Думаю, не мне одной хотелось и хочется объединить формулу, описывающую гравитационное взаимодействие тел (Закон всемирного тяготения ) , с формулой, посвященной взаимодействию электрических зарядов (Закон Кулона ). Так давайте сделаем это!
Необходимо поставить знак равенства между понятиями масса и положительный заряд , а также между понятиями антимасса и отрицательный заряд .
Положительный заряд (или масса) характеризует частицы Инь (с Полями Притяжения) – т.е. поглощающие эфир из окружающего эфирного поля.
А отрицательный заряд (или антимасса) характеризует частицы Ян (с Полями Отталкивания) – т.е. испускающие эфир в окружающее эфирное поле.
Собственно говоря, масса (или положительный заряд), а также антимасса (или отрицательный заряд) указывает нам на то, что данная частица поглощает (или испускает) Эфир.
Что касается положения электродинамики о том, что происходит отталкивание одинаковых по знаку зарядов (как отрицательных, так и положительных) и притяжение друг к другу разных по знаку зарядов, то оно не совсем точно. И причина этого – не совсем верное толкование опытов по электромагнетизму.
Частицы с Полями Притяжения (положительно заряженные) никогда не будут отталкиваться друг от друга. Они только притягиваются. А вот частицы с Полями Отталкивания (отрицательно заряженные), действительно, всегда будут отталкиваться друг от друга (в том числе и от отрицательного полюса магнита).
Частицы с Полями Притяжения (положительно заряженные) притягивают к себе любые частицы: как отрицательно заряженные (с Полями Отталкивания), так и положительно заряженные (с Полями Притяжения). Однако если обе частицы обладают Полем Притяжения, то та из них, чье Поле Притяжения больше, будет в большей мере смещать к себе другую частицу, нежели это будет делать частица с меньшим Полем Притяжения.
Вещество – антивещество.
В физике материей называют тела, а также химические элементы, из которых эти тела построены, и еще элементарные частицы. В целом можно считать приблизительно верным использование этого термина подобным образом. Ведь Материя , с эзотерической точки зрения, это силовые центры, сферы элементарных частиц. Химические элементы построены из элементарных частиц, а тела – из химических элементов. Но в конечном итоге выходит так, что все состоит из элементарных частиц. Но если быть точной, то вокруг себя мы видим не Материю, а Души – т.е. элементарные частицы. Элементарная частица в отличие от силового центра (т.е. Душа в отличие от Материи) наделена качеством – в ней творится и исчезает Эфир.
Понятие вещество можно считать синонимом используемого физикой понятия материя. Вещество – это, в буквальном смысле, то, из чего состоят вещи, окружающие человека, – т.е. химические элементы и их соединения. А химические элементы, как уже указывалось, состоят из элементарных частиц.
Для вещества и материи в науке существуют понятия-антонимы – антивещество и антиматерия , которые являются друг по отношению к другу синонимами.
Ученые признают существование антивещества. Однако то, что они принимают за антивещество, в реальности таковым не является. В действительности антивещество всегда было под рукой у науки и было косвенно открыто уже давным-давно, с тех пор как начали проводить опыты по электромагнетизму. А проявления его существования мы постоянно можем ощущать в окружающем нас мире. Антивещество возникло во Вселенной вместе с веществом в тот самый момент, когда проявились элементарные частицы (Души). Вещество – это частицы Инь (т.е. частицы с Полями Притяжения). Антивещество (антиматерия) – это частицы Ян (частицы с Полями Отталкивания).
Свойства частиц Инь и Ян прямо противоположны, в связи с чем они прекрасно подходят на роль искомых вещества и антивещества.
Эфир, заполняющий элементарные частицы – их движущий фактор
«Силовой центр элементарной частицы всегда стремится двигаться вместе с Эфиром, который в данный момент заполняет эту частицу (и ее формирует), в том же направлении и с той же скоростью ».
Эфир – движущий фактор элементарных частиц. Если Эфир, который заполняет частицу, покоится, то покоиться будет и сама частица. А если Эфир частицы движется, двигаться будет и частица.
Таким образом, из-за того, что не существует разницы между Эфиром эфирного поля Вселенной и Эфиром частиц, все Принципы поведения Эфира применимы и к элементарным частицам. Если Эфир, который принадлежит частице, в данный момент движется в сторону возникновения недостатка Эфира (в соответствии с первым принципом поведения Эфира – «В эфирном поле не возникает эфирных пустот») либо отдаляется от избытка (в соответствии со вторым принципом поведения Эфира – «В эфирном поле не возникает областей с избыточной плотностью эфира»), частица будет двигаться вместе с ним в том же направлении и с той же скоростью.
Что такое Сила? Классификация Сил
Одной из основополагающих величин в физике в целом, и особенно в одном из ее подразделов – в механике, является Сила . Но что это такое, как ее охарактеризовать и подкрепить чем-то существующим в реальности?
Для начала откроем любой Физический Энциклопедический Словарь и прочтем определение.
«Сила в механике – мера механического действия на данное материальное тело других тел» (ФЭС, «Сила», под ред. А. М. Прохорова).
Как вы видите, Сила в современной физике не несет информации о чем-то конкретном, вещественном. Но при этом проявления Силы более чем конкретны. Для того чтобы исправить ситуацию, нам необходимо взглянуть на Силу с позиции оккультизма.
С эзотерической точки зрения Сила – это не что иное, как Дух, Эфир, Энергия. А Душа, как вы помните, это тоже Дух, только «свитый кольцом». Таким образом, и свободный Дух – это Сила, и Душа (запертый Дух) – это Сила. Эта информация очень поможет нам в дальнейшем.
Несмотря на некоторую размытость определения Силы, она имеет под собой вполне вещественную основу. Это вовсе не абстрактное понятие, каким оно предстает в физике в настоящее время.
Сила – это причина, заставляющая Эфир приближаться к его недостатку или отдаляться от его избытка. Нас интересует Эфир, заключенный в Элементарных частицах (Душах), поэтому для нас Сила – это, прежде всего, причина, побуждающая частицы к движению. Любая элементарная частица – это Сила, поскольку она прямо или косвенно воздействует на другие частицы.
Измерить Силу можно при помощи скорости , с которой Эфир частицы двигался бы под влиянием этой Силы, не действуй на частицу никакие другие Силы. Т.е. скорость эфирного потока, заставляющего частицу двигаться, это и есть величина этой Силы.
Давайте классифицируем все типы Сил, возникающих в частицах, в зависимости от причины, которая их вызывает.
Сила Притяжения (Стремление Притяжения).
Причиной возникновения этой Силы служит любой недостаток Эфира, возникающий где-либо в эфирном поле Вселенной.
Т.е. причиной возникновения в частице Силы Притяжения служит любая другая частица, поглощающая Эфир, – т.е. формирующая Поле Притяжения.
Сила Отталкивания (Стремление Отталкивания).
Причиной возникновения этой Силы является любой избыток Эфира, возникающий где-либо в эфирном поле Вселенной.
Все тела окружающего нас мира состоят из двух видов стабильных частиц - протонов, заряженных положительно, и электронов, имеющих такой же заряд е отрицательного знака. Число электронов равно числу протонов. Поэтому Вселенная электрически нейтральна.
Так как электрон и протон никогда (во всяком случае, за последние 14 миллиардов лет ) не распадаются, то Вселенная не может нарушить своей нейтральности какими-либо воздействиями со стороны человека. Все тела обычно также электрически нейтральны, т. е. содержат одинаковое число электронов и протонов.
Для того чтобы тело сделать заряженным, из него нужно уда-лить, перенеся на другое тело, или добавить к нему, взяв из другого тела, некоторое число N электронов или протонов. Заряд тела станет равным Ne. При этом необходимо помнить (о чем обычно забывают ), что такой же заряд обратного знака (Ne) неизбежно образуется на другом теле (или телах). Натирая шерстью эбонитовую палочку, мы заряжаем не только эбонит, но и шерсть, перенося с одного на другое часть электронов.
Утверждение о притяжении двух тел с одинаковыми разноименными зарядами по принципам верификации и фальсификации научно, так как может быть в принципе подтверждено или опровергнуто эксперимен-тально. Здесь опыт может быть поставлен чисто, без вовлечения третьих тел, простым перенесением части электронов или протонов с одного опытного тела на другое.
Совсем иная картина с утверждением об отталкивании одноименных зарядов. Дело в том, что только два , например положительных, заряда q1, q2 для проведения эксперимента не могут быть созданы , так как при попытке их создания всегда неизбежно появляется третий , отрицательный заряд q3 = -(qi + q2). Поэтому в опыте будут обязательно участвовать не два, а три заряда . Провести эксперимент с двумя одноименными зарядами в принципе невозможно.
Поэтому утверждение Кулона об отталкивании одноименных зарядов по упомянутым принципам ненаучно.
По той же причине невозможен и опыт с двумя зарядами разных знаков q1, - q2, если эти заряды не равны друг другу. Здесь также неизбежно появляется третий заряд q3 = q1 - q2, который участвует во взаимодействии и оказывает влияние на результирующую силу .
Наличие третьего заряда забывается и не учитывается слепыми сторонниками Кулона. Два тела с одинаковыми зарядами разных знаков могут быть созданы разрывом атомов на две заряженные части и переносом этих частей с одного тела на другое. При таком разрыве необходимо совершить работу и затратить энергию. Естественно, что заряженные части будут стремиться вернуться в исходное состояние с меньшей энергией и соединиться, т. е. должны притягиваться друг к другу.
С точки зрения близкодействия любое взаимодействие предполагает наличие обмена между взаимодействующими телами чем-то материальным, а мгновенное действие на расстоянии и телекинез невозможны. Электростатические взаимодействия между зарядами осуществляются постоянным электрическим полем. Мы не знаем что это такое, но можем с уверенностью утверждать, что поле материально, так как оно обладает энергией, массой, импульсом и конечной скоростью распространения.
Принятые для изображения электрического поля силовые линии выходят из одного заряда (положительного) и не могут обрываться в пустоте, а всегда входят в другой (отрицательный) заряд. Они как щупальцы тянутся от одного заряда к другому, соединяя их. Для уменьшения энергии системы зарядов объем, занимаемый полем, стремится к минимуму. Поэтому протянутые «щупальцы» электрического поля всегда стремятся к сокращению подобно упругим, натянутым при зарядке резинкам. Вот за счет этого сокращения и осуществляется притяжение разноименных зарядов. Силу притяжения можно измерить экспериментально. Она и дает закон Кулона.
Совсем другое дело в случае одноименных зарядов. Суммарное электрическое поле двух зарядов выходит из каждого из них и уходит в бесконечность, а контакта полей одного и другого зарядов не достигается. Упругие «щупальцы” одного заряда не достигают другого. Поэтому нет и прямого материального воздействия одного заряда на другой, им нечем взаимодействовать. Поскольку телекинез мы не признаем, то, следовательно, не может быть никакого отталкивания.
А как же тогда объяснить расхождение лепестков элероскопа и наблюдаемое в опытах Кулона отталкивание зарядов? Вспомним, что когда мы создаем для нашего опыта два положительных заряда, то в окружающем пространстве неизбежно образуем и отрицательный заряд.
Вот притяжение к нему ошибочно и принимается за отталкивание .
Зарядим при помощи стеклянной палочки, потертой о шелк, легкую гильзу, подвешенную на шелковой нити, и поднесем к ней кусок сургуча, заряженного трением о шерсть. Гильза будет притягиваться к сургучу (рис. 7). Однако мы видели (§1), что эта же подвешенная гильза отталкивается от зарядившего ее стекла. Это показывает, что заряды, возникающие на стекле и сургуче, различаются по качеству.
Рис. 7. Бумажная гильза, заряженная от стекла, притягивается к наэлектризованному сургучу
Следующий опыт показывает это еще нагляднее. Зарядим два одинаковых электроскопа при помощи стеклянной палочки и соединим их стержни металлической проволокой, держа последнюю за изолирующую ручку. Если электроскопы вполне одинаковы, то после соединения отклонения их листков делаются равными, указывая этим на то, что полный заряд распределяется поровну между обоими электроскопами. Зарядим теперь один из электроскопов при помощи стекла, а другой – при помощи сургуча, и притом так, чтобы отклонения их листков стали одинаковы, и опять соединим их (рис. 8). Оба электроскопа окажутся незаряженными, а значит, заряды стекла и заряды сургуча, взятые в равных количествах, нейтрализуют, или компенсируют, друг друга.
Рис. 8. Два одинаковых электроскопа, заряженные разноименными зарядами и соединенные проводником, разряжаются; равные разноименные заряды при соединении не дают никакого заряда
Если бы в этих опытах мы использовали другие заряженные тела, то нашли бы, что часть из них действует как заряженное стекло, т. е. они отталкиваются от зарядов стекла и притягиваются к зарядам сургуча, а часть – как заряженный сургуч, т. е. они притягиваются к зарядам стекла и отталкиваются от зарядов сургуча. Несмотря на обилие различных веществ в природе, существует только два разных рода электрических зарядов.
Мы видим, что заряды стекла и сургуча могут компенсировать друг друга. Но величинам, которые при сложении уменьшают друг друга, принято приписывать разные знаки.
Поэтому условились приписывать и электрическим зарядам знаки, разделяя заряды на положительные и отрицательные (рис. 8).
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 сургуч, наэлектризованный трением о шерсть. Из опытов, описанных выше, следует, что одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются).
4.1. К электроскопу, заряженному при помощи сургучной палочки, прикасаются заряженным стеклом. Как изменится отклонение листков?
4.2. При натирании о шелк латунного стержня, зажатого в руке, последний не электризуется. Если, однако, произвести этот опыт, изолировав стержень от руки, например обернув его в резину, на нем возникнут заряды. Объясните различие результатов в этих двух опытах.
4.3. Каким образом, имея под руками горелку, можно удалить электрические заряды с диэлектрика, например с наэлектризованной стеклянной палочки?
4.4. Станьте на деревянную доску, положенную на четыре изолирующие подставки, например на крепкие стеклянные стаканы, возьмите в руку кусок меха и начните бить мехом по деревянному столу. Ваш товарищ может извлечь из вашего тела искру, поднеся к нему руку. Объясните, что при этом происходит.
4.5. Как доказать на опыте, что шелк при трении о стекло электризуется и притом отрицательно?
Электрический заряд – физическая величина, характеризующая способность тел вступать в электромагнитные взаимодействия. Измеряется в Кулонах.
Элементарный электрический заряд – минимальный заряд, который имеют элементарные частицы (заряд протона и электрона).
Тело имеет заряд , значит имеет лишние или недостающий электроны. Такой заряд обозначаетсяq =ne . (он равен числу элементарных зарядов).
Наэлектризовать тело – создать избыток и недостаток электронов. Способы:электризация трением иэлектризация соприкосновением .
Точечный заря д – заряд тела, которое можно принять за материальную точку.
Пробный заряд
(
)
– точечный, малый по величине заряд,
обязательно положительный – используется
для исследования электрического поля.
Закон сохранения заряда :в изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел сохраняется постоянной при любых взаимодействиях этих тел между собой .
Закон Кулона :силы взаимодействия двух точечных зарядов пропорциональны произведению этих зарядов, обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними, зависят от свойств среды и направлены вдоль прямой, соединяющей их центры .
,
где
Ф/м,
Кл 2 /нм 2 – диэлектр. пост.
вакуума
- относит. диэлектрическая проницаемость
(>1)
- абсолютная диэлектрическая прониц.
среды
Электрическое поле – материальная среда, через которую происходит взаимодействие электрических зарядов.
Свойства электрического поля:
Характеристики электрического поля:
Напряжённость (E ) – векторная величина, равная силе, действующей на единичный пробный заряд, помещённый в данную точку.
Измеряется в Н/Кл.
Направление – такое же, как и у действующей силы.
Напряжённость не зависит ни от силы, ни от величины пробного заряда.
Суперпозиция электрических полей : напряжённость поля, созданного несколькими зарядами, равна векторной сумме напряжённостей полей каждого заряда:
Графически электронное поле изображают с помощью линий напряжённости.
Линия напряжённости – линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора напряжённости.
Свойства линий напряжённости : они не пересекаются, через каждую точку можно провести лишь одну линию; они не замкнуты, выходят из положительного заряда и входят в отрицательный, либо рассеиваются в бесконечность.
Виды полей:
Однородное электрическое поле – поле, вектор напряжённости которого в каждой точке одинаков по модулю и направлению.
Неоднородное электрическое поле – поле, вектор напряжённости которого в каждой точке неодинаков по модулю и направлению.
Постоянное электрическое поле – вектор напряжённости не изменяется.
Непостоянное электрическое поле – вектор напряжённости изменяется.
Работа электрического поля по перемещению заряда .
,
гдеF– сила,S– перемещение,
- угол междуFиS.
Для однородного поля: сила постоянна.
Работа не зависит от формы траектории; работа по перемещению по замкнутой траектории равна нулю.
Для неоднородного поля:
Потенциал электрического поля – отношение работы, которое совершает поле, перемещая пробный электрический заряд в бесконечность, к величине этого заряда.
-потенциал
– энергетическая
характеристика поля. Измеряется в
Вольтах
Разность потенциалов
:
Если
,
то
,
значит
-градиент потенциала.
Для однородного поля: разность потенциалов
– напряжение
:
.
Измеряется в Вольтах, приборы –
вольтметры.
Электроёмкость – способность тел накапливать электрический заряд; отношение заряда к потенциалу, которое для данного проводника всегда постоянно.
.
Не зависит от заряда и не зависит от потенциала. Но зависит от размеров и формы проводника; от диэлектрических свойств среды.
, гдеr– размер,
- проницаемость среды вокруг тела.
Электроёмкость увеличивается, если рядом находятся любые тела – проводники или диэлектрики.
Конденсатор
– устройство для
накопления заряда. Электроёмкость:
Плоский конденсатор – две металлические пластины, между которыми находится диэлектрик. Электроёмкость плоского конденсатора:
,
гдеS– площадь пластин,d– расстояние между
пластинами.
Энергия заряженного конденсатора равна работе, которую совершает электрическое поле при переносе заряда с одной пластины на другую.
Перенос малого заряда
,
напряжение измениться на
,
совершится работа
.
Так как
,
а С =const,
.
Тогда
.
Интегрируем:
Энергия электрического поля
:
,
гдеV=Sl–
объём, занимаемый электрическим полем
Для неоднородного поля
:
.
Объёмная плотность электрического
поля
:
.
Измеряется в Дж/м 3 .
Электрический диполь – система, состоящая из двух равных, но противоположных по знаку точечных электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (плечо диполя -l).
Основная характеристика диполя –
дипольный момент
– вектор, равный
произведению заряда на плечо диполя,
направленный от отрицательного заряда
к положительному. Обозначается
.
Измеряется в Кулон-метрах.
Диполь в однородном электрическом поле.
На каждый из зарядов диполя действуют
силы:
и
.
Эти силы противоположно направлены и
создают момент пары сил – вращающий
момент:,
где
М – вращающий момент F– силы, действующие на диполь
d– плечо силl– плечо диполя
p– дипольный моментE– напряжённость
- угол междуpи Еq– заряд
Под действием вращающего момента, диполь повернётся и установится по направлению линий напряжённости. Векторы pи Е будут параллельны и однонаправлены.
Диполь в неоднородном электрическом поле.
Вращающий момент есть, значит диполь повернётся. Но силы будут неравны, и диполь будет двигаться туда, где сила больше.
-градиент напряжённости
. Чем выше
градиент напряжённости, тем выше боковая
сила, которая стаскивает диполь. Диполь
ориентируется вдоль силовых линий.
Собственное поле диполя .
Но . Тогда:
.
Пусть диполь находится в точке О, а его плечо мало. Тогда:
.
Формула получена с учётом:
Таким образом разность потенциалов зависит от синуса половинного угла, под которым видны точки диполя, и проекции дипольного момента на прямую, соединяющие эти точки.
Диэлектрики в электрическом поле.
Диэлектрик – вещество, не имеющее свободных зарядов, а значит и не проводящее электрический ток. Однако на самом же деле проводимость существует, но она ничтожно мала.
Классы диэлектриков:
с полярными молекулами (вода, нитробензол): молекулы не симметричны, центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают, а значит, они обладают дипольным моментом даже в случае, когда электрического поля нет.
с неполярными молекулами (водород, кислород): молекулы симметричны, центры масс положительных и отрицательных зарядов совпадают, а значит, они не имеют дипольного момента при отсутствии электрического поля.
кристаллические (хлорид натрия): совокупность двух подрешёток, одна из которых заряжен положительно, а другая – отрицательно; в отсутствии электрического поля суммарный дипольный момент равен нулю.
Поляризация – процесс пространственного разделения зарядов, появления связанных зарядов на поверхности диэлектрика, что приводит к ослаблению поля внутри диэлектрика.
Способы поляризации:
1 способ – электрохимическая поляризация :
На электродах – движение к ним катионов
и анионов, нейтрализация веществ;
образуются области положительных и
отрицательных зарядов. Ток постепенно
уменьшается. Скорость установления
механизма нейтрализации характеризуется
временем релаксации – это время, в
течение которого ЭДС поляризации
увеличится от 0 до максимума от момента
наложения поля.
= 10 -3 -10 -2 с.
2 способ – ориентационная поляризация:
На поверхности диэлектрика образуются
некомпенсированные полярные, т.е.
происходит явление поляризации.
Напряжённость внутри диэлектрика меньше
внешней напряжённости. Время релаксации:
= 10 -13 -10 -7 с. Частота 10 МГц.
3 способ – электронная поляризация:
Характерна для неполярных молекул,
которые становятся диполями. Время
релаксации:
=
10 -16 -10 -14 с. Частота 10 8 МГц.
4 способ – ионная поляризация:
Две решётки (NaиCl) смещаются относительно друг друга.
Время релаксации:
5 способ – микроструктурная поляризация:
Характерен для биологических структур, когда чередуются заряженные и незаряженные слои. Происходит перераспределение ионов на полупроницаемых или непроницаемых для ионов перегородках.
Время релаксации:
=10 -8 -10 -3 с.
Частота 1 КГц
Числовые характеристики степени поляризации:
Электрический ток – это упорядоченное движение свободных зарядов в веществе или в вакууме.
Условия существования электрического тока :
наличие свободных зарядов
наличие электрического поля, т.е. сил, действующих на эти заряды
Сила тока – величина, равная заряду, который проходит через любое поперечное сечение проводника за единицу времени (1 секунду)
Измеряется в Амперах.
n– концентрация зарядов
q– величина заряда
S– площадь поперечного сечения проводника
- скорость направленного движения
частиц.
Скорость движения заряженных частиц в электрическом поле небольшая – 7*10 -5 м/с, скорость распространения электрического поля 3*10 8 м/с.
Плотность тока – величина заряда, проходящего за 1 секунду через сечение в 1 м 2 .
.
Измеряется в А/м 2 .
- сила, действующая на ион со стороны эл
поля равна силе трения
- подвижность ионов
- скорость направленного движения ионов
=подвижность, напряжённость поля
Удельная проводимость электролита тем больше, чем больше концентрация ионов, их заряд и подвижность. При повышении температуры возрастает подвижность ионов и увеличивается электропроводность.
Происходящие в природе физические процессы не всегда объясняются действием законов молекулярно-кинетической теории, механики либо термодинамики. Существуют еще электромагнитные силы, которые действуют на расстоянии и не зависят от массы тела.
Их проявления впервые описаны в трудах древних ученых Греции, когда они янтарем, потертым о шерсть, притягивали легкие, маленькие частицы отдельных веществ.
Исторический вклад ученых в развитие электродинамики
Опыты с янтарем подробно изучались английским исследователем Уильямом Гильбертом . В последних годах XVI века он сделал отчет о своей работе, а предметы, способные притягивать другие тела на расстоянии, обозначил термином «наэлектризованные».
Французским физиком Шарлем Дюфе было определено существование зарядов с противоположными знаками: одни образовывались при трении стеклянных предметов о шелковую ткань, а другие - смол по шерсти. Он так и назвал их: стеклянные и смоляные. После завершения исследований Бенджамина Франклина было введено понятие отрицательных и положительных зарядов.
Шарль Кулон реализовал возможность измерения силы зарядов конструкцией крутильных весов собственного изобретения.
Роберт Милликен на основе серии проведенных опытов установил дискретный характер электрических зарядов любого вещества, доказав, что они состоят из определенного количества элементарных частиц. (Не путать с другим понятием этого термина - дробности, прерывистости.)
Труды перечисленных ученых послужили фундаментом современных знаний о процессах и явлениях, происходящих в электрических и магнитных полях, создаваемых электрическими зарядами и их движением, изучаемых электродинамикой.
Определение зарядов и принципы их взаимодействия
Электрическим зарядом характеризуют свойства веществ, обеспечивающих им возможность создавать электрические поля и взаимодействовать в электромагнитных процессах. Еще его называют количеством электричества и определяют как физическую скалярную величину. Для обозначения заряда приняты символы «q» или «Q», а при измерениях используют единицу «Кулон», названную в честь французского ученого, разработавшего уникальную методику.
Им был создан прибор, в корпусе которого использовались подвешенные на тонкой нити из кварца шарики. Они ориентировались в пространстве определенным образом, а их положение регистрировалось относительно проградуированной шкалы с равными делениями.
Через специальное отверстие в крышке к этим шарикам подводился другой шар, обладающий дополнительным зарядом. Возникающие силы взаимодействия заставляли отклоняться шарики, поворачивали их коромысло. Величина разницы отсчетов на шкале до ввода заряда и после него позволяла оценивать количество электричества в испытуемых образцах.
Заряд в 1 кулон характеризуется в системе СИ силой тока в 1 ампер, проходящей через поперечное сечение проводника за время, равное 1 секунде.
Все электрические заряды современная электродинамика разделяет на:
положительные;
отрицательные.
При взаимодействии их между собой у них возникают силы, направление которых зависит от существующей полярности.
Одинакового типа заряды, положительные либо отрицательные, всегда отталкиваются в противоположные стороны, стремясь, как можно дальше удалиться друг от друга. А у зарядов противоположных знаков действуют силы, стремящиеся сблизить их и соединить в одно целое.
Принцип суперпозиции
Когда в определенном объеме находится несколько зарядов, то для них действует принцип суперпозиции.
Его смысл в том, что каждый заряд определенным образом по рассмотренному выше способу взаимодействует со всеми остальными, притягиваясь к разноименным и отталкиваясь от однотипных. К примеру, на положительный заряд q1 действует сила притяжения F31 к отрицательному заряду q3 и отталкивания F21 - от q2.
Результирующая сила F1, действующая на q1, определяется геометрическим сложением векторов F31 и F21. (F1= F31+ F21).
Таким же методом определяются действующие результирующие силы F2 и F3 на заряды q2 и q3 соответственно.
Посредством принципа суперпозиции сделан вывод о том, что при определенном количестве зарядов в замкнутой системе между всеми ее телами действуют установившиеся электростатические силы, а потенциал в любой определенной точке этого пространства равен сумме потенциалов от всех отдельно приложенных зарядов.
Действие этих законов подтверждают созданные приборы электроскоп
и электрометр
, имеющие общий принцип работы.
Электроскоп состоит из двух одинаковых лепестков тонкой фольги, подвешенных в изолированном пространстве на токопроводящей нити, присоединенной к металлическому шарику. В обычном состоянии на этот шарик заряды не действуют, поэтому лепестки свободно висят в пространстве внутри колбы прибора.
Как можно передавать заряд между телами
Если к шарику электроскопа поднести заряженное тело, например, палочку, то заряд пройдет через шарик по токопроводящей нити к лепесткам. Они получат одноименный заряд и станут отодвигаться друг от друга на угол, пропорциональный приложенному количеству электричества.
У электрометра такое же принципиальное устройство, но он имеет небольшие отличия: один лепесток закреплен стационарно, а второй отходит от него и снабжен стрелкой, которая позволяет снимать отсчет с проградуированной шкалы.
Для переноса заряда от удаленного стационарно закрепленного и заряженного тела на электрометр можно воспользоваться промежуточными носителями.
Измерения, сделанные электрометром, не обладают высоким классом точности и на их основе сложно анализировать силы, действующие между зарядами. Для их исследования больше приспособлены крутильные весы Кулона. У них использованы шарики с диаметрами, значительно меньшими, чем их удаление друг от друга. Они обладают свойствами точечных зарядов - заряженных тел, размеры которых не влияют на точность прибора.
Измерения, выполненные Кулоном, подтвердили его догадку о том, что точечный заряд передается от заряженного тела к такому же по свойствам и массе, но незаряженному таким образом, чтобы равномерно распределиться между ними, уменьшаясь на источнике в 2 раза. Таким способом удалось уменьшать величину заряда в два, три и иное количество раз.
Силы, существующие между неподвижными электрическими зарядами, называют кулоновским либо статическим взаимодействием. Их изучает электростатика, являющаяся одним из разделов электродинамики.
Виды носителей электрических зарядов
Современная наука считает самой маленькой отрицательно заряженной частицей электрон , а положительной - позитрон . Они имеют одинаковую массу 9,1·10-31 кг. Элементарная частица протон обладает всего одним положительным зарядом и массой 1,7·10-27 кг. В природе количество положительных и отрицательных зарядов уравновешено.
В металлах движение электронов создает , а в полупроводниках носителями его зарядов являются электроны и дырки.
В газах ток образуется передвижением ионов - заряженных неэлементарных частиц (атомов или молекул) с положительными зарядами, называемыми катионами либо отрицательными - анионами.
Ионы образуются из нейтральных частиц.
Положительный заряд создается у частицы, потерявшей электрон под действием мощного электрического разряда, светового или радиоактивного облучения, потока ветра, движения масс воды или ряда других причин.
Отрицательные ионы образуются из нейтральных частиц, дополнительно получивших электрон.
Использование ионизации в медицинских целях и быту
Исследователи давно заметили способность отрицательных ионов воздействовать на организм человека, улучшать потребление кислорода воздуха, быстрее доставлять его к тканям и клеткам, ускорять процесс окисления серотонина. Это все в комплексе значительно повышает иммунитет, улучшает настроение, снимает боли.
Первый ионизатор, используемый для лечения людей, получил название люстры Чижевского , в честь советского ученого, который создал прибор, благотворно влияющий на здоровье человека.
В современных электроприборах для работы в бытовых условиях можно встретить встроенные ионизаторы в пылесосы, увлажнители воздуха, фены, сушилки…
Специальные ионизаторы воздуха очищают его состав, уменьшают количество пыли и вредных примесей.
Ионизаторы воды способны снижать количество химических реагентов в ее составе. Их используют для очистки бассейнов и водоемов, насыщая воду ионами меди или серебра, которые уменьшают рост водорослей, уничтожают вирусы и бактерии.