Электрический заряд. Закон Кулона
Подобно понятию гравитационной массы тела в механике Ньютона, понятие заряда в электродинамике является первичным, основным понятием.
Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.
Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q.
Совокупность всех известных экспериментальных фактов позволяет сделать следующие выводы:
• Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.
• Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.
• Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.
В этом также проявляется принципиальное отличие электромагнитных сил от гравитационных. Гравитационные силы всегда являются силами притяжения.
Одним из фундаментальных законов природы является экспериментально установленный закон сохранения электрического заряда.
В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной:
q1 + q2 + q3 + … +qn = const. |
Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака.
С современной точки зрения, носителями зарядов являются элементарные частицы. Все обычные тела состоят из атомов, в состав которых входят положительно заряженные протоны, отрицательно заряженные электроны и нейтральные частицы – нейтроны.
Протоны и нейтроны входят в состав атомных ядер, электроны образуют электронную оболочку атомов. Электрические заряды протона и электрона по модулю в точности одинаковы и равны элементарному заряду e.
В нейтральном атоме число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке. Это число называется атомным номером. Атом данного вещества может потерять один или несколько электронов или приобрести лишний электрон. В этих случаях нейтральный атом превращается в положительно или отрицательно заряженный ион.
Заряд может передаваться от одного тела к другому только порциями, содержащими целое число элементарных зарядов. Таким образом, электрический заряд тела – дискретная величина:
Физические величины, которые могут принимать только дискретный ряд значений, называются квантованными. Элементарный заряд e является квантом (наименьшей порцией) электрического заряда.
Следует отметить, что в современной физике элементарных частиц предполагается существование так называемых кварков – частиц с дробным зарядом и Однако, в свободном состоянии кварки до сих пор наблюдать не удалось.
В обычных лабораторных опытах для обнаружения и измерения электрических зарядов используется электрометр (или электроскоп) – прибор, состоящий из металлического стержня и стрелки, которая может вращаться вокруг горизонтальной оси (рис. 1.1.1). Стержень со стрелкой изолирован от металлического корпуса. При соприкосновении заряженного тела со стержнем электрометра, электрические заряды одного знака распределяются по стержню и стрелке. Силы электрического отталкивания вызывают поворот стрелки на некоторый угол, по которому можно судить о заряде, переданном стержню электрометра.
Рисунок 1.1.1. Перенос заряда с заряженного тела на электрометр |
Электрометр является достаточно грубым прибором; он не позволяет исследовать силы взаимодействия зарядов.
Впервые закон взаимодействия неподвижных зарядов был открыт французским физиком Шарлем Кулоном в 1785 г. В своих опытах Кулон измерял силы притяжения и отталкивания заряженных шариков с помощью сконструированного им прибора – крутильных весов (рис. 1.1.2), отличавшихся чрезвычайно высокой чувствительностью. Так, например, коромысло весов поворачивалось на 1° под действием силы порядка 10–9 Н.
Идея измерений основывалась на блестящей догадке Кулона о том, что если заряженный шарик привести в контакт с точно таким же незаряженным, то заряд первого разделится между ними поровну. Таким образом, был указан способ изменять заряд шарика в два, три и т. д. раз. В опытах Кулона измерялось взаимодействие между шариками, размеры которых много меньше расстояния между ними. Такие заряженные тела принято называть точечными зарядами.
Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.
Рисунок 1.1.2. Прибор Кулона |
Рисунок 1.1.3. Силы взаимодействия одноименных и разноименных зарядов |
На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:
Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:
Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона:
Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках (рис. 1.1.3). Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием.
Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.
Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел. Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними.
Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).
Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (Ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.
Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде:
Где – электрическая постоянная.
В системе СИ элементарный заряд e равен:
Опыт показывает, что силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции:
Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.
Рис. 1.1.4 поясняет принцип суперпозиции на примере электростатического взаимодействия трех заряженных тел.
Рисунок 1.1.4. Принцип суперпозиции электростатических сил
|
Модель. Взаимодействие точечных зарядов |
Принцип суперпозиции является фундаментальным законом природы. Однако, его применение требует определенной осторожности, в том случае, когда речь идет о взаимодействии заряженных тел конечных размеров (например, двух проводящих заряженных шаров 1 и 2). Если к системе из двух заряженных шаров поднсти третий заряженный шар, то взаимодействие между 1 и 2 изменится из-за перераспределения зарядов.
Принцип суперпозиции утверждает, что при заданном (фиксированном) распределении зарядов на всех телах силы электростатического взаимодействия между любыми двумя телами не зависят от наличия других заряженных тел.
§ 2. Закон Кулона. Поле точечного заряда. Силовые линии электрического поля — ЗФТШ, МФТИ
Опытным путём установлен закон Кулона:
Здесь `F` — модуль силы, `k` — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц, `q_1` и `q_2` — величины зарядов, `r` — расстояние между зарядами.
Обратите внимание, что нарушение в конкретных условиях опыта точечности зарядов, их неподвижности или нахождение зарядов не в вакууме может привести к невыполнению соотношения (2.1).
Основной единицей в любой системе единиц называется единица, для которой существует установленная по договорённости принципиальная возможность создания эталона этой единицы. Напомним, что основными единицами системы СИ являются единицы длины метр (м), массы килограмм (кг), времени секунда (с), силы электрического тока ампер (А), термодинамической температуры кельвин (К), количества вещества моль (моль), силы света кандела (кд).
{2}$$. Напряжённость поля (созданного зарядом `Q`) в месте расположения `q` равна `vecE=vecF//q`. Отсюда `E=|vecE|=|vecF|//|q|`. С учётом выражения для `F` напряженность поля точечного заряда `Q` на расстоянии `r` от него
| Рис. 2.1 | Рис. 2.2 |
На рисунках 2.1 и 2.2 показаны случаи для `Q > 0` и `Q < 0`. Знак пробного заряда `q` выбран положительным из соображений удобства, т. к. при таком выборе направление силы, действующей на `q`, совпадает с направлением напряжённости.
Формулу (2.2) можно обобщить, избавившись от знака модуля:
Здесь $$ {E}_{x}$$ – проекция напряжённости на ось `x`, направленную от заряда `Q` и проходящую через исследуемую точку. Справедливость (2.3) при любом знаке `Q` проверяется непосредственно (см. рис. 2.1, 2.2).
Силовой линией (линией напряжённости) электрического поля называется непрерывная линия, касательная в каждой точке которой совпадает с направлением вектора напряжённости электрического поля в этой точке.
На рис. 2.3 приведена картина силовых линий электрического поля положительного точечного заряда.
| Рис. 2.3 |
Стрелкой на каждой силовой линии указывается её направление, т. е. направление вектора напряжённости в каждой точке силовой линии. Полезно посмотреть и нарисовать самим картины силовых линий полей из школьного учебника.
Все свойства силовых линий как электрического поля, так и электростатического поля, следуют из определения силовых линий и из законов электродинамики. Приведём некоторые свойства.
Обратите внимание, что первые два свойства справедливы и для электростатического поля, как частного случая электрического. Третье же свойство справедливо только для электростатического поля, а для произвольного электрического поля выполняется не всегда.
Ultralife THE TRACK: Подвесной индикатор уровня заряда
- Главная >
- Ultralife Power Systems >
- Ultralife THE TRACK: Подвесной индикатор уровня заряда
- Просмотреть предложение |
- Ваша корзина содержит 0 товаров (0,00 фунтов стерлингов)
Поскольку система питания X5 может состоять из двух аккумуляторов X5 с возможностью «горячей» замены, а также внутреннего резервного аккумулятора, был разработан индикатор состояния заряда, показывающий состояние каждого подключенного аккумулятора в одном удобном месте.
Подвеска, получившая название «Трек», из-за того, что две полосы индикатора состояния заряда образуют форму гоночной дорожки, отображает оставшееся время работы от батареи во времени работы (часы/минуты) и в процентах.
Гнездовой разъем RJ45 позволяет легко подключать или отключать «The Track» от системы питания. Любые ошибки зарядки отображаются на 2,4-дюймовом дисплее подвески (с полностью стеклянной передней панелью). Дисплей имеет регулируемую подсветку и ночную подсветку, что позволяет использовать его круглосуточно и без выходных.
Доступен для заказа
| Продукт | Кол-во | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| URX-X5 | |||||
- Аксессуары
- Технический
- Основные характеристики
- Общие приложения
- загрузок
- Альтернативы
Для URX-X5 не найдено соответствующих аксессуаров Ultralife THE TRACK: Подвесной индикатор уровня заряда .
| Глубина: | 22 мм (тип.) |
| Ширина: | 100 мм (тип.) |
| Высота: | 56 мм (тип.) |
◾ Гнездовой разъем RJ45 позволяет легко добавлять или снимать подвесной пульт с системы X5 Power System
◾ Индикаторы состояния заряда двух аккумуляторов, подключенных к системе X5 Power System (показаны как в процентах, так и в виде полос)
◾ Отдельный индикатор состояния заряда внутренней резервной батареи X5 Power System
◾ Индикатор показывает, когда X5 Power System подключен к сети переменного тока
◾ Емкостная сенсорная кнопка яркости подсветки и ночного режима
- ◾ Система питания X5
| Брошюра Ultralife X5, версия C | |
| Брошюра — Краткое руководство по продукции Ultralife — Каталог аккумуляторов, систем питания, зарядных устройств и кабелей от Ultralife | |
Технический паспорт URX-X5 Ред. — |
Альтернативы не найдены.
Получайте последние новости от Accutronics и нашей материнской компании Ultralife Corporation прямо на свой почтовый ящик
— нажмите здесьАккумуляторы для кредитных карт CC1150, CC2300 и CC3800 позволяют разработчикам устройств интегрировать литий-ионный аккумулятор в устройства следующего поколения с минимальными усилиями и стоимость
Нажмите здесьIntelligent Power Vault (IPV) — это источник питания с несколькими батареями и возможностью горячей замены
Нажмите здесь
Молния Серебряный символ электрического заряда Серебряный кулон
Нажмите, чтобы увеличить
В наличии осталось только 3 шт.
Цена: €17,63
Загрузка
Мало на складе
Включая НДС (где применимо), плюс стоимость доставки
6836 продаж |
Количество
123
Внесен в список 16 марта 2023 г.
12 избранных
Сообщить об этом элементе в Etsy
Выберите причину… С моим заказом возникла проблемаОн использует мою интеллектуальную собственность без разрешенияЯ не думаю, что это соответствует политике EtsyВыберите причину…
Первое, что вы должны сделать, это связаться с продавцом напрямую.