Wykład Ładunki elektryczne

Transkrypt

1 Wykład 2 4. Ładunki elektryczne Czym są ładunki elektryczne? Odpowiedź na to pytanie jest tak trudne, jak odpowiedź na pytanie, czym jest masa. Istnienie ładunków w przyrodzie jest faktem, który musimy zaakceptować. Sens mają następujące pytania: 1. W jaki sposób uwidocznić istnienia ładunków? 2. Jakie mają one własności i czy i jak oddziaływują pomiędzi sobą? Odpowiedź na te pytania musi nam dać doświadczenie. Reinhard Kulessa 1

2 Reinhard Kulessa 2

3 Reinhard Kulessa 3

4 Występujące w przyrodzie wyładowania elektryczne można sobie wytłumaczyć w następujący sposób: Reinhard Kulessa 4

5 Zjawisk, które potwierdzają istnienie ładunków jest wiele. Spotykamy się z nimi codziennie. Wróćmy więc do odpowiedzi, jakie daje nam doświadczenie na temat ładunków elektrycznych. Co wiemy z doświadczenia? Reinhard Kulessa 5

6 Z doświadczenia znamy następujące fakty: 1. Przyciąganie skrawków sukna przez bursztyn, czyli (Electrum) zauważone zostało przez Greków ok roku p.n.e. 2. Około roku 1600 Gilbert zauważa, że elektryzowanie jest powszechnie występującym zjawiskiem. 3. W roku 1730 C. Dufay stwierdza, że istnieje dwa rodzaje elektryczności. Obecnie jest dla nas oczywistością istnienie dwóch typów ładunków typu szklanego dodatnie, - typu ebonitowego ujemne. Istnienie ładunków dodatnich i ujemnych pokazał w roku 1750 Benjamin Franklin. Reinhard Kulessa 6

7 4. Materia w stanie równowagi jest neutralna, lecz wiemy, że składa się z ładunków, Ładunek należy do podstawowych własności atomu W atomach ładunek jest umieszczony w jądrze atomowym i na powłokach elektronowych. powłoka -- -Ze Z elektronów, każdy o ładunku e jądro -- +Ze Z protonów, każdy o ładunku +e Pomiędzy jądrem a elektronami działają siły. Reinhard Kulessa 7

8 Reinhard Kulessa 8

9 Ładunek występuje zawsze w ustalonych wielkościach. Podstawowym kwantem ładunku jest ±e Proton posiada ładunek +e Kwarki posiadają ładunki ułamkowe Elektron posiada ładunek -e Reinhard Kulessa 9

10 5. Ładunki zauważa się, gdy zaburzymy neutralność. Ładunki można rozdzielić i stwierdzić ich istnienie. Poruszać mogą się tylko elektrony ładunek dodatni deficyt elektronów ładunek ujemny - nadmiar elektronów Rozdział ładunku następuje np. przez kontakt różnych materiałów. + sierść kocia metal woda - twarda guma taśma klejąca teflon Reinhard Kulessa 10

11 Reinhard Kulessa 11

12 Ładunki jednego znaku odpychają się Ładunki różnych znaków przyciągają się Reinhard Kulessa 12

13 guma guma szkło guma Reinhard Kulessa 13

14 Pomiędzy ładunkami oddziaływują więc siły. Badaniami sił działających pomiędzy spoczywającymi ładunkami zajmuje się ELEKTROSTATYKA W różnych ciałach ładunki mogą się przemieszczać w różnym stopniu. Ciała w których ładunki przemieszczają się swobodnie nazywamy przewodnikami Przewodnik Reinhard Kulessa 14

15 Ciała, w których ładunki nie poruszają się swobodnie, nazywamy izolatorami Izolator Ładunki mogą więc przemieszczać się pomiędzy różnymi ciałami, jeśli połączymy je przewodnikiem Reinhard Kulessa 15

16 Doświadczenie pokazuje, że ładunki gromadzą się tylko na powierzchni przewodnika. Klatka Faradaya ekranuje elektroskop od ładunku Nie da się zebrać ładunku z Z wewnętrznej powierzchni czaszy kulistej Reinhard Kulessa 16

17 ELEKTROSKOP Elektroskop jest przyrządem pozwalającym sprawdzić naładowanie dowolnego ciała Reinhard Kulessa 17

18 Jednym z podstawowych praw dotyczących ładunków jest Prawo Zachowania Ładunku. Sumaryczny ładunek układu odizolowanego elektryczznie pozostaje stały Nie można zniweczyć, ani wytworzyć odosobnionych ładunków jednego znaku. Przykładem może być rozpad alfa jądra uranu 238: Ładunek jest tutaj zawarty w protonach i widać, że liczba protonów przed i po rozpadzie jest taka sama. Ładunek został więc zachowany. Reinhard Kulessa 18

19 Reinhard Kulessa 19