Физика — Электрический заряд. Закон Кулона.
Привет! Сегодня попробуем разобраться: что такое электрический заряд? И порешаем задачи на закон Кулона.
Всё что нас окружает состоит из мельчайших частиц — атомов.
Как мы знаем, в планетарной модели в центре атома находится ядро, состоящее из протонов и нейтронов, а вокруг ядра вращаются электроны.
Схематичное представление некоторых элементов в виде планетарной модели изображено на рисунке:
Электрон, принято считать, заряжен отрицательным единичным зарядом, протон — положительным единичным зарядом. Нейтроны не имеют заряда. В целом атом нейтрален, т.к. количество электронов и протонов в атоме равно.
Посмотрим на эти три элемента в таблице Менделеева.
Порядковый номер элемента в таблице Менделеева показывает количество протонов и электронов атома (заряд ядра). Второе число — это атомная масса элемента.
Зная порядковый номер элемента Z и атомную массу A, можно вычислить количество нейтронов N. Например, у лития будет 4 нейтрона:
N = A — Z = 7 — 3 = 4
Характеристики частиц
| Частица | Заряд | Масса | ||
| Кл | Условн. ед. | г | a.e.м. | |
| Электрон | -1,6∙10 -19 | -1 | 9,1∙10 -28 | 0,00055 |
| Протон | 1,6∙10 -19 | +1 | 1,67∙10 -24 | 1,00728 |
| Нейтрон | 0 | 0 | 1,67∙10 -24 | 1,00866 |
Если стеклянную палочку потереть о шёлк, то электроны со стекла перейдут на шёлк. Таким образом, палочка зарядится положительно, а шёлк отрицательно. Если потереть о мех эбонитовую палочку, то электроны с меха перейдут на эбонит. И эбонит зарядится отрицательно, а мех положительно.
Когда электроны покидают атом, они оставляют положительно заряженное ядро. Положительно заряженные протоны остаются в ядре. Ядро становится нескомпенсированным и появляется положительный заряд. Где появляется избыток отрицательно заряженных электронов, получается отрицательный заряд.
Получается ли при трении заряд и, если получается, какого он знака, зависит от материалов.
Одноименные заряды отталкиваются. Разноимённые заряды притягиваются.
Взаимодействие между зарядами происходит из-за электрического поля вокруг зарядов.
Заряд измеряется в Кулонах (Кл). Минимальный заряд равен заряду электрона (протона) ±1,6∙10 -19 .
Вопрос: Изменится ли масса шара, заряженного положительным зарядом, если к шару прикоснуться пальцем? Почему?
Ответ: Если к положительно заряженному телу прикоснуться электрически нейтральным пальцем, то электроны с нейтрального пальца притянуться на положительное заряженное тело. Таким образом, масса шарика увеличится.
Задача (Распределение зарядов)
Заряды двух одинаковых металлических шариков равны соответственно -9q и -11q. Шарики провели в соприкосновение и раздвинули. Какой заряд будет после этого у каждого из шариков?
При соприкосновении шаров заряд суммируется:
После того, как шарики раздвинут, заряд разделится на две равные части.
-20q : 2 = -10q
Ответ: -10q
Задача (Наэлектризованная палочка)
Определите, какое действие будет оказывать наэлектризованная палочка на подвешенный шарик в случаях, изображённых на рисунке
Решение:
1) В первом случае шарик электрически нейтральный. При поднесении к нему положительно заряженной палочки, электроны будут собираться с той стороны, с которой подносится положительно заряженная палочка. Палочка как бы притягивает отрицательно заряженные электроны на одну сторону. Получается индуцированный отрицательный заряд. Та сторона, которую покинули электроны (противоположная сторона от палочки), будет заряжена положительно, т.к. там остались положительно заряженные нескомпенсированные ядра атомов. Электроны имеют знак «-«, палочка знак «+», значит, палочка и шарик будут притягиваться к друг другу.
2) Аналогично, палочка и шарик будут притягиваться. Но теперь отрицательно заряженные электроны будут «убегать» от палочки на противоположную сторону, а та сторона шарика, которая находится близко к палочке, будет заряжена положительно.
3) Будут притягиваться
4) Будут отталкиваться
5) Будут отталкиваться
6) Будут притягиваться
Задача (Количество электронов)
У электрически нейтрального металлического шара удалили часть электронов. Заряд шара стал равен 2∙10 -6 Кл. Сколько электронов удалено с шара? На сколько изменилась масса шара? Элементарный заряд e=1,6∙10 -19 Кл, масса электрона me=0,9∙10 -30 кг.
Заряд шара стал равен 2∙10 -6 Кл, значит, такой же заряд был удалён в виде электронов.
После удаления электронов, масса шара уменьшиться на
Ответ: N=1,25∙10 13 ; M = 1,125∙10 -17 кг
Закон Кулона
Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
F — сила взаимодействия, q1 и q2 — заряды, r — расстояние между зарядами, k — коэффициент пропорциональности.
Если заряды разных знаков, то закон Кулона показывает, с какой силой притягиваются заряды. Если заряды одинаковых знаков, то закон Кулона показывает, с какой силой отталкиваются заряды.
Вопрос: Как изменится сила взаимодействия между двумя точечными зарядами, если увеличить расстояние между ними в 2 раза.
Ответ: Сила взаимодействия двух точечных зарядов в первом случае:
Сила взаимодействия этих же точечных зарядов во втором случае:
Получается сила уменьшится в 4 раза.
Задача (На закон Кулона)
Определите силу взаимодействия двух одинаковых точечных зарядов по 1 мкКл, находящихся на расстоянии 30 см друг от друга.
На сегодня всё, до свидания!
Сколько электронов проходит через поперечное сечение проводника площадью 4?
Количество электронов, которые проходят через поперечное сечение проводника, можно определить с помощью формулы:
где N — количество электронов, n — концентрация электронов в проводнике, A — площадь поперечного сечения проводника, v — скорость электронов.
Площадь поперечного сечения проводника может быть вычислена с помощью формулы:
где l — длина проводника, w — ширина проводника.
Таким образом, количество электронов, проходимых через поперечное сечение проводника площадью 4, зависит от концентрации электронов, скорости их движения, а также от геометрических параметров проводника.
Влияние площади проводника на количество проходящих электронов
Площадь проводника является одним из важнейших параметров, влияющих на количество электронов, которые могут пройти через поперечное сечение проводника. Большая площадь проводника позволяет пропустить большее количество электронов, а меньшая площадь — меньшее количество электронов.
При прохождении электрического тока через проводник, электроны, заряженные частицы, движутся внутри проводника. Чем больше свободного места имеет электрон, тем проще ему передвигаться и тем большее пространство он может обойти. При большей площади проводника достаточно места для движения электронов, и они могут свободно проходить через поперечное сечение проводника.
Количество электронов, проходящих через поперечное сечение проводника, пропорционально его площади. Если площадь увеличивается, количество проходящих электронов также увеличивается. Это объясняется тем, что большая площадь проводника предоставляет больше свободного пространства для движения электронов.
Также следует отметить, что площадь проводника связана с его сопротивлением. Проводники с большой площадью имеют меньшее сопротивление, поскольку у электронов есть больше места для движения, что упрощает прохождение тока. В то же время, проводники с маленькой площадью имеют большее сопротивление, так как электроны должны преодолеть большее сопротивление движения.
Итак, площадь проводника является важным фактором, влияющим на количество электронов, проходящих через поперечное сечение проводника. Большая площадь позволяет пропустить большее количество электронов, а меньшая площадь — меньшее количество электронов.
Сопротивление проводника и поперечное сечение
Сопротивление проводника — это физическая характеристика, определяющая, насколько трудно электрический ток может протекать через него. Оно зависит от различных факторов, включая материал проводника, его длину и площадь поперечного сечения.
Поперечное сечение проводника является площадью поперечного среза проводника, через которую проходит электрический ток. Чем больше площадь поперечного сечения, тем меньше сопротивление проводника, и наоборот. Это объясняется тем, что более широкая поверхность позволяет электронам проходить через проводник с меньшими препятствиями.
Для измерения сопротивления проводника используется единица измерения — ом (Ω). Чем больше значение сопротивления, тем меньше электрический ток сможет протекать через проводник при заданной разности потенциалов.
Поперечное сечение проводника влияет и на другие характеристики проводника, такие как его сила тока и мощность. Чем больше площадь поперечного сечения, тем больше тока способен пропустить проводник и тем выше его мощность при заданном напряжении.
Сопротивление проводника и поперечное сечение являются важными понятиями в области электротехники и используются при проектировании электрических цепей и расчете их эффективности.
Значение площади для электронного потока
Площадь поперечного сечения проводника является важным параметром при рассмотрении электронного потока. Она определяет количество электронов, проходящих через проводник за единицу времени.
Чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем больше электронов может пройти через него. И наоборот, чем меньше площадь, тем меньше электронов может пройти.
Математически связь между площадью и количеством электронов может быть выражена следующим образом:
| Площадь | Количество электронов |
|---|---|
| Маленькая | Меньше |
| Большая | Больше |
Из этой связи следует, что увеличение площади поперечного сечения проводника позволяет провести больше электронов через него за единицу времени. Это особенно важно при проектировании и расчете электрических цепей, чтобы обеспечить достаточную пропускную способность проводника для требуемого потока электронов.
Вопрос-ответ
Какие еще факторы, помимо площади сечения проводника, влияют на количество электронов, проходящих через него?
Количество электронов, проходящих через поперечное сечение проводника, также зависит от его материала, длины, формы, температуры и приложенного напряжения.
Как можно расчитать количество электронов, проходящих через проводник?
Количество электронов, проходящих через проводник, можно расчитать, умножив плотность электрического тока на время. Формула выглядит следующим образом: Q = I * t, где Q — количество заряда (электронов), прошедших через проводник; I — сила тока; t — время.
Влияет ли диаметр проводника на количество электронов, проходящих через него?
Диаметр проводника не влияет на количество электронов, проходящих через него. Количество электронов зависит только от площади поперечного сечения проводника.
Что произойдет с количеством электронов, проходящих через проводник, если увеличить его площадь?
Если увеличить площадь поперечного сечения проводника, то количество электронов, проходящих через него, также увеличится. Это связано с тем, что при увеличении площади увеличивается количество возможных путей для прохождения электронов.
Как найти число протонов, нейтронов и электронов
Соавтор(ы): Meredith Juncker, PhD. Мередит Джанкер — аспирантка, работает над получением степени PhD по биохимии и молукулярной биологии в Медицинском центре Университета штата Луизиана. Ее исследования посвящены белкам и нейродегенеративным заболеваниям.
Количество источников, использованных в этой статье: 8. Вы найдете их список внизу страницы.
Количество просмотров этой статьи: 1 045 280.
В этой статье:
Протоны, нейтроны и электроны – основные частицы, из которых состоит атом. Протоны заряжены положительно, электроны – отрицательно, а нейтроны и вовсе не имеют заряда. [1] X Источник информации Масса электронов очень мала, а масса протонов и нейтронов практически одинакова. [2] X Источник информации На самом деле, найти в атоме количество протонов, нейтронов и электронов довольно просто, нужно только научиться ориентироваться по периодической таблице химических элементов Д.И.Менделеева.
Часть 1 из 2:
Как найти чисто протонов, электронов и нейтронов
- Таблицу Менделеева можно найти в учебнике по химии или в Интернете.
- Во время контрольных работ периодическую таблицу обычно предоставляют.
- Группы (столбцы) и периоды (строки) нужны для систематизации, по ним легко найти нужный вам элемент.
- Если вы ничего не знаете о нужном вам элементе, просто найдите его в таблице.
- Например, Бор (В) обозначен в таблице под номером 5, поэтому у него 5 протонов.
- Например, Бор (В) обозначен в таблице под номером 5, поэтому можно смело утверждать, что у него 5 электронов и 5 протонов.
- Однако если элемент содержит отрицательный или положительный ион, то протоны и электроны не будут одинаковыми. Вам придется вычислить их. Число ионов выглядит как маленький, верхний индекс после элемента.
- Округляйте атомную массу до ближайшего целого числа. Например, атомная масса бора = 10,811, соответственно, ее можно округлить до 11.
- Возьмем наш пример с бором: 11 (атомная масса) – 5 (атомный номер) = 6 нейтронов.
Задача по физике «Сколько электронов выделено в результате трения стеклянной палочки, если заряд стеклянной палочки 12,8 нКл
Дано: Сколько электронов выделено в результате трения стеклянной палочки, если заряд стеклянной палочки 12,8 нКл.
Решение.
Необходимо определить количество электронов — N .
N=q/e,
где
N-кол-во електронов
q-зарядe- заряд електрона
e=1.6*10 -19 —табличное значение
Подставляем в формулу. Делим 12 *10 -9 Кл на 1.6*10 -19 Кл и получаем 8*10 10
Ответ: Выделилось 8*10 10 электронов