Как квантуется электрический заряд физика 10

4. Сформулируйте принцип квантования заряда.

4. Любой электрический заряд кратен заряду электрона.

Источник:

Решебник по физике за 10 класс (В.А.Касьянов, 2009 год),
задача №4
к главе «13. Силы электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов. §75. Электрический заряд. Квантование заряда. Ответы на вопросы».

Решебник по физике за 10 класс В.А.Касьянов
13. Силы электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов. §75. Электрический заряд. Квантование заряда. Ответы на вопросы

Начните вводить часть условия (например, могут ли , чему равен или найти ):

13. Силы электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов. §75. Электрический заряд. Квантование заряда. Ответы на вопросы

• 1. Почему существование тел стабильных размеров невозможно объяснить только наличием сил гравитационного притяжения?
• 2. Что характеризует электрический заряд?
• 3. Какой минимальный заряд известен в настоящее время?
• 4. Сформулируйте принцип квантования заряда.
• 5. Почему экспериментальное обнаружение кварков не нарушает принцип квантования заряда?

Комментарии

Поиск по сайту

Нашли о и ш бку?

Выделите её мышкой и нажмите CTRL + ENTER

Большое спасибо всем, кто помогает делать сайт лучше! =)

1 Электрический заряд и его свойства. Законы сохранения и квантования заряда. Взаимодействия зарядов. Закон Кулона. Характеристики неточечных зарядов.

Электри́ческий заря́д — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году.

Свойства электрического заряда

• Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными. Положительно заряженными называют тела, которые действуют на другие заряженные тела так же, как стекло, наэлектризованное трением о шелк. Отрицательно заряженными называют тела, которые действуют так же, как эбонит, наэлектризованный трением о шерсть.
• Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому.
• Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.
• Важным свойством электрического заряда является его дискретность. Это означает, что существует некоторый наименьший, универсальный, далее не делимый элементарный заряд, так что заряд q любого тела является кратным этому элементарному заряду:

где N – целое число, е – величина элементарного заряда. Согласно современным представлениям, этот заряд численно равен заряду электрона e = 1,6∙10 -19 Кл.

• Закон сохранения электрического заряда.

Внутри замкнутой системы при любых взаимодействиях алгебраическая сумма электрических зарядов остается постоянной:

Изолированной (или замкнутой) системой мы будем называть систему тел, в которую не вводятся извне и не выводятся из нее электрические заряды.

Квантование электрического заряда. На основании большого числа экспериментов установлено, что электрический заряд квантуется, т. е. заряд любого тела кратен целому числу элементарных зарядов, каждый из которых имеет величину, равную 1,6010  Кл. Этот элементарный заряд принято обозначать буквой e. Частицей с отрицательным элементарным зарядом является электрон (m_e= 9,1110  кг). Примером устойчивой частицы с положительным элементарным зарядом служит протон (m_р = 1,6710 7 кг). Известна также частица с массой, равной массе электрона, и зарядом, равным заряду протона, получившая название позитрон.

Зако́н Куло́на — это закон, описывающий силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами.

Модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними

Важно отметить, что для того, чтобы закон был верен, необходимы:

1. точечность зарядов — то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров — впрочем, можно доказать, что сила взаимодействия двух объёмно распределённых зарядов со сферически симметричными непересекающимися пространственными распределениями равна силе взаимодействия двух эквивалентных точечных зарядов, размещённых в центрах сферической симметрии;
2. их неподвижность. Иначе вступают в силу дополнительные эффекты: магнитное поле движущегося заряда и соответствующая ему дополнительная сила Лоренца, действующая на другой движущийся заряд;
3. взаимодействие в вакууме.

В векторном виде в формулировке Ш. Кулона закон записывается следующим образом:

где — сила, с которой заряд 1 действует на заряд 2; — величина зарядов; — радиус-вектор (вектор, направленный от заряда 1 к заряду 2, и равный, по модулю, расстоянию между зарядами — ); — коэффициент пропорциональности.

I. Электростатика

Как фундаментальное понятие, заряд трудно определить.

Электрический заряд – неотъемлемое свойство ряда элементарных частиц, количественная характеристика способности элементарных частиц вступать в электромагнитные взаимодействия.

Попросту, отрицательный заряд — это то, что возникает на эбонитовой палочке, если натереть ее мехом или почесать пластмассовой ручкой голову.

Положительный заряд возникает на стекле, потертом о шелк.

Если поднести потертые предметы к кусочкам бумаги, то бумажки притянутся в результате электростатического взаимодействия – происходит электрострикция через влияние.

Свойства зарядов:

1. Заряд частицы – релятивистский invar.

q=const, т.е. не зависит от скорости ч-цы и одинаков во всех системах отсчета.

2. Электрический заряд квантован.

В свободном состоянии существуют элементарные частицы с зарядом q=. Т.е. любой объект всегда будет иметь дискретный спектр значений зарядаQ=Ne,

где N– любое целое число.

qпротона =e=1,6 Кл > 0 условно.

В том ,что заряд электрона и протона в точности равны, убеждает существование позитрония — атома с одним электроном и позитроном вместо ядра, который ведет себя как электронейтральная частица.

-e+e= с временем жизни парапозитрония () 1с и ортопозитрония ()с.

Виртуальные частицы кварки, из которых состоят все элементарные частицы адроны, не существуют в свободном состоянии и имеют заряды ()e.

1 Кл =СГСЭ ед. заряда =.

Закон сохранения заряда:

Заряд электрически изолированной системы сохраняется.

Система называется электрически изолированной, если через ее поверхность не могут проникать заряженные частицы.

Не нарушается и в атомной физике.

2. Закон Кулона

Открыт Кулоном в 1785г., за 11 лет до Кулона в 1774г. открыт Кавендишем. Открытие Кавендиша было опубликовано в 1879г Максвеллом, который нашел в архивах рукопись Кавендиша.

Точечный заряд — заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстояниеммежду зарядами.

Верен закон Кулона на расстояниях от классического радиуса электрона =м до нескольких км с точностью 10 -6 , т.к. скорость света в вакууме не зависит от длины волны.

Анализ кулоновской силы:

1) а) одноименные заряды отталкиваются

б) разноименные заряды притягиваются

2) Сила действует по прямой, соединяющей заряды, в силу изотропии пространства.

3) убывает, как и гравитационная сила, но по величине кулоновская сила взаимодействия единичных обьектов гораздо больше гравитационной

k== 9

Силы: трения, упругости, натяжения, давления, химические – все имеют электромагнитную природу.

1) Как быть с атомами – почему электроны не слипаются с ядрами?

Отв. Виноват принцип неопределенности , т.е. чем меньше ограничивающий движение электрона объем, тем быстрее он движется , и это движение мешает ему еще больше сблизиться с ядром.

2) А почему же сами ядра существуют, а не разлетаются?

Отв. Т.к. существуют ядерные силы, они больше электрических, но убывают резче, поэтому действуют в основном между соседями(протонами р и нейтронами n)неустойчивость больших ядер: достаточно стукнуть медленнымn по ядру U, чтобы оно развалилось, а выделяемая при этом энергия, называемая ядерной, по своей природе является электрической.

3) А как же с электронами? Если бы они представляли собой однородно заряженные шарики, то должны были бы существовать силы, которые удерживают все его части вместе. Может быть, электрон — просто точка и сам на себя не действует?

Отв. Ни классическая теория, ни квантовая не могут объяснить стабильность элементарных частиц.

В. Брюсов: «Кто знает, может электроны –

Миры, где пять материков».

Современный взгляд – теория кварков (их всего 6 штук).