итак, когда входят два твердых объекта
соприкасаются-может натыкаются друг на друга или трутся-можно и даже
вероятно, произойдет некоторый перенос электрона. Электроны с одной стороны будут двигаться
через барьер на другую сторону.

Когда это произойдет, обратите внимание на то, что мы
теперь есть. Этот объект слева теперь имеет
избыток отрицательного заряда, а этот объект справа сейчас имеет дефицит отрицательного
заряжать. Другими словами, объект на
левый теперь имеет чистый отрицательный заряд, а объект справа теперь имеет чистый
положительный заряд. Когда это произойдет, мы увидим, что
состоится. Потому что у нас сейчас наоборот
заряженные объекты, они будут притягиваться друг к другу.

Именно это и происходит, когда
у нас есть надутый воздушный шар, и мы трём его о стену. Первоначально и воздушный шар, и
стена электрически нейтральна. У них одинаковое количество
положительные заряды как отрицательные заряды. Но когда они вступают в контакт и
между двумя поверхностями возникает трение, некоторые электроны со стенки переходят на
воздушный шар. Воздушный шар теперь имеет чистый отрицательный
заряд, а стенка имеет суммарный положительный заряд. Так они притягиваются друг к другу. И если вы когда-нибудь пробовали это, вы
можно увидеть, что это действительно работает. Воздушный шар прилипнет к
стена. Он не упадет.

В этот момент мы можем задаться вопросом, почему
Когда два нейтральных твердых тела соприкасаются, электроны движутся от одного из
объекты в другую, а не в обе стороны. Иными словами, почему в данном случае
Дело в том, что электроны движутся от объекта справа к объекту слева, а не
слева направо. Эта тенденция электронов течь
в одном направлении, когда взаимодействуют два объекта, а не другое имеет отношение к тому, что
называют электроотрицательностью объектов.

Это количественное значение, которое
описывает, насколько вероятно, что объект, такой как стена, резина или сталь, примет
электроны. Когда объекты двух разных
материалы взаимодействуют, скажем, наш резиновый воздушный шар и наша гипсокартонная стена, затем любой объект
с наибольшей вероятностью принимает электроны тот, к которому поток электронов притекает.

Сказано, давайте посчитаем
момент название этого урока «статическое электричество». Теперь мы должны признать, что это
немного странный термин. Ведь слово статический означает
стационарный. Это относится к чему-то, что не
движется, в то время как электричество, конечно, заряд в движении. Так что же это: статика
электричество относится к чему-то движущемуся или к чему-то неподвижному?

Мы можем понять это
рассматривая снова эти два объекта, которые вспоминают, изначально нейтральные. Но теперь у каждого из них есть сеть
заряжать. Мы видели, что изначально эти объекты
были отделены друг от друга. И в этот момент у каждого из них
столько же положительных зарядов, сколько и отрицательных. Каждый из них был электрически
нейтральный. Затем мы привели их в
контакт. И через этот контакт зарядить
перешел от правого объекта к левому.

То, что мы сейчас имеем, это наращивание
электрический заряд. У нас накапливается негатив
заряд на этом объекте и накопление положительного заряда на этом. Если бы мы оставили эти объекты
все еще, но все еще в контакте друг с другом, может быть, так оно и остается
навсегда. Ситуация может быть статичной. У нас есть статическая сборка
заряжать.

Но давайте представим это. Допустим, мы разделяем эти
объекты еще раз, чтобы они больше не соприкасались. Тогда скажите, что мы принимаем наши негативные
заряженный объект. И используя тот же процесс с
другие объекты, не находящиеся на экране, мы добавляем к ним больше отрицательного заряда. По мере того, как мы добавляем все больше и больше негатива
заряжать этот объект, мы можем видеть по основным правилам заряда, которые мы описали здесь
что этот объект все больше притягивает положительный заряд.

До определенного момента воздух,
разделяет эти два объекта и служит изолятором. Это удерживает заряды от перемещения
от одного объекта к другому. Но в конце концов, по мере того как все больше и больше
на этом объекте накапливается отрицательный заряд, этого воздушного барьера уже недостаточно, чтобы
разделить обвинения. К тому моменту у нас уже так много
отрицательные заряды притягиваются к положительным, что сила притяжения велика
достаточно, чтобы сломать этот барьер. Этот образ разрушения
барьер является хорошим, потому что он описывает, насколько внезапным и драматичным является выброс
отрицательный заряд от этого одного объекта.

Когда этот заряд достаточно велик,
он перепрыгнет промежуток между этими двумя объектами, его электричество будет течь через
в воздухе. это кстати одно и то же
такое случается, когда молния бьет во время грозы. Был большой заряд
накопление в грозовом облаке. И, в конце концов, этот заряд
достаточно большой, чтобы преодолеть этот изолирующий слой воздуха между
Земля и облако. Мы видим тогда смысл, в котором
статическое электричество бывает как статическим — стационарным — так и электрическим, включающим
движение. это зарядка и разрядка
процесс.

У многих из нас полно реальных
опыт работы со статическим электричеством. Скажите, например, что вы
ходить в чулках по мохнатому ковру. Каждый раз, когда мы делаем шаг,
трение между нашими носками и ковром приводит к переносу электронов из
ковер к нам. Может быть, даже не осознавая этого, как
мы ходим, мы накапливаем все больше и больше заряда. Это накопление электричества
заряд в нас.

Этот суммарный отрицательный электрический заряд
то, что мы сейчас имеем, по мере того, как оно становится все больше и больше, все больше и больше привлекает любые положительные
заряды поблизости. Это означает, что всякий раз, когда мы приближаемся к
объект, такой как выключатель света или дверная ручка, который имеет относительный положительный заряд
по сравнению с нашим большим отрицательным зарядом, все эти отрицательные заряды внезапно исчезнут.
резко вытекают из нашего тела к относительно положительному объекту. Мы увидим, возможно, небольшую искру
электричество. Это статическое электричество
процесс разрядки, и именно здесь мы чувствуем небольшой шок.

Так что статическое электричество действительно
сводятся к взаимодействию между положительными и отрицательными зарядами, притяжениями и
отвращение. Давайте немного потренируемся с
эти идеи через пару примеров.

Полиэтиленовый стержень, натертый
тряпка для пыли, придающая ей чистый отрицательный заряд. Второй полиэтиленовый стержень
протирают тряпкой и сближают два стержня. Что случится?

Вот полиэтиленовый стержень
— это пластиковый стержень — и тряпка для пыли. И в начале мы можем
предположим, что оба этих объекта электрически нейтральны; то есть у них
нет суммарного электрического заряда. Важно осознавать
хотя это не означает, что стержень и ткань не имеют положительных и
в них отрицательные заряды. Все это означает, что они
уравновешивают друг друга. В каждом объекте есть
число положительных зарядов равно числу отрицательных. Таким образом, на чистом или общем уровне
они нейтральны.

Итак, нам говорят, что
стержень и ткань соприкасаются и трутся друг о друга. И как только это будет сделано, мы
сказал, что в целом стержень теперь имеет чистый отрицательный электрический заряд. Что это значит? Это означает, что пока ткань
и стержень терлись друг о друга, электроны двигались с ткани на
стержень. Так как электроны имеют отрицательное
электрический заряд, когда они накапливаются на стержне, они дают ему чистый отрицательный заряд
зарядка тоже. Это также означает, что
после этого взаимодействия ткань имеет чистый положительный заряд. Это потому, что он потерял некоторые
электроны к стержню.

Но в любом случае наше внимание сосредоточено на
этот отрицательно заряженный полиэтиленовый стержень. Нам говорят, что со вторым
изначально нейтральный полиэтиленовый стержень и второй изначально нейтральный тряпочный тряпка,
происходит аналогичный процесс. Два втирают
вместе. И мы знаем это, потому что это
это тот же тип процесса переноса заряда, что и раньше, этот второй полиэтиленовый стержень
также будет иметь чистый отрицательный заряд. Затем нам говорят, что эти два
стержни сближены. И вопрос в том, что будет
случаться.

Мы видим, что оба эти
объекты имеют чистый отрицательный электрический заряд. Другими словами, они имеют
одинаковый заряд, в данном случае отрицательный. Мы можем вспомнить, когда это
приходит к взаимодействию электрических зарядов, противоположные заряды притягиваются и
как заряды отталкиваются друг от друга. Мы знаем, что оба наших полиэтилена
стержни имеют суммарный отрицательный электрический заряд. Другими словами, они оба имеют
как обвинения.

Это говорит нам о том, что стержни
испытает силу отталкивания. Они попытаются подтолкнуть друг друга
друг от друга, когда мы пытаемся собрать их вместе. Таков наш ответ на
вопрос о том, что произойдет, если эти стержни сблизить. Мы можем сказать, что два
полиэтиленовые стержни будут отталкиваться друг от друга.

Теперь рассмотрим еще один пример.
статического электричества.

Накопление какого типа
частица придает объекту электрический заряд?

В этом вопросе мы
ответ на вопрос, какая частица придает объекту электрический заряд. Допустим, мы начинаем с
какой-то общий объект. Вот наш объект. В начале скажем, что
этот объект электрически нейтрален. Теперь мы знали, что это не
означает, что в нем нет ни положительных, ни отрицательных зарядов. Это просто означает, что те
заряды уравновешивают друг друга. Там такое же количество
положительные и отрицательные заряды в этом объекте.

Говоря о положительных и
отрицательные заряды, но что именно создает эти заряды? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте
вспомнить строение атома. Атом состоит из
положительно заряженное ядро, состоящее из протонов и нейтронов, вращающихся вокруг отрицательно
заряженные электроны. Так что на самом деле это те трое
частицы протоны, нейтроны и электроны, которые являются нашими кандидатами на роль
частица, придающая объекту электрический заряд. И мы знаем, что это электроны
которые отвечают за отрицательный заряд, протоны за положительный заряд, и что
нейтроны — в соответствии со своим названием — не имеют электрического заряда.

Итак, вот наши варианты
для этого ответьте, какая частица придает объектам электрический заряд. И действительно, мы можем пересечь
нейтрон исключен из списка, потому что мы знаем, что у него нет суммарного заряда. Итак, мы подошли к
электроны и протоны.

Возвращаясь к нашему объекту,
скажем, что это твердый объект. Это не жидкость и не газ, а
скорее в твердом состоянии. Это означает, что если бы мы увеличили масштаб
на небольшом участке этого объекта мы увидели бы очень упорядоченное атомное
структуру до атомов. Они расположены ровным
формирование сетки. Атомные ядра здесь
нарисованы розовым цветом, а затем вращающиеся электроны нарисованы синим цветом.

Благодаря этой решетке
структура, упорядоченное расположение всех атомов, это ядра — розовый
точки — которые полностью зафиксированы на месте. Они не могут двигаться, не вызывая
великий срыв. Так что вряд ли они
к. Электроны, с другой стороны
— эти синие точки — намного подвижнее, чем положительно заряженные ядра.

Теперь предположим, что мы должны были перейти
наше представление, так что теперь мы смотрим на крупный план части нашего
объект на краю объекта. И так же, как прежде, мы видим
это равномерно расположенная атомная структура, атомная решетка. И скажем, что вдобавок
к нашему исходному объекту, теперь у нас есть второй объект, также электрически
нейтральный. Если бы мы привели этих двух
объекты соприкасаются и, возможно, трутся ими друг о друга, то мы увидим
между ними может происходить перенос заряда.

А как ты думаешь какой заряд
будет что будет переходить от одного объекта к другому? Вместо фиксированного на месте
Положительные заряды, связанные с ядром, будут более подвижными электронами.
будет передаваться между объектами. Это обмен теми
частицы — отрицательно заряженные электроны — придающие объектам их электрические свойства.
заряжать. И это тогда наше
отвечать. Хотя и электроны, и
протоны обладают способностью придавать объекту заряд, практически говоря, это
электроны, которые перемещаются между объектами и создают этот электрический заряд.

Увидев это, давайте сейчас
обобщить то, что мы узнали о статическом электричестве. В этом видео мы это увидели
статическое электричество возникает из-за накопления, а затем разряда электрического
заряжать. Это может произойти на небольшом
шкала. Например, это может случиться с нами как
тянемся к металлической дверной ручке в сухой день или в больших масштабах, например засов
молнии, исходящей из грозового облака.

Кроме того, мы узнали, что заряд
накопление и разрядка вызваны притяжением и отталкиванием заряда. То есть, если электрические заряды
наоборот, то они притягиваются друг к другу.