الافتراض الذي لاحظه أي شخص في التجربة الشحنة الكهربائيةدائمًا ما تكون من مضاعفات الشحنة الأولية، هذا ما ذكره ب. فرانكلين في عام 1752. وبفضل تجارب م. فاراداي في التحليل الكهربائي، تم حساب قيمة الشحنة الأولية في عام 1834. كما تمت الإشارة إلى وجود شحنة كهربائية أولية في 1874 من قبل العالم الإنجليزي ج. ستوني. كما أدخل مفهوم "الإلكترون" في الفيزياء واقترح طريقة لحساب قيمة الشحنة الأولية. تم قياس الشحنة الكهربائية الأولية تجريبيًا لأول مرة بواسطة ر. ميليكان في عام 1908.
دائمًا ما تكون الشحنة الكهربائية لأي نظام مجهري أو أجسام مجهرية مساوية للمجموع الجبري للشحنات الأولية المتضمنة في النظام، أي عدد صحيح مضاعف للقيمة ه(أو صفر).
القيمة المحددة حاليًا قيمه مطلقهالشحنة الكهربائية الأولية هي ه= (4, 8032068 0, 0000015) . 10 -10 وحدات SGSE أو 1.60217733. 10 -19 الصف. قيمة الشحنة الكهربائية الأولية المحسوبة باستخدام الصيغة، معبرًا عنها بدلالة الثوابت الفيزيائية، تعطي قيمة الشحنة الكهربائية الأولية: ه= 4, 80320419(21) . 10 -10 أو: ه =1، 602176462(65). 10 -19 الصف.
يُعتقد أن هذه الشحنة أولية حقًا، أي أنه لا يمكن تقسيمها إلى أجزاء، وشحنات أي كائنات هي مضاعفاتها الصحيحة. الشحنة الكهربائية للجسيم الأولي هي الخاصية الأساسية له ولا تعتمد على اختيار الإطار المرجعي. الشحنة الكهربائية الأولية تساوي تمامًا قيمة الشحنة الكهربائية للإلكترون والبروتون وجميع الجسيمات الأولية المشحونة الأخرى تقريبًا، والتي تعد بالتالي حاملات المادة لأصغر شحنة في الطبيعة.
هناك شحنة كهربائية أولية موجبة وسالبة، والجسيم الأولي وجسيمه المضاد لهما شحنات ذات إشارات متضادة. حامل الشحنة السالبة الأولية هو الإلكترون الذي كتلته أنا= 9، 11. 10 -31 كجم. حامل الابتدائية شحنة موجبةهو بروتون كتلته النائب= 1.67. 10 -27 كجم.
حقيقة أن الشحنة الكهربائية تحدث في الطبيعة فقط في شكل عدد صحيح من الشحنات الأولية يمكن أن تسمى تكميم الشحنة الكهربائية. تقريبا كل الجسيمات الأولية المشحونة لها شحنة ه -أو ه +(الاستثناء هو بعض الأصداء ذات الشحنة المتعددة ه); لم تتم ملاحظة الجسيمات ذات الشحنات الكهربائية الكسرية، ولكن في النظرية الحديثةيفترض التفاعل القوي - الديناميكا الكمية الكمية - وجود الجسيمات - الكواركات - ذات الشحنات القابلة للقسمة على 1/3 ه.
لا يمكن تدمير الشحنة الكهربائية الأولية؛ وتشكل هذه الحقيقة محتوى قانون حفظ الشحنة الكهربائية على المستوى المجهري. يمكن أن تختفي الشحنات الكهربائية ثم تظهر من جديد. ومع ذلك، تظهر أو تختفي دائمًا شحنتان أوليتان لهما إشارات متضادة.
حجم الشحنة الكهربائية الأولية هو ثابت للتفاعلات الكهرومغناطيسية ويتم تضمينه في جميع معادلات الديناميكا الكهربائية المجهرية.
أي شحنة كهربائية يتم ملاحظتها تجريبيًا تكون دائمًا من مضاعفات عنصر أولي واحد- هذا الافتراض قدمه ب. فرانكلين عام 1752 وتم اختباره تجريبياً بعد ذلك بشكل متكرر. تم قياس الشحنة الأولية تجريبيًا لأول مرة بواسطة ميليكان في عام 1910.
يمكن استدعاء حقيقة أن الشحنة الكهربائية تحدث في الطبيعة فقط في شكل عدد صحيح من الشحنات الأولية تكميم الشحنة الكهربائية. في الوقت نفسه، في الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية، لم تتم مناقشة مسألة أسباب تكميم الشحنة، نظرًا لأن الشحنة هي معلمة خارجية وليست متغيرًا ديناميكيًا. لم يتم حتى الآن العثور على تفسير مرضٍ لسبب ضرورة تحديد كمية الشحنة، ولكن تم بالفعل الحصول على عدد من الملاحظات المثيرة للاهتمام.
شحنة كهربائية جزئية
إن عمليات البحث المتكررة عن الأجسام الحرة طويلة العمر ذات الشحنة الكهربائية الكسرية، والتي تم إجراؤها باستخدام طرق مختلفة على مدى فترة طويلة من الزمن، لم تسفر عن نتائج.
ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن الشحنة الكهربائية لأشباه الجسيمات قد لا تكون أيضًا مضاعفًا للكل. على وجه الخصوص، فإن أشباه الجسيمات ذات الشحنة الكهربائية الجزئية هي المسؤولة عن تأثير هول الكمي الجزئي.
التحديد التجريبي للشحنة الكهربائية الأولية
عدد أفوجادرو وثابت فاراداي
تأثير جوزيفسون وثابت فون كليتسينج
هناك طريقة دقيقة أخرى لقياس الشحنة الأولية وهي حسابها من خلال ملاحظة تأثيرين لميكانيكا الكم: تأثير جوزيفسون، الذي ينتج تقلبات الجهد في بنية معينة فائقة التوصيل، وتأثير هول الكمي، وهو تأثير تكميم مقاومة هول أو موصليتها لغاز الإلكترون ثنائي الأبعاد بقوة المجالات المغناطيسيةوفي درجات الحرارة المنخفضة. ثابت جوزيفسون
K J = 2 e h , (\displaystyle K_(\mathrm (J) )=(\frac (2e)(h)))،)أين ح- يمكن قياس ثابت بلانك مباشرة باستخدام تأثير جوزيفسون.
R K = h e 2 (\displaystyle R_(\mathrm (K) )=(\frac (h)(e^(2))))يمكن قياسها مباشرة باستخدام تأثير هول الكمي.
ومن هذين الثابتين يمكن حساب حجم الشحنة الأولية:
ه = 2 ر ك ك ي . (\displaystyle e=(\frac (2)(R_(\mathrm (K) )K_(\mathrm (J) ))).)أنظر أيضا
ملحوظات
- تهمة الابتدائية(إنجليزي) . مرجع NIST حول الثوابت والوحدات وعدم اليقين. . تم الاسترجاع في 20 مايو 2016.
- يتم إعطاء القيمة بوحدات SGSE نتيجة لإعادة حساب قيمة CODATA بالكولوم، مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن الكولوم يساوي تمامًا 2,997,924,580 وحدة من الشحنة الكهربائية SGSE (فرانكلين أو ستاتكولوم).
- توميلين ك.الثوابت الفيزيائية الأساسية في الجوانب التاريخية والمنهجية. - م: فيزماتليت، 2006. - ص 96-105. - 368 ص. - 400 نسخة. - ردمك 5-9221-0728-3.
- نموذج طوبولوجي للبريونات المركبة (الرابط غير متوفر) es.arXiv.org
- V.M. أبازوف وآخرون.(DØ التعاون) (2007). "التمييز التجريبي بين التهمة 2 ه/3 الكواركات العلوية والشحنة 4 ه/3 سيناريوهات لإنتاج الكواركات الغريبة." رسائل المراجعة البدنية. 98 (4): 041801.
مثل مفهوم كتلة الجاذبية للجسم في الميكانيكا النيوتونية، فإن مفهوم الشحنة في الديناميكا الكهربائية هو المفهوم الأساسي الأساسي.
الشحنة الكهربائية - هذا الكمية المادية، توصيف خاصية الجسيمات أو الأجسام للدخول في تفاعلات القوة الكهرومغناطيسية.
عادة ما يتم تمثيل الشحنة الكهربائية بالحروف سأو س.
إن مجموع الحقائق التجريبية المعروفة يسمح لنا باستخلاص الاستنتاجات التالية:
هناك نوعان من الشحنات الكهربائية، تسمى تقليديًا الإيجابية والسلبية.
يمكن نقل الرسوم (على سبيل المثال، عن طريق الاتصال المباشر) من هيئة إلى أخرى. على عكس كتلة الجسم، فإن الشحنة الكهربائية ليست سمة أساسية لجسم معين. نفس الجسم في ظل ظروف مختلفة يمكن أن يكون له شحنة مختلفة.
مثل الشحنات تتنافر، على عكس الشحنات تتجاذب. ويكشف هذا أيضًا الفرق الأساسي بين القوى الكهرومغناطيسية وقوى الجاذبية. قوى الجاذبيةهي دائما قوى الجذب.
أحد القوانين الأساسية للطبيعة هو القانون التجريبي قانون حفظ الشحنة الكهربائية .
في النظام المعزول، يظل المجموع الجبري لشحنات جميع الأجسام ثابتًا:
|
س 1 + س 2 + س 3 + ... +سن= ثابت. |
ينص قانون الحفاظ على الشحنة الكهربائية على أنه في نظام مغلق من الأجسام، لا يمكن ملاحظة عمليات إنشاء أو اختفاء شحنات علامة واحدة فقط.
من وجهة النظر الحديثة، حاملات الشحنة هي جسيمات أولية. تتكون جميع الأجسام العادية من ذرات، والتي تشمل البروتونات موجبة الشحنة والإلكترونات سالبة الشحنة والجسيمات المحايدة - النيوترونات. البروتونات والنيوترونات هي جزء من النوى الذرية، وتشكل الإلكترونات الغلاف الإلكتروني للذرات. الشحنات الكهربائية للبروتون والإلكترون هي نفسها تمامًا في الحجم وتساوي الشحنة الأولية ه.
في الذرة المحايدة، عدد البروتونات في النواة يساوي عدد الإلكترونات الموجودة في الغلاف. هذا الرقم يسمى العدد الذري . قد تفقد ذرة مادة معينة إلكترونًا واحدًا أو أكثر أو تكتسب إلكترونًا إضافيًا. وفي هذه الحالات تتحول الذرة المحايدة إلى أيون موجب أو سالب.
لا يمكن نقل الشحنة من جسم إلى آخر إلا في أجزاء تحتوي على عدد صحيح من الشحنات الأولية. وبالتالي فإن الشحنة الكهربائية للجسم هي كمية منفصلة:
تسمى الكميات الفيزيائية التي لا يمكن أن تأخذ إلا سلسلة منفصلة من القيم محددة . تهمة الابتدائية ههو الكم (أصغر جزء) من الشحنة الكهربائية. تجدر الإشارة إلى أنه في الفيزياء الحديثة للجسيمات الأولية يفترض وجود ما يسمى بالكواركات - وهي جسيمات ذات شحنة كسرية ومع ذلك، لم يتم ملاحظة الكواركات في حالة حرة بعد.
في التجارب المعملية الشائعة أ مقياس الكهربية ( أو المكشاف الكهربائي) - جهاز يتكون من قضيب معدني ومؤشر يمكن أن يدور حول محور أفقي (الشكل 1.1.1). قضيب السهم معزول عن الجسم المعدني. عندما يتلامس جسم مشحون مع قضيب مقياس الكهربية، تتوزع الشحنات الكهربائية ذات الإشارة نفسها على القضيب والمؤشر. تتسبب قوى التنافر الكهربائي في دوران الإبرة بزاوية معينة، يمكن من خلالها الحكم على الشحنة المنقولة إلى قضيب مقياس الكهربية.
مقياس الكهربية هو أداة بدائية إلى حد ما؛ لا يسمح للمرء بدراسة قوى التفاعل بين الشحنات. تم اكتشاف قانون تفاعل الشحنات الثابتة لأول مرة من قبل الفيزيائي الفرنسي تشارلز كولومب في عام 1785. في تجاربه، قام كولومب بقياس قوى الجذب والتنافر للكرات المشحونة باستخدام جهاز صممه - ميزان الالتواء (الشكل 1.1.2) والتي تميزت بحساسية عالية للغاية. على سبيل المثال، تم تدوير عارضة التوازن بمقدار درجة واحدة تحت تأثير قوة مقدارها 10 -9 نيوتن.
استندت فكرة القياسات إلى تخمين كولومب العبقري القائل بأنه إذا لامست كرة مشحونة نفس الكرة غير المشحونة تمامًا، فسيتم تقسيم شحنة الأولى بالتساوي بينهما. وهكذا، تمت الإشارة إلى طريقة لتغيير شحنة الكرة مرتين أو ثلاث مرات، وما إلى ذلك. وفي تجارب كولومب تم قياس التفاعل بين الكرات التي كانت أبعادها أصغر بكثير من المسافة بينها. وعادة ما تسمى هذه الهيئات المشحونة رسوم النقطة.
تهمة نقطة يسمى الجسم المشحون الذي يمكن إهمال أبعاده في ظروف هذه المشكلة.
وبناء على العديد من التجارب، وضع كولومب القانون التالي:
تتناسب قوى التفاعل بين الشحنات الثابتة بشكل مباشر مع ناتج معاملات الشحنة وتتناسب عكسيا مع مربع المسافة بينهما:
تخضع قوى التفاعل لقانون نيوتن الثالث:
فهي قوى بغيضة عندما علامات متطابقةالشحنات وقوى الجذب في علامات مختلفة(الشكل 1.1.3). يسمى تفاعل الشحنات الكهربائية الثابتة كهرباء أو كولومب تفاعل. يسمى فرع الديناميكا الكهربائية الذي يدرس تفاعل كولوم الكهرباء الساكنة .
قانون كولوم صالح للأجسام النقطية المشحونة. من الناحية العملية، يكون قانون كولوم راضيًا جيدًا إذا كانت أحجام الأجسام المشحونة أصغر بكثير من المسافة بينها.
عامل التناسب كفي قانون كولومب يعتمد على اختيار نظام الوحدات. في النظام الدولييتم أخذ وحدة SI للشحنة قلادة(الكلور).
قلادة هي الشحنة التي تمر عبر المقطع العرضيموصل عند تيار 1 A. وحدة التيار (أمبير) في SI هي، إلى جانب وحدات الطول والوقت والكتلة وحدة القياس الأساسية.
معامل في الرياضيات او درجة كفي نظام SI يتم كتابته عادةً على النحو التالي:
أين - ثابت كهربائي .
في نظام SI، الشحنة الأولية هيساوي:
تظهر التجربة أن قوى تفاعل كولوم تخضع لمبدأ التراكب:
إذا تفاعل جسم مشحون في وقت واحد مع عدة أجسام مشحونة، فإن القوة الناتجة المؤثرة على جسم معين تساوي المجموع المتجه للقوى المؤثرة على هذا الجسم من جميع الأجسام المشحونة الأخرى.
أرز. 1.1.4 يشرح مبدأ التراكب باستخدام مثال التفاعل الكهروستاتيكي لثلاثة أجسام مشحونة.
مبدأ التراكب هو قانون أساسي في الطبيعة. ومع ذلك، فإن استخدامه يتطلب بعض الحذر عندما نتحدث عن تفاعل الأجسام المشحونة ذات الأحجام المحدودة (على سبيل المثال، كرتان مشحونتان موصلتان 1 و 2). إذا تم إحضار كرة ثالثة مشحونة إلى نظام مكون من كرتين مشحونتين، فإن التفاعل بين 1 و 2 سيتغير بسبب إعادة توزيع الرسوم.
ينص مبدأ التراكب على أنه متى توزيع الشحنة (الثابت) المحددفي جميع الأجسام، لا تعتمد قوى التفاعل الكهروستاتيكي بين أي جسمين على وجود أجسام مشحونة أخرى.
دعونا قائمة خصائص الرسوم
2. يوجد شحنة كهربائية طبيعة منفصلة
تهمة الابتدائية
كهرباء. شروط وجود التيار الكهربائي. القوة الحالية والكثافة الحالية
التيار الكهربائي هو الحركة الاتجاهية للجزيئات المشحونة. للتوجيه التيار الكهربائيوافق على حساب اتجاه حركة الجزيئات المشحونة إيجابيا. لاستمرار وجود تيار كهربائي في دائرة مغلقة يجب توافر الشروط التالية:
وجود جزيئات مشحونة حرة (الناقلات الحالية)؛
التوفر الحقل الكهربائي، والتي تعمل قوىها على الجسيمات المشحونة على جعلها تتحرك بطريقة منظمة؛
وجود مصدر تيار تتحرك ضمنه قوى خارجية شحنات حرة ضد قوى كهروستاتيكية (كولوم).
الخصائص الكمية للتيار الكهربائي هي القوة الحالية I والكثافة الحالية j.
القوة الحالية هي كمية فيزيائية عددية تساوي نسبة الشحنة Δq التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل خلال فترة زمنية معينة Δt إلى هذه الفترة:
وحدة التيار في النظام الدولي هي أمبير (A).
إذا لم تتغير قوة التيار واتجاهه بمرور الوقت، فإن التيار يسمى ثابتًا.
الكثافة الحالية j هي كمية فيزيائية متجهة معاملها يساوي النسبةالقوة الحالية I في الموصل إلى منطقة المقطع العرضي S للموصل:
وحدة SI للكثافة الحالية هي أمبير لكل متر مربع(أ/م2).
انكسار الضوء في العدسات
العدسة عبارة عن جسم شفاف يحده سطحان منحنيان أو منحنيان ومسطحان.
وفي معظم الحالات، يتم استخدام العدسات التي تكون أسطحها كروية. تسمى العدسة رقيقة إذا كان سمكها d صغيرًا مقارنة بنصف قطر انحناء سطحيها R1 وR2. وإلا فإن العدسة تسمى سميكة. المحور البصري الرئيسي للعدسة هو خط مستقيم يمر عبر مراكز انحناء أسطحها. يمكننا أن نفترض أنه في العدسة الرقيقة تندمج نقاط تقاطع المحور البصري الرئيسي مع سطحي العدسة في نقطة واحدة O تسمى المركز البصري للعدسة. تحتوي العدسة الرقيقة على مستوى رئيسي واحد مشترك بين سطحي العدسة ويمر عبر المركز البصري للعدسة بشكل عمودي على محورها البصري الرئيسي. جميع الخطوط المستقيمة التي تمر عبر المركز البصري للعدسة ولا تتطابق مع محورها البصري الرئيسي تسمى المحاور البصرية الثانوية للعدسة. الأشعة التي تنتقل على طول المحاور البصرية للعدسة (الرئيسية والثانوية) لا تتعرض للانكسار.
صيغة العدسة الرقيقة:
حيث n21 = n2/n1، n2 و n1 - المؤشرات المطلقةالانكسار لمواد العدسة و بيئة، R1 وR2 هما نصف قطر انحناء الأسطح الأمامية والخلفية (بالنسبة للكائن) للعدسة، وa1 وa2 هما المسافتان إلى الجسم وصورته، ويتم قياسهما من المركز البصري للعدسة على طول بصريها الرئيسي محور.
تسمى القيمة البعد البؤري للعدسة. تسمى النقاط الواقعة على المحور البصري الرئيسي للعدسة على جانبي المركز البصري على مسافات متساوية تساوي f البؤر الرئيسية للخط. تسمى المستويات التي تمر عبر البؤرتين الرئيسيتين F1 و F2 للعدسة المتعامدة مع محورها البصري الرئيسي بالمستويات البؤرية للعدسة. تسمى نقاط تقاطع المحاور البصرية الثانوية مع المستويات البؤرية للعدسة البؤر الثانوية للعدسة.
تسمى العدسة متقاربة (موجبة) إذا كان طولها البؤري f >0. تسمى العدسة متباعدة (سلبية) إذا كان طولها البؤري f<0.
بالنسبة لـ n2 > n1، تكون العدسات المجمعة ثنائية التحدب، ومسطحة محدبة، ومقعرة-محدبة (عدسات الغضروف المفصلي الإيجابية)، وتصبح أرق من المركز إلى الحواف؛ العدسات المتباعدة هي عدسات ثنائية التقعر، ومقعرة مسطحة، ومقعرة محدبة (هلالات سلبية)، سميكة من المركز إلى الحواف. لص2
فرضية بلانك. الفوتون وخصائصه. ازدواجية موجة - جسيم
فرضية بلانك هي فرضية طرحها ماكس بلانك في 14 ديسمبر 1900، والتي تنص على أنه أثناء الإشعاع الحراري، تنبعث الطاقة ويتم امتصاصها ليس بشكل مستمر، ولكن بكميات منفصلة (أجزاء). يحتوي كل جزء كمي على طاقة تتناسب مع تردد الإشعاع ν:
حيث h أو هو معامل التناسب، والذي سمي فيما بعد ثابت بلانك. وبناءً على هذه الفرضية، اقترح اشتقاقًا نظريًا للعلاقة بين درجة حرارة الجسم والإشعاع المنبعث من هذا الجسم - صيغة بلانك.
تم تأكيد فرضية بلانك لاحقًا تجريبيًا.
ويعتبر تقديم هذه الفرضية لحظة الميلاد ميكانيكا الكم.
الفوتون هو جسيم مادي متعادل كهربائيا، وهو كم من المجال الكهرومغناطيسي (الحامل للتفاعل الكهرومغناطيسي).
الخصائص الأساسية للفوتون
1. هو جسيم من المجال الكهرومغناطيسي.
2. يتحرك بسرعة الضوء.
3. موجود فقط في الحركة.
4. من المستحيل إيقاف الفوتون: فهو يتحرك بسرعة سرعة متساويةضوء، أو غير موجود؛ وبالتالي فإن الكتلة الباقية للفوتون تساوي صفرًا.
طاقة الفوتون:
وفقا للنظرية النسبية، يمكن دائما حساب الطاقة على النحو التالي:
وبالتالي كتلة الفوتون.
زخم الفوتون. يتم توجيه نبض الفوتون على طول شعاع الضوء.
ازدواجية موجة - جسيم
نهاية القرن التاسع عشر: أكد التأثير الكهروضوئي وتأثير كومبتون نظرية نيوتن، كما أكدت ظاهرة الحيود وتداخل الضوء نظرية هيجنز.
هكذا فعل العديد من الفيزيائيين في بداية القرن العشرين. توصلت إلى أن الضوء له خاصيتين:
1. عند الانتشار، فإنه يظهر خصائص الموجة.
2. عند التفاعل مع المادة، فإنها تظهر خصائص جسيمية. لا تقتصر خصائصه على موجات أو جزيئات.
كلما كانت قيمة v أكبر، كانت الخصائص الكمومية للضوء أكثر وضوحًا وكانت خصائص الموجة أقل وضوحًا.
لذلك، كل الإشعاع له خصائص موجية وكمية. ولذلك، فإن كيفية ظهور الفوتون - كموجة أو كجسيم - يعتمد على طبيعة البحث الذي يتم إجراؤه عليه.
تجارب رذرفورد. النموذج الكوكبي للذرة
لدراسة توزيع الشحنة الموجبة، وبالتالي الكتلة، داخل الذرة بشكل تجريبي، اقترح رذرفورد في عام 1906 استخدام فحص الذرة باستخدام جسيمات ألفا. تبلغ كتلتها حوالي 8000 مرة كتلة الإلكترون، وشحنتها الموجبة تساوي ضعف شحنة الإلكترون. سرعة جسيمات ألفا عالية جدًا: فهي تساوي 1/15 من سرعة الضوء. لقد قصف رذرفورد ذرات العناصر الثقيلة بهذه الجسيمات. لا تستطيع الإلكترونات، بسبب كتلتها المنخفضة، تغيير مسار جسيم ألفا بشكل ملحوظ ولا يمكنها تغيير سرعتها بشكل ملحوظ. لا يمكن أن يحدث تشتت (تغيير اتجاه الحركة) لجسيمات ألفا إلا بسبب الجزء الموجب الشحنة من الذرة. وهكذا، من خلال تشتت جسيمات ألفا، من الممكن تحديد طبيعة توزيع الشحنة الإيجابية والكتلة داخل الذرة. تم وضع عقار مشع، مثل الراديوم، داخل أسطوانة الرصاص 1، والتي تم من خلالها حفر قناة ضيقة. سقط شعاع من جسيمات ألفا من القناة على رقاقة رقيقة 2 مصنوعة من المادة قيد الدراسة (الذهب والنحاس وما إلى ذلك). بعد التشتت، سقطت جسيمات ألفا على شاشة شفافة 3 مطلية بكبريتيد الزنك. وكان اصطدام كل جسيم بالشاشة مصحوبًا بوميض من الضوء (الوميض)، يمكن ملاحظته من خلال المجهر 4. وتم وضع الجهاز بأكمله في وعاء تم إخلاء الهواء منه.
عندما يتم توزيعها في جميع أنحاء الذرة بأكملها، لا يمكن للشحنة الموجبة أن تخلق كثافة كافية الحقل الكهربائيقادرة على رمي جسيم ألفا مرة أخرى. يتم تحديد القوة التنافرية القصوى بموجب قانون كولوم:
حيث qα هي شحنة جسيم α؛ q هي الشحنة الموجبة للذرة؛ r هو نصف القطر؛ ك - معامل التناسب. تبلغ شدة المجال الكهربائي لكرة مشحونة بشكل منتظم الحد الأقصى على سطح الكرة، وتتناقص إلى الصفر عندما تقترب من المركز. لذلك، كلما كان نصف القطر r أصغر، زادت القوة الطاردة لجسيمات ألفا. تبدو هذه النظرية ضرورية للغاية لشرح التجارب التي أجريت على تشتت جسيمات ألفا. ولكن على أساس هذا النموذج من المستحيل تفسير حقيقة وجود الذرة واستقرارها. بعد كل شيء، تحدث حركة الإلكترونات في المدارات مع تسارع، وكبيرة للغاية. وفقا لقوانين ماكسويل للديناميكا الكهربائية، يجب أن تشع شحنة متسارعة موجات كهرومغناطيسيةبتردد يساوي تردد دورانها حول النواة. يصاحب الإشعاع فقدان الطاقة. عند فقدان الطاقة، يجب أن تقترب الإلكترونات من النواة، تمامًا كما يقترب القمر الصناعي من الأرض عند الكبح في الغلاف الجوي العلوي. وكما تظهر الحسابات الدقيقة المستندة إلى ميكانيكا نيوتن والديناميكا الكهربائية ماكسويل، يجب أن يسقط الإلكترون على النواة في وقت قصير لا يكاد يذكر. يجب أن تتوقف الذرة عن الوجود.
في الواقع، لا يحدث شيء من هذا القبيل. ويترتب على ذلك أن قوانين الفيزياء الكلاسيكية لا تنطبق على الظواهر على المستوى الذري. أنشأ رذرفورد نموذجًا كوكبيًا للذرة: تدور الإلكترونات حول النواة، تمامًا كما تدور الكواكب حول الشمس. هذا النموذج بسيط، وله ما يبرره تجريبيا، ولكنه لا يفسر استقرار الذرة.
كمية الحرارة
كمية الحرارة هي مقياس للتغير في الطاقة الداخلية التي يتلقاها الجسم (أو يتخلى عنها) أثناء عملية التبادل الحراري.
وبالتالي، فإن كلا من الشغل وكمية الحرارة يميزان التغير في الطاقة، لكنهما ليسا متطابقين مع الطاقة. وهي لا تصف حالة النظام نفسه، ولكنها تحدد عملية انتقال الطاقة من نوع إلى آخر (من جسم إلى آخر) عندما تتغير الحالة وتعتمد بشكل كبير على طبيعة العملية.
الفرق الرئيسي بين الشغل وكمية الحرارة هو أن الشغل يميز عملية تغيير الطاقة الداخلية للنظام، مصحوبة بتحول الطاقة من نوع إلى آخر (من ميكانيكية إلى داخلية). تتميز كمية الحرارة بعملية نقل الطاقة الداخلية من جسم إلى آخر (من الأكثر تسخينًا إلى الأقل تسخينًا)، دون أن يصاحبها تحولات في الطاقة.
تظهر التجربة أن كمية الحرارة اللازمة لتسخين جسم كتلته m من درجة الحرارة T1 إلى درجة الحرارة T2 يتم حسابها بواسطة الصيغة حيث c هي السعة الحرارية النوعية للمادة؛
وحدة SI للسعة الحرارية المحددة هي جول لكل كيلوغرام كلفن (J/(kg K)).
السعة الحرارية النوعية c تساوي عدديًا كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى جسم يزن 1 كجم لتسخينه بمقدار 1 ك.
السعة الحرارية للجسم CT تساوي عدديًا كمية الحرارة اللازمة لتغيير درجة حرارة الجسم بمقدار 1 كلفن:
وحدة SI لقياس السعة الحرارية لجسم ما هي جول لكل كلفن (J/K).
لتحويل السائل إلى بخار عند درجة حرارة ثابتة، من الضروري إنفاق كمية من الحرارة
حيث لام - حرارة نوعيةتبخير. عندما يتكثف البخار، يتم إطلاق نفس الكمية من الحرارة.
من أجل إذابة جسم بلوري كتلته m عند درجة حرارة الانصهار، من الضروري نقل كمية من الحرارة إلى الجسم
حيث α هي الحرارة النوعية للانصهار. عندما يتبلور الجسم، يتم إطلاق نفس الكمية من الحرارة.
كمية الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق الكامل للوقود بكتلة m،
حيث q هي الحرارة النوعية للاحتراق.
وحدة SI للحرارة النوعية للتبخير والذوبان والاحتراق هي جول لكل كيلوجرام (J/kg).
الشحنة الكهربائية وخصائصها. السرية. الشحنة الكهربائية الأولية. قانون حفظ الشحنة الكهربائية.
الشحنة الكهربائية هي كمية فيزيائية تميز التفاعل الكهرومغناطيسي. يكون الجسم سالبًا إذا كان به فائض من الإلكترونات، ويكون موجبًا إذا كان به نقص.
دعونا قائمة خصائص الرسوم
1. هناك نوعان من الرسوم؛ سلبية وإيجابية. مثل الشحنات تتجاذب، مثل الشحنات تتنافر. حامل الابتدائية، أي. أصغر شحنة سالبة هي الإلكترون، شحنته q = -1.6 * 10-19 C، وكتلته = 9.1 * 10-31 كجم. حامل الشحنة الموجبة الأولية هو البروتون qr=+1.6*10-19 C، الكتلة mr=1.67*10-27kg.
2. يوجد شحنة كهربائية طبيعة منفصلة. وهذا يعني أن شحنة أي جسم هي من مضاعفات شحنة الإلكترون q=Nqe، حيث N عدد صحيح. ومع ذلك، كقاعدة عامة، نحن لا نلاحظ انفصال الشحنة، لأن الشحنة الأولية صغيرة جدًا.
3. في نظام معزول، أي. في النظام الذي لا تتبادل أجسامه الشحنات مع أجسام خارجة عنه، يظل المجموع الجبري للشحنات محفوظًا (قانون حفظ الشحنة).
4. ش. يمكن دائمًا نقل الشحنة من جسم إلى آخر.
5. وحدة الشحن في النظام الدولي للوحدات هي الكولوم (C). بحكم التعريف، 1 كولوم يساوي الشحنة المتدفقة عبر المقطع العرضي للموصل خلال 1 ثانية عند تيار 1 أ.
6. قانون حفظ الشحنة الكهربائية.
داخل نظام مغلق، لأي تفاعلات، يظل المجموع الجبري للشحنات الكهربائية ثابتًا:
سوف نطلق على النظام المعزول (أو المغلق) نظام الأجسام التي لا يتم إدخال الشحنات الكهربائية إليها من الخارج ولا يتم إزالتها منها.
لا تظهر أو تختفي شحنة كهربائية تحمل نفس الإشارة في أي مكان ولا في الطبيعة أبدًا. إن ظهور الشحنة الكهربائية الموجبة يكون دائمًا مصحوبًا بظهور شحنة سالبة متساوية. لا يمكن لأي من الشحنات الموجبة أو السالبة أن تختفي بشكل منفصل، بل يمكنها تحييد بعضها البعض فقط إذا كانت متساوية في المعامل.
هذه هي الطريقة التي يمكن أن تتحول بها الجسيمات الأولية إلى بعضها البعض. ولكن دائمًا عند ولادة الجزيئات المشحونة، يُلاحظ ظهور زوج من الجزيئات ذات الشحنات علامة المعاكس. ويمكن أيضًا ملاحظة الولادة المتزامنة للعديد من هذه الأزواج. تختفي الجزيئات المشحونة، وتتحول إلى جزيئات محايدة، أيضًا في أزواج فقط. كل هذه الحقائق لا تترك مجالا للشك في التنفيذ الصارم لقانون الحفاظ على الشحنة الكهربائية.
تهمة الابتدائية - الحد الأدنى للطلب، والتي لا يمكن تقسيمها.
