Физика · 8 класс3 четвертьТема 1Лабораторная работаГОСО РК 2026Базовый

Электризация тел. Два рода зарядов. Закон Кулона

Положительный и отрицательный заряды. Дискретность заряда. Элементарный заряд электрона. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона для точечных зарядов в вакууме.

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы3 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ3 четвертьдескрипторы ГОСО

Явление электризации известно со времен Древней Греции (Фалес Милетский, VI век до н.э.), где было замечено, что потертый о шерсть янтарь («электрон») притягивает легкие пылинки и перышки.

Тело, приобретшее после натирания способность притягивать другие тела, называют наэлектризованным (заряженным), а процесс — электризацией. При электризации трением ВСЕГДА электризуются ОБА соприкасающихся тела (например, эбонитовая палочка и сукно) противоположными по знаку зарядами.

В природе существует ровно два рода электрических зарядов, условно названных Бенджамином Франклином:

• Положительный (+) — заряд, возникающий на стеклянной палочке, потертой о натуральный шелк.

• Отрицательный (-) — заряд, возникающий на эбонитовой или янтарной палочке, потертой о шерсть.

Одноименные заряды взаимно отталкиваются (+ и +, - и -), а разноименные — взаимно притягиваются (+ и -).

ОДНОИМЕННЫЕ ЗАРЯДЫ

Взаимное отталкивание

Два положительных или два отрицательных заряда отталкивают друг друга.
РАЗНОИМЕННЫЕ ЗАРЯДЫ

Взаимное притяжение

Положительный и отрицательный заряды притягиваются с кулоновской силой.

Планетарная модель атома (Резерфорд, 1911 г.): в центре атома находится положительно заряженное ядро, состоящее из протонов (заряд +e) и нейтронов (0). Вокруг ядра по квантовым орбитам движутся отрицательно заряженные электроны (заряд -e).

Элементарный электрический заряд (e) — наименьший неделимый электрический заряд в природе: e = 1.6 · 10⁻¹⁹ Кл. В нейтральном атоме число электронов в точности равно числу протонов в ядре (атом в целом электрически нейтрален).

Сущность электризации: электроны обладают ничтожной массой и способны переходить от одного тела к другому при контакте. Тело, отдавшее электроны, заряжается положительно (недостаток электронов). Тело, принявшее электроны, заряжается отрицательно (избыток электронов).

Закон сохранения электрического заряда: в электрически изолированной замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается строго постоянной при любых взаимодействиях:

q₁ + q₂ + ... + qn = const.

Дискретность электрического зарядаЗакон сохранения заряда
q = N · e; e = 1.602 · 10⁻¹⁹ Кл
где q — электрический заряд тела (Кл), N — избыточное или недостающее число электронов, e — элементарный заряд.
Закон сохранения заряда
При соприкосновении двух одинаковых проводящих шариков суммарный заряд делится поровну: q = (q₁ + q₂) / 2.

По способности проводить электрические заряды все вещества разделяют на три группы:

1. Проводники — вещества, содержащие огромное количество свободных носителей заряда (в металлах — свободные электроны; в электролитах — положительные и отрицательные ионы). Все металлы, водные растворы солей и кислот, графит, почва и человеческое тело — отличные проводники.

2. Диэлектрики (изоляторы) — вещества, в которых практически отсутствуют свободные заряды (все электроны прочно связаны со своими ядрами). Фарфор, стекло, эбонит, резина, сухой воздух, дистиллированная вода, пластмассы — диэлектрики.

3. Полупроводники (кремний, германий) — занимают промежуточное положение, их проводимость сильно растет при нагревании и освещении (основа всей микроэлектроники и процессоров).

Электроскоп — простейший индикатор наличия электрического заряда, основанный на отталкивании двух одноименно заряженных подвижных лепестков из тонкой алюминиевой фольги.

ПРОВОДНИКИ

Свободные электроны

Заряд свободно растекается по всей поверхности металлического проводника.
ДИЭЛЕКТРИКИ

Связанные заряды

Заряд локализуется строго в месте натирания и не перемещается по телу.

Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до других тел.

В 1785 году Шарль Кулон на крутильных весах экспериментально установил фундаментальный закон электростатики.

Закон Кулона: сила взаимодействия двух неподвижных точечных электрических зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль прямой, соединяющей заряды:

F=k⋅(∣q1∣⋅∣q2∣)/r2F = k \cdot (|q_1| \cdot |q_2|) / r^2.

Коэффициент пропорциональности в СИ: k = 1 / (4πε₀) ≈ 9 · 10⁹ Н · м² / Кл². В среде с диэлектрической проницаемостью ε сила Кулона ослабляется в ε раз: Fср = Fвак / ε.

Шаг 1
Перевести заряды в Кулоны (Кл)
Микрокулоны: 1 мкКл = 10⁻⁶ Кл; нанокулоны: 1 нКл = 10⁻⁹ Кл.
Шаг 2
Перевести расстояние в метры (м)
Сантиметры перевести в метры (10 см = 0.1 м).
Шаг 3
Вычислить силу по формуле Кулона
F = 9·10⁹ · |q₁·q₂| / r². Учесть характер взаимодействия (притяжение или отталкивание).
Закон Кулона для точечных зарядовОбратно квадратичный закон
F=k⋅(∣q1∣⋅∣q2∣)/(ε⋅r2);k=9⋅109Н⋅м2/Кл2F = k \cdot (|q_1| \cdot |q_2|) / ( \varepsilon \cdot r^2);\quad k = 9 \cdot 10^9 Н \cdot м^2/Кл^2
где F — сила Кулона (Н), q₁, q₂ — заряды (Кл), r — расстояние (м), ε — диэлектрическая проницаемость среды (для воздуха и вакуума ε = 1).
Обратно квадратичный закон
При увеличении расстояния между зарядами в 3 раза сила взаимодействия падает в 3² = 9 раз!

Каким образом заряды взаимодействуют через пустоту? Майкл Фарадей доказал: вокруг любого неподвижного электрического заряда существует материальная среда особого вида — электрическое поле.

Свойства электрического поля:

1. Поле материально, непрерывно в пространстве и распространяется со скоростью света (c ≈ 300 000 км/с);

2. Главное свойство поля: оно действует с механической кулоновской силой на любой внесенный в него электрический заряд: F = q · E;

3. Для наглядного изображения поля используют силовые линии (линии напряженности) — линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с вектором силы, действующей на положительный заряд.

Силовые линии электростатического поля начинаются на положительных зарядах (+) и заканчиваются на отрицательных зарядах (-) либо уходят в бесконечность.

ИСТОЧНИК ПОЛЯ

Заряд (+)

Силовые линии радиально расходятся от положительного заряда наружу.
СТОК ПОЛЯ

Заряд (-)

Силовые линии радиально сходятся к отрицательному заряду со всех сторон.
Ваш прогресс по теме25%
Шпаргалка формул8 класс
Количество теплоты при нагревании:
Q=c⋅m⋅(t2−t1)Q = c \cdot m \cdot (t_2 - t_1)[Дж]
Закон Ома для участка цепи:
I=U/RI = U / R[А]
Уравнение теплового баланса:
Qпол=QотдQ_{\text{пол}} = Q_{\text{отд}}[Дж]
Теплота плавления и кристаллизации:
Q=λ⋅mQ = \lambda \cdot m[Дж]
Следующая тема

Электрический ток. Сила тока, напряжение, сопротивление. Закон Ома для участка цепи

Перейти к теме →