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. وتجدر الإشارة إلى ذلك في الفيزياء الحديثة الجسيمات الأوليةيُفترض 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 عادة 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.

ه - =1.6·10 - 19سل (1.9)

تشتمل العديد من صيغ الكهرباء على عامل مكاني قدره 4p. للتخلص منه في صيغ مهمة عمليا، يتم كتابة قانون كولومب النموذج التالي:

وهكذا (1.11)

من (1.12)

ه 0 - دعا ثابت كهربائي.

§6: نظرية العمل قصير المدى. الحقل الكهربائي.

تظهر التجربة أنه بين الأجسام المشحونة كهربائيًا والممغنطة، وكذلك الأجسام التي تتدفق عبرها التيارات الكهربائية، تعمل قوى تسمى القوى الكهرومغناطيسية أو القوى الكهروديناميكية. فيما يتعلق بطبيعة هذه القوى، تم طرح وجهتي نظر متعارضتين في العلم. وقد ارتكزت أقدمها (وتسمى نظرية الفعل بعيد المدى) على فكرة الفعل المباشر للأجسام على مسافة دون مشاركة أي وسطاء ماديين وسيطين. وفي الوقت نفسه، تم الافتراض دون دليل على أن مثل هذا الإجراء يحدث على الفور، أي. بسرعة عالية لا متناهية (v®¥)!؟ هناك وجهة نظر أحدث، مقبولة حاليًا في الفيزياء، تنبع من فكرة أن التفاعلات تنتقل عبر وسيط مادي خاص يسمى المجال الكهرومغناطيسي (وهذا ما يسمى بنظرية المدى القصير). وفقا لهذه النظرية السرعة القصوىانتشار التفاعلات يساوي سرعة الضوء في الفراغ: v=c (c هي سرعة الضوء في الفراغ). أخذت نظرية الفعل بعيد المدى أفكارها من مبدأ نيوتن في الجاذبية الكونية. إن النجاحات الهائلة التي حققتها الميكانيكا السماوية من ناحية والفشل التام بأي شكل من الأشكال في تفسير أسباب الجاذبية من ناحية أخرى، دفعت العديد من العلماء إلى فكرة أن الجاذبية والقوى الكهرومغناطيسية لا تحتاج إلى تفسير، بل هي "فطرية". خصائص المادة نفسها. من الناحية الرياضية، وصلت نظرية الفعل بعيد المدى إلى درجة عالية من الكمال بفضل أعمال لابلاس، وجاوس، وأوستروجرادسكي، وأمبير، وبواسو. وقد تبع ذلك معظم علماء الفيزياء حتى نهاية القرن التاسع عشر. كان مايكل فاراداي وحيدًا تقريبًا في اتخاذ وجهة نظر مختلفة. وهو مؤسس النظرية الفيزيائية للمجال الكهرومغناطيسي. وفقا لنظرية فاراداي، يمكن تنفيذ عمل جسم على آخر إما مباشرة عند الاتصال، أو ينتقل عبر وسيط وسيط. وهكذا، تحول فاراداي تركيز الاهتمام من دراسة الشحنات والتيارات، وهي الكائنات الرئيسية لنظرية العمل بعيد المدى، إلى دراسة الفضاء المحيط. ويسمى هذا الفضاء مع القوى المؤثرة فيه بالمجال الكهرومغناطيسي.

يتم التفاعل الكهربائي وفقًا للمخطط التالي:

شحن ® حقل ® شحن,

أولئك. تخلق كل شحنة مجالًا كهربائيًا حول نفسها، والذي يؤثر بقوة على جميع الجسيمات المشحونة الأخرى الموجودة في هذا المجال. أظهر ماكسويل أن التفاعلات الكهرومغناطيسية يجب أن تنتشر بسرعة الضوء في الفراغ بـ "3·10 8 م/ث". هذه هي الحجة الرئيسية لصالح نظرية المدى القصير. عن الطبيعة الحقل الكهربائييمكننا أن نقول أنها مادية، أي. موجودة ولها خصائص فريدة لها. ضمن أهم الخصائصالمجال الكهرومغناطيسي يمكن ملاحظة ما يلي:

1. يتولد المجال الكهربائي عن طريق الشحنات الكهربائية ويملأ كل الفراغ.

2. يؤثر المجال الكهربي على الشحنات بقوة معينة.

مبدأ التراكبات الميدانية. كثافة الشحنة.

دع المجال يتم إنشاؤه بواسطة الشحنة q 1 . إذا كان لنقطة حقل معينة، والتي يتم تحديدها بواسطة ناقل نصف القطر ص 12، وفقًا لقانون كولوم، خذ النسبة

ومن الواضح أن هذه النسبة لم تعد تعتمد على شحنة الاختبار q 2 وبالتالي فإن التعبير الموجود على الجانب الأيمن من (1.13) يمكن أن يكون بمثابة خاصية للمجال الناتج عن الشحنة q 1 . تسمى هذه الكمية قوة المجال الكهربائي E!

حجم الجهد المجال على مسافة r من الشحنة q يساوي

التوتر هو كمية ناقلات. في شكل ناقل يبدو كما يلي:

مع الأخذ في الاعتبار (1.15)، يمكن كتابة قانون كولومب (1.4) على النحو التالي:

ومن (1.17) يتضح ذلك شدة المجال الكهربائي تساوي القوة المؤثرة إيجابية واحدةتكلفة.

البعد التوتر [E] = H / Kl

مبدأ التراكب

تظهر التجربة أن هذا صحيح بالنسبة للمجال الكهربائي مبدأ تراكب المجال:

إذا - شدة المجال الناتجة عن الشحنات الفردية في أي نقطة في الفضاء، فإن الشدة عند هذه النقطة نفسها تساوي مجموع الشدة.

حيث r i هو متجه نصف القطر الموجه من الشحنة q i إلى نقطة المراقبة.

هذا المبدأ صالح حتى الأحجام النووية r~10 - 15 م.

ونلفت الانتباه إلى حقيقة أن التوترات تتزايد في (1.18). المتجه! باستخدام الصيغتين (1.15) و(1.18)، يمكن حساب قوة المجال الكهربائي الناتج ليس فقط عن طريق الشحنات النقطية، ولكن أيضًا عن طريق الأجسام المشحونة من أي شكل.

كثافة الشحنة.

إذا كان الجسم المشحون كبيرًا ولا يمكن اعتباره شحنة نقطية، فاحسب الكثافة الكهربائية. في مجال مثل هذا الجسم فمن الضروري معرفة توزيع الشحنات داخل هذا الجسم. ويتميز هذا التوزيع بوظيفة تسمى الكثافة الحجمية للشحنات الكهربائية. أ-بريوري، كثافة الشحنة الحجميةمُسَمًّى

يعتبر توزيع الشحنة معروفًا إذا كانت الدالة r معروفة = ص (س، ص، ض).

إذا كانت الشحنات موجودة على السطح، إذن كثافة الشحنة السطحية

يعتبر توزيع الشحنات على السطح معروفًا إذا كانت الدالة s=s(x,y,z) معروفة.

إذا تم توزيع الرسوم على طول الخط، ثم كثافة الشحنة الخطية، والتي حسب التعريف هي:

يعتبر توزيع الشحنة معروفًا إذا كانت الدالة t =t(x,y,z) معروفة.

§8: خطوط الكهرباءالحقل الكهربائي. شدة المجال لشحنة نقطية.

يعتبر المجال الكهربائي معروفًا إذا كان متجه الشدة عند كل نقطة في الفضاء معروفًا. يمكنك تعيين حقل أو تمثيله على الورق إما تحليليًا أو بيانيًا باستخدام خط الكهرباء.

الشحنة الكهربائية الأولية الشحنة الكهربائية الأولية

(ه)، الحد الأدنى للشحنة الكهربائية، إيجابية أو سلبية، وحجمها ه≈4.8·10 -10 وحدات SGSE، أو 1.6·10 -19 Cl. تقريبا كل الجسيمات الأولية المشحونة لها شحنة + هأو - ه(الاستثناء هو بعض الأصداء ذات الشحنة المتعددة ه); لم تتم ملاحظة الجسيمات ذات الشحنات الكهربائية الكسرية، ولكن في النظرية الحديثةالتفاعل القوي - الديناميكا الكمية الكمية - افتراض وجود الكواركات - الجسيمات ذات الشحنات مضاعفات 1/3 ه.

الشحنة الكهربائية الأولية

الشحنة الكهربائية الأولية ( ه)، الحد الأدنى للشحنة الكهربائية، الإيجابية أو السلبية، التي تساوي شحنة الإلكترون.
إن الافتراض القائل بأن أي شحنة كهربائية يتم ملاحظتها في التجربة هي دائمًا مضاعف للشحنة الأولية تم التعبير عنه بواسطة B. Franklin (سم.فرانكلين بنيامين)عام 1752 بفضل تجارب السيد فاراداي (سم.فاراداي مايكل)وفقًا للتحليل الكهربائي، تم حساب قيمة الشحنة الأولية في عام 1834. كما تمت الإشارة إلى وجود شحنة كهربائية أولية في عام 1874 من قبل العالم الإنجليزي ج. ستوني. كما أدخل مفهوم "الإلكترون" في الفيزياء واقترح طريقة لحساب قيمة الشحنة الأولية. لأول مرة، تم قياس الشحنة الكهربائية الأولية تجريبيا بواسطة ر. ميليكان (سم.ميليكين روبرت أندروز)في عام 1908
إن حاملات المواد للشحنة الكهربائية الأولية في الطبيعة هي جسيمات أولية مشحونة (سم.الجسيمات الأولية).
الشحنة الكهربائية (سم.الشحنة الكهربائية)أي نظام مجهري وأجسام مجهرية يساوي دائمًا المجموع الجبري للشحنات الأولية المضمنة في النظام، أي عدد صحيح مضاعف للقيمة e (أو صفر).
القيمة المحددة حاليًا قيمه مطلقهالشحنة الكهربائية الأولية (سم.الشحنة الكهربائية الأولية)هو ه = (4.8032068 0.0000015) . 10 -10 وحدات SGSE أو 1.60217733. 10 -19 الصف. قيمة الشحنة الكهربائية الأولية المحسوبة باستخدام الصيغة، معبرًا عنها بالثوابت الفيزيائية، تعطي قيمة الشحنة الكهربائية الأولية: e = 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. إن الشحنة الكهربائية للجسيم الأولي هي السمة الأساسية له ولا تعتمد على اختيار النظام 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 الأولية السالبة هو إلكترون كتلته أنا = 9.11. 10 -31 كجم. حامل الابتدائية شحنة موجبةهو بروتون كتلته mp = 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. تحتوي جميع الجسيمات الأولية المشحونة تقريبًا على شحنة e - أو e + (الاستثناء هو بعض الرنينات ذات الشحنة التي تكون من مضاعفات e)؛ لم يتم ملاحظة الجسيمات ذات الشحنات الكهربائية الكسرية، ولكن في النظرية الحديثة للتفاعل القوي - الديناميكا اللونية الكمومية - يُفترض وجود جسيمات - الكواركات - بشحنات قابلة 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، هناك دائمًا اثنان ينشأان أو يختفيان تهمة الابتدائيةعلامات عكسية.
حجم الشحنة الكهربائية الأولية هو ثابت للتفاعلات الكهرومغناطيسية ويتم تضمينه في جميع معادلات الديناميكا الكهربائية المجهرية.

الإلكترون هو جسيم أولي، وهو أحد الوحدات الرئيسية في بنية المادة. شحنة الإلكترون سلبية. تم إجراء القياسات الأكثر دقة في بداية القرن العشرين بواسطة ميليكان وإيوفي.

شحنة الإلكترون تساوي -1.602176487 (40)*10 -1 9 C.

يتم قياس الشحنة الكهربائية للجزيئات الأصغر الأخرى من خلال هذه القيمة.

المفهوم العام للإلكترون

تقول فيزياء الجسيمات أن الإلكترون غير قابل للتجزئة وليس له بنية. ويشارك في العمليات الكهرومغناطيسية والجاذبية وينتمي إلى مجموعة اللبتون، تمامًا مثل جسيمه المضاد، البوزيترون. من بين اللبتونات الأخرى فهو الأخف وزنا. إذا اصطدمت الإلكترونات والبوزيترونات، فإن ذلك يؤدي إلى فناءهما. يمكن أن ينشأ مثل هذا الزوج من كمية جاما من الجسيمات.

قبل قياس النيوترينوات، كان الإلكترون يعتبر أخف الجسيمات. في ميكانيكا الكم يصنف على أنه فرميون. كما أن الإلكترون لديه لحظة جاذبة. إذا تم تضمين البوزيترون أيضًا فيه، فسيتم تقسيم البوزيترون كجسيم موجب الشحنة، ويسمى الإلكترون نيجاترون، كجسيم بشحنة سالبة.

خصائص مختارة للإلكترونات

تصنف الإلكترونات على أنها الجيل الأول من اللبتونات، ولها خصائص الجسيمات والأمواج. يتمتع كل واحد منهم بحالة كمومية، والتي يتم تحديدها عن طريق قياس الطاقة واتجاه الدوران ومعلمات أخرى. ويتجلى انتمائه إلى الفرميونات من خلال استحالة وجود إلكترونين في نفس الحالة الكمومية في نفس الوقت (حسب مبدأ باولي).

تتم دراسته بنفس طريقة دراسة شبه الجسيم في الإمكانات البلورية الدورية، والتي يمكن أن تختلف كتلتها الفعالة بشكل كبير عن الكتلة في حالة الراحة.

من خلال حركة الإلكترونات، يحدث التيار الكهربائي والمغناطيسية والمجال الكهرومغناطيسي الحراري. تشكل شحنة الإلكترون المتحرك مجالًا مغناطيسيًا. ومع ذلك، فإن المجال المغناطيسي الخارجي ينحرف الجسيم عنه الاتجاه المباشر. عند تسريعه، يكتسب الإلكترون القدرة على امتصاص أو إصدار الطاقة على شكل فوتون. يتكون عددها من قذائف ذرية إلكترونية، يحدد عددها وموضعها خصائصها الكيميائية.

تتكون الكتلة الذرية بشكل أساسي من البروتونات والنيوترونات النووية، بينما تشكل كتلة الإلكترونات حوالي 0.06% من إجمالي الوزن الذري. تعد قوة كولوم الكهربائية إحدى القوى الرئيسية القادرة على احتجاز الإلكترون بالقرب من النواة. ولكن عندما يتم إنشاء الجزيئات من الذرات وتنشأ الروابط الكيميائية، يتم إعادة توزيع الإلكترونات في الفضاء الجديد المتكون.

تشارك النيوكليونات والهادرونات في ظهور الإلكترونات. النظائر ذات الخصائص المشعة قادرة على انبعاث الإلكترونات. وفي الظروف المختبرية، يمكن دراسة هذه الجسيمات أجهزة خاصةوعلى سبيل المثال يمكن للتلسكوبات اكتشاف الإشعاع الصادر منها في السحب البلازمية.

افتتاح

تم اكتشاف الإلكترون من قبل علماء الفيزياء الألمان في القرن التاسع عشر عندما كانوا يدرسون خصائص الكاثود للأشعة. ثم بدأ علماء آخرون بدراسته بمزيد من التفصيل، ورفعوه إلى مرتبة جسيم منفصل. تمت دراسة الإشعاع والظواهر الفيزيائية الأخرى ذات الصلة.

على سبيل المثال، قام الفريق بقيادة طومسون بتقدير شحنة الإلكترون وكتلة شعاع الكاثود، والتي وجدوا أن العلاقة بينهما لا تعتمد على مصدر المادة.
ووجد بيكريل أن المعادن تبعث الإشعاع من تلقاء نفسها، وأشعة بيتا الخاصة بها قادرة على الانحراف بفعل المجال الكهربائي، وتحتفظ الكتلة والشحنة بنفس نسبة أشعة الكاثود.

النظرية الذرية

ووفقا لهذه النظرية، تتكون الذرة من نواة وإلكترونات حولها مرتبة في سحابة. وهي في حالات كمية معينة من الطاقة، والتي يكون تغيرها مصحوبًا بعملية امتصاص أو انبعاث للفوتونات.

ميكانيكا الكم

في بداية القرن العشرين، تم صياغة فرضية مفادها أن جزيئات المادة لها خصائص كل من الجزيئات نفسها والموجات. يمكن أن يظهر الضوء أيضًا على شكل موجة (وتسمى موجة دي برولي) وجسيمات (فوتونات).

ونتيجة لذلك تم صياغة معادلة شرودنغر الشهيرة التي تصف انتشار موجات الإلكترون. ويسمى هذا النهج ميكانيكا الكم. تم استخدامه لحساب حالات الطاقة الإلكترونية في ذرة الهيدروجين.

الخصائص الأساسية والكمية للإلكترون

يعرض الجسيم الخصائص الأساسية والكمية.

تشمل العناصر الأساسية الكتلة (9.109 * 10 -31 كجم)، والشحنة الكهربائية الأولية (أي الحد الأدنى من الشحنة). وبحسب القياسات التي تم إجراؤها حتى الآن، لا يحتوي الإلكترون على أي عناصر يمكن أن تكشف عن بنيته التحتية. لكن بعض العلماء يرون أنه جسيم مشحون يشبه النقطة. وكما هو موضح في بداية المقال فإن الشحنة الكهربائية الإلكترونية هي -1.602*10 -19 درجة مئوية.

على الرغم من كونه جسيمًا، إلا أنه يمكن أن يكون موجة في نفس الوقت. وتؤكد تجربة الشقين إمكانية مروره عبرهما في وقت واحد. وهذا يتعارض مع خصائص الجسيم، حيث يكون المرور عبر شق واحد فقط ممكنًا في المرة الواحدة.

ويعتقد أن الإلكترونات لها نفس الشيء الخصائص الفيزيائية. ولذلك، فإن إعادة ترتيبها، من وجهة نظر ميكانيكا الكملا يؤدي إلى تغيير في حالة النظام. وظيفة موجة الإلكترون غير متماثلة. ولذلك فإن محاليلها تختفي عندما تقع الإلكترونات المتطابقة في نفس الحالة الكمومية (مبدأ باولي).

« الفيزياء - الصف العاشر"

أولاً، دعونا نفكر في أبسط حالة، عندما تكون الأجسام المشحونة كهربائيًا في حالة سكون.

يسمى فرع الديناميكا الكهربائية المخصص لدراسة ظروف توازن الأجسام المشحونة كهربائيا الكهرباء الساكنة.

ما هي الشحنة الكهربائية؟
ما هي الرسوم هناك؟

مع الكلمات الكهرباء، الشحنة الكهربائية، كهرباء لقد التقيت عدة مرات وتمكنت من التعود عليها. لكن حاول الإجابة على السؤال: ما هي الشحنة الكهربائية؟ المفهوم نفسه تكلفة- هذا مفهوم أساسي أساسي لا يمكن اختزاله في المستوى الحالي لتطور معرفتنا إلى أي مفاهيم أولية أبسط.

دعونا نحاول أولًا معرفة المقصود بالعبارة: "هذا الجسم أو الجسيم له شحنة كهربائية".

جميع الأجسام مبنية من أصغر الجزيئات التي لا يمكن تجزئتها إلى جزيئات أبسط ولذلك تسمى ابتدائي.

الجسيمات الأولية لها كتلة ونتيجة لذلك تنجذب إلى بعضها البعض وفقًا للقانون الجاذبية العالمية. ومع زيادة المسافة بين الجسيمات، تتناقص قوة الجاذبية بشكل عكسي مع مربع هذه المسافة. كما أن معظم الجسيمات الأولية، وإن لم تكن كلها، لديها القدرة على التفاعل مع بعضها البعض بقوة تتناقص أيضًا عكسيًا مع مربع المسافة، لكن هذه القوة أكبر بعدة مرات من قوة الجاذبية.

لذلك في ذرة الهيدروجين، الموضحة تخطيطيًا في الشكل 14.1، ينجذب الإلكترون إلى النواة (البروتون) بقوة أكبر بمقدار 10 39 مرة من قوة الجذب الثقالي.

إذا تفاعلت الجسيمات مع بعضها البعض بقوى تتناقص مع زيادة المسافة بنفس طريقة قوى الجاذبية العالمية، ولكنها تتجاوز قوى الجاذبية عدة مرات، فيقال إن هذه الجسيمات لها شحنة كهربائية. تسمى الجسيمات نفسها متهم.

هناك جسيمات بدون شحنة كهربائية، لكن لا توجد شحنة كهربائية بدون جسيم.

يسمى تفاعل الجزيئات المشحونة الكهرومغناطيسي.

تحدد الشحنة الكهربائية شدة التفاعلات الكهرومغناطيسية، تمامًا كما تحدد الكتلة شدة التفاعلات الجاذبية.

إن الشحنة الكهربائية للجسيم الأولي ليست آلية خاصة في الجسيم يمكن إزالتها منه وتحللها إلى الأجزاء المكونة له وإعادة تجميعها. فوجود شحنة كهربائية على الإلكترون والجسيمات الأخرى لا يعني إلا وجود تفاعلات قوى معينة بينها.

نحن، في جوهر الأمر، لا نعرف شيئًا عن الشحنة إذا كنا لا نعرف قوانين هذه التفاعلات. ينبغي تضمين معرفة قوانين التفاعلات في أفكارنا حول الشحنة. هذه القوانين ليست بسيطة، ومن المستحيل تلخيصها في بضع كلمات. ولذلك، فمن المستحيل إعطاء مرضية بما فيه الكفاية تعريف قصيرمفهوم الشحنة الكهربائية.

علامتان للشحنات الكهربائية.

جميع الأجسام لها كتلة وبالتالي تجذب بعضها البعض. يمكن للأجسام المشحونة أن تجتذب وتتنافر مع بعضها البعض. هذه الحقيقة الأكثر أهمية، والمألوفة لك، تعني أنه يوجد في الطبيعة جسيمات ذات شحنات كهربائية ذات إشارات متعاكسة؛ في حالة الشحنات التي لها نفس الإشارة، تتنافر الجسيمات، وفي حالة وجود علامات مختلفة، تتجاذب.

شحنة الجسيمات الأولية - البروتونات، والتي هي جزء من جميع النوى الذرية، تسمى إيجابية، والشحنة الإلكترونات- سلبي. لا توجد فروق داخلية بين الشحنات الإيجابية والسلبية. ولو انعكست إشارات شحنات الجسيمات، فلن تتغير طبيعة التفاعلات الكهرومغناطيسية على الإطلاق.

تهمة الابتدائية.

بالإضافة إلى الإلكترونات والبروتونات، هناك عدة أنواع أخرى من الجسيمات الأولية المشحونة. لكن الإلكترونات والبروتونات فقط هي التي يمكن أن توجد في حالة حرة إلى أجل غير مسمى. وتعيش بقية الجسيمات المشحونة أقل من جزء من المليون من الثانية. لقد ولدوا أثناء اصطدام الجزيئات الأولية السريعة، وبعد أن كانت موجودة لفترة قصيرة جدًا، تتحلل وتتحول إلى جزيئات أخرى. سوف تتعرف على هذه الجسيمات في الصف الحادي عشر.

تشمل الجسيمات التي لا تحتوي على شحنة كهربائية النيوترون. وكتلته أكبر بقليل من كتلة البروتون. تشكل النيوترونات، مع البروتونات، جزءًا من النواة الذرية. إذا كان للجسيم الأولي شحنة، فإن قيمته محددة بدقة.

أجسام مشحونةتلعب القوى الكهرومغناطيسية في الطبيعة دورًا كبيرًا نظرًا لأن جميع الأجسام تحتوي على جزيئات مشحونة كهربائيًا. الأجزاء المكونة للذرات - النوى والإلكترونات - لها شحنة كهربائية.

لم يتم اكتشاف التأثير المباشر للقوى الكهرومغناطيسية بين الأجسام، لأن الأجسام في حالتها الطبيعية تكون محايدة كهربائيًا.

تعتبر ذرة أي مادة متعادلة لأن عدد الإلكترونات فيها يساوي عدد البروتونات الموجودة في النواة. ترتبط الجزيئات المشحونة إيجابيا وسلبيا ببعضها البعض القوى الكهربائيةوتشكيل أنظمة محايدة.

يكون الجسم العياني مشحونًا كهربائيًا إذا كان يحتوي على كمية زائدة من الجسيمات الأولية مع أي علامة شحن واحدة. وبالتالي فإن الشحنة السالبة للجسم ترجع إلى زيادة عدد الإلكترونات مقارنة بعدد البروتونات، والشحنة الموجبة ترجع إلى نقص الإلكترونات.

من أجل الحصول على جسم مجهري مشحون كهربائياً، أي كهربته، من الضروري فصل جزء من الشحنة السالبة عن الشحنة الموجبة المرتبطة به أو نقل شحنة سالبة إلى جسم محايد.

ويمكن القيام بذلك باستخدام الاحتكاك. إذا قمت بتشغيل مشط من خلال الشعر الجاف، فإن جزءا صغيرا من الجزيئات المشحونة الأكثر متنقلة - الإلكترونات - سوف ينتقل من الشعر إلى المشط ويشحنه سلبا، وسوف يشحن الشعر بشكل إيجابي.

المساواة في الرسوم أثناء الكهرباء

بمساعدة التجربة، يمكن إثبات أنه عند كهربة الاحتكاك، يكتسب كلا الجسمين شحنات متضادة في الإشارة، ولكنها متطابقة في الحجم.

لنأخذ مقياسًا كهربائيًا، يوجد على قضيبه كرة معدنية بها ثقب، ولوحين على مقابض طويلة: أحدهما مصنوع من المطاط الصلب والآخر مصنوع من زجاج شبكي. عندما تحتك الصفائح ببعضها البعض، تصبح مكهربة.

لنقوم بإحضار أحد الألواح داخل الكرة دون لمس جدرانها. إذا كانت اللوحة مشحونة بشحنة موجبة، فإن بعض الإلكترونات من إبرة وقضيب مقياس الكهربية سوف تنجذب إلى اللوحة وتتجمع على السطح الداخليالمجالات. في الوقت نفسه، سيتم شحن السهم بشكل إيجابي وسيتم دفعه بعيدًا عن قضيب مقياس الكهربية (الشكل 14.2، أ).

إذا قمت بإحضار لوحة أخرى داخل المجال، فقم بإزالة الأول أولا، فسيتم طرد إلكترونات المجال والقضيب من اللوحة وسوف تتراكم بشكل زائد على السهم. سيؤدي ذلك إلى انحراف السهم عن القضيب، وبنفس الزاوية التي في التجربة الأولى.

بعد أن قمنا بإنزال كلتا الصفيحتين داخل الكرة، لن نكتشف أي انحراف للسهم على الإطلاق (الشكل 14.2، ب). وهذا يثبت أن شحنات اللوحين متساوية في المقدار ومتعاكسة في الإشارة.

كهربة الأجسام ومظاهرها.تحدث كهربة كبيرة أثناء احتكاك الأقمشة الاصطناعية. عند خلع قميص مصنوع من مادة صناعية في الهواء الجاف، يمكنك سماع صوت طقطقة مميز. تقفز شرارات صغيرة بين المناطق المشحونة من أسطح الاحتكاك.

في دور الطباعة، يتم كهربة الورق أثناء الطباعة وتلتصق الأوراق ببعضها البعض. ولمنع حدوث ذلك، يتم استخدام أجهزة خاصة لتصريف الشحنة. ومع ذلك، يتم استخدام كهربة الأجسام على اتصال وثيق في بعض الأحيان، على سبيل المثال، في مختلف منشآت النسخ الكهربائي، وما إلى ذلك.

قانون حفظ الشحنة الكهربائية.

تثبت تجربة كهربة اللوحات أنه أثناء كهربة الاحتكاك، تحدث إعادة توزيع الشحنات الموجودة بين الأجسام التي كانت محايدة سابقًا. ينتقل جزء صغير من الإلكترونات من جسم إلى آخر. وفي هذه الحالة، لا تظهر جسيمات جديدة، ولا تختفي الجسيمات الموجودة مسبقًا.

عندما تصبح الأجسام مكهربة، قانون حفظ الشحنة الكهربائية. هذا القانون صالح لنظام لا تدخل إليه الجسيمات المشحونة من الخارج ولا تخرج منه، أي نظام معزول.

في النظام المعزول، يتم الحفاظ على المجموع الجبري لشحنات جميع الأجسام.

ف 1 + ف 2 + ف 3 + ... + ف ن = ثابت. (14.1)

حيث q 1 و q 2 وما إلى ذلك هي شحنات الأجسام المشحونة الفردية.

قانون حفظ الشحنة له معنى عميق. إذا لم يتغير عدد الجسيمات الأولية المشحونة، فإن تحقيق قانون الحفاظ على الشحنة يكون واضحًا. لكن الجسيمات الأولية يمكن أن تتحول إلى بعضها البعض، وتولد وتختفي، مما يعطي الحياة لجسيمات جديدة.

ومع ذلك، في جميع الحالات، تولد الجسيمات المشحونة فقط في أزواج بشحنات من نفس الحجم ومعاكسة في الإشارة؛ تختفي الجزيئات المشحونة أيضًا في أزواج فقط، وتتحول إلى جزيئات محايدة. وفي جميع هذه الحالات، يظل المجموع الجبري للشحنات كما هو.

يتم تأكيد صحة قانون حفظ الشحنة من خلال ملاحظات عدد كبير من تحولات الجسيمات الأولية. يعبر هذا القانون عن إحدى الخصائص الأساسية للشحنة الكهربائية. ولا يزال سبب حفظ الشحنة غير معروف.