Електричното поле
1. Електрично полнење и електрична струја
1.1 Полнење
1.1.1 Статичка електрична енергија
1. Веќе беше познато во античко време дека килибарот, нанесуваат со сува крпа, може да привлече мали, лесни тела, на пример, направени од волна. Овој ефект може да се постигне и со нанесуваат пластични фолии, пластични прачки, стаклени прачки и слично. покажуваат дека на пр. привлекуваат остатоци од хартија.
Во овие појави се забележуваат ефекти на сили кои не се од механичко потекло. За да се опишат овие појави, се воведува нова физичка особина наречена електричен полнеж. Q се користи како симбол за оваа количина; единицата за мерење е [Q] = 1 C (Кулон - по Чарлс Августин Кулон, 1736 - 1806). Наводен предмет што врши електрични сили се вели дека е електрично наполнет. Објект кој нема електричен ефект се нарекува ненаполнет или неутрален.
2. Можете брзо да изградите едноставен уред за откривање на електрично полнење сами:
Ако на овој индикатор за полнење му пријдете на електрично наполнет предмет, покажувачот на хартијата се врти кон него.
Ако ја замените лентата за хартија со лента од пластичен филм и ја триете, може да се направат дополнителни наб observудувања:
нанесен пластичен филм го одбива индикаторот за полнење,
нанесена стаклена прачка го привлекува индикаторот за полнење.
3. Друг уред за откривање на електричен полнеж е светилката:
Ако таквата светилка се држи до наполнето тело, една од електродите се пали.
1.1.2 Полнење на изолатори и метали
1. Ако се нанесуваат метални предмети, на пример, изолирана метална топка, ниту индикаторот за полнење, ниту светилката не можат да се користат за откривање на електричен полнеж на топчето. Ако, сепак, се отстрани нанесуваат пластична фолија од металната топка, може да се забележи сила што ја извршува топката врз индикаторот за полнење. Светилка за сјај што се држи до наполнетата метална топка исто така се пали и со тоа се докажува полнењето.
Ова значи дека металните предмети исто така можат да се полнат, иако не преку триење.
Сепак, може да се забележи разлика во наполнетите пластични фолии:
Сјајна светилка се пали неколку пати и на различни места на наполнет филм;
Светилката свети само еднаш на наполнет метален предмет.
Од ова може да се извлече заклучок: Електричниот полнеж е подвижен на метални тела; затоа тие се нарекуваат и електрични спроводници. Не-спроводливите предмети, како што се пластични прачки и фолии, стаклени прачки итн., Се нарекуваат изолатори.
2. Генератор на лента е уред во кој изолаторот се полни со триење и полнежот се пренесува на метално тело. Бесконечно гумено ќебе поминува преку пластичен валјак и метален валјак и се наплаќа во тој процес. Назабен метален чешел, кој е поврзан со метална корпа, се наоѓа веднаш над гумената ќебе. Полнењето се пренесува во металната корпа преку металниот чешел.
Другите видови генератори на ленти користат метална топка на местото на металната корпа; сепак, функционалниот принцип е секогаш ист.
1.1.3 Два типа електричен полнеж
Следните опсервации може да се направат со светилка:
на нанесуваат пластична фолија, се пали страната на светилката што е на филмот;
На нанесена стаклена шипка, светнува страната на светилката што е од спротивната страна на прачката.
Очигледно постојат два вида електричен полнеж. Од историски причини, овие се нарекуваат позитивни и негативни електрични полнежи. Нанесуваат пластично стапче е негативно, стапот од триење е позитивно наполнет.
Светилка за сјај, која се држи наспроти наполнетата метална корпа на генераторот на ремени, се пали на страната спроти корпата и со тоа покажува дека металната корпа е позитивно наполнета.
1.1.4 Ефекти на сила
1. Силните ефекти на електричните полнежи се веќе опишани погоре. Ова сега треба да се прошири.
1) Ако се приближите до две пластични фолии кои биле негативно наполнети со триење и висат вертикално, може да се забележи одбивање на двете фолии.
2) Графитот се однесува како метал во однос на електричната спроводливост. Топче за пинг понг покриено со графитски слој е суспендирано од изолационен навој. Ако топката е позитивно наполнета кај генераторот на ремените, таа ќе биде одбиена од генераторот на ремените.
3) Негативно наполнет пластичен филм е доближен до генераторот на позитивно наелектризиран појас. Може да се забележи атракција на фолијата.
4) Мала алуминиумска плоча суспендирана во изолација е позитивно наполнета на генераторот на ремените. Негативно наполнет пластичен филм ја привлекува плочата.
Значи, може да се наведе:
Истоимените обвиненија се одбиваат едни од други; привлекуваат неразлични полнежи (закон за електрична сила).
2. Електроскопот беше рано користен уред за откривање на електричен полнеж. Лесен метален покажувач ротирачки монтиран е прикачен на фиксирана метална прачка. Ако го наполните електроскопот, на пример, со отстранување на негативно наполнет филм од него, полнежот се дистрибуира во стапчето и покажувачот. Бидејќи овие сега се вчитани со исто име, ротирачкиот покажувач се одбива.
Ако го наполните електроскопот позитивно, стапот и покажувачот повторно се полнат со исто име и се одбиваат едни од други. Видот на полнежот не може да се одреди само со електроскопот.
1.1.5 Наполнети и неутрални тела
Експеримент 1: Таканаречена чаша Фарадеј е прикачена на електроскопот. Кога ќе се стави наполнет предмет во оваа чаша, покажувачот на електроскопот се одвраќа.
Сега пластична прачка и стаклена прачка се нанесуваат заедно. Пластичната прачка е негативно наполнета, а стаклената прачка е позитивно наполнета. Како што е опишано, електроскопот може да се користи за да се докаже дека прачките се наполнети. Но, ако обете прачки се внесат во фарадејската чаша истовремено, електроскопот не покажува отклонување.
Тоа значи: позитивните и негативните полнежи се балансираат едни со други во нивниот ефект.
Ако се соединат позитивни и негативни полнежи со иста големина, нивните ефекти се откажуваат едни со други. Овој процес се нарекува неутрализација .
Експеримент 2: Две ненаполнети (неутрални) метални топчиња прикачени на изолациони потпори се поставени така што тие да се допираат. Негативно наелектризиран пластичен филм се доближува до двете топчиња без да се допираат топчињата. Тогаш двете топки се одделени едни од други. Електроскоп може да се користи за да се докаже дека и двете сфери се електрично наелектризирани по одвојувањето. Исто така, треба да се напомене дека топчињата се полнат поинаку: Ако прво го наполните електроскопот со допирање на една топка, а потоа ја доведете втората топка до електроскопот, неговото отклонување се намалува. Значи, имало неутрализација.
Од ова може да се заклучи: Металните топчиња веќе содржеа полнеж. Бидејќи првично биле неутрални, секој од нив мора да има позитивно исто како и негативно полнење. Наполнетата фолија ги оддели овие полнежи бидејќи нејзиниот негативен полнеж ги одбива негативните полнежи во металните топчиња. Ова предизвикува вишок на негативен полнеж на една сфера, што на тој начин се појавува негативно наполнет. На другата сфера недостасува негативен полнеж, така што позитивниот полнеж содржан во сферата преовладува и сферата се појавува позитивно наелектризирана.
Општо: Електричното полнење не е „генерирано“. Во неутрално тело има позитивни и негативни полнежи во еднакви количини. Полнените тела произлегуваат преку раздвојување на полнежот, на пример, преку триење или под дејство на надворешни електрични сили.
1.1.6 Влијание, поларизација
1. Ако на наполнетото тело му се приближи до електроскоп, електроскопот веќе покажува осип, дури и ако наполнетото тело не го допира електроскопот. Кога ќе се отстрани наполнетото тело, осипот на електроскопот повторно се намалува.
Овој процес е познат како влијание:
Ако внесете наполнето тело во близина на неполнето метално тело, во металот се случуваат смени на полнежот, т.е. се одделуваат позитивните и негативните полнежи. Ако наполнетото тело се отстрани, првичната дистрибуција на полнежот се обновува во металот.
2. Неутралните, неметални тела (изолатори) можат да бидат под влијание на наелектризирани тела:
Отпадоците од хартија ги привлекуваат наполнети тела,
мала коцка стиропор е привлечена од натоварениот генератор на ремени,
балон полнет со триење привлекува лист хартија,
воден млаз може да се одврати со наполнета фолија,
итн. Овој ефект се нарекува поларизација:
Кај изолаторот, ефектот на надворешните електрични сили доведува до смени на полнежот, така што изолаторот изгледа како наполнет.
1.1.7 Блескавиот електричен ефект; Електроните
1. Гасовите се електрични изолатори под нормални услови. Меѓутоа, ако го зголемите напонот, може да се појават електрични дефекти, односно проток на струја во воздухот. Таквите достигнувања веќе можат да се генерираат со натоварен генератор на ленти.
2. Во 19 век интензивно се проучува спроводливоста на електрична енергија во гасови и во вакуум. Се користеа стаклени цевки исполнети со гас во кои се стопија металните електроди. Пример за ова е цевката Едисон: евакуирана стаклена сијалица содржи жица за сјај (катода) и плоча за собирање (анода).
Експеримент: Анодата на Едисон цевка е поврзана со електроскоп. Електроскопот се полни позитивно или негативно.
Позитивно наелектризиран електроскоп: Кога филаментот свети, девијацијата на електроскопот се намалува.
Негативно наполнет електроскоп: Отклонувањето на електроскопот останува дури и ако филаментот свети.
Овие опсервации можат да се толкуваат на таков начин што негативниот полнеж излегува од блескавиот филамент, се движи кон анодната плоча и од таму кон електроскопот. Ако ова е позитивно наполнето, тоа се неутрализира со влезниот негативен полнеж. Ако е негативно наполнет, тој го одбива негативниот полнеж од филаментот, така што неговиот отклон не се менува.
3. Во такви и бројни други експерименти веќе беше докажано во 19 век дека негативниот полнеж што произлегува од филаментот не е врзан за хемиски откриени супстанции. Терминот електрони е воведен за оваа „чиста електрична енергија“.
Во 1904 година, англискиот физичар Josephозеф Johnон Томсон (1856 - 1940) го предложил првиот модел на атомот со кој требало да се опише појавата на електричниот полнеж кај атомите. Атомите треба да се состојат од хомогена топка од позитивно наелектризирана материја во која електроните се чуваат во одредени рамнотежни позиции како суво грозје во торта. Во овој модел, електроните можат да се исцедат од атомот, така што ќе остане позитивен атомски остаток, наречен јон. Процесот на ослободување на еден или повеќе електрони од атомот се нарекува јонизација.
Спроводувањето на електрична енергија во гасови - на пр. Распаѓање во воздухот - може да се разбере како што следува:
Ако гасот е во електрично поле, ова поле врши електрични сили врз полнежите во атомите на гасот или молекулите.
Ако овие електрични сили се доволно големи, електроните се искинати од атомите.
Слободните електрони и позитивните јони потоа можат да се движат во електричното поле.
Бидејќи електроните се забрзани во електричното поле, тие можат за возврат да јонизираат други атоми или молекули (ударна јонизација). Ова создава цела лавина од електрони и јони.
1.1.8 Атомистички модел на полнење
1. Добиено е големо знаење за структурата на атомите во повеќе од 100 години физичко истражување. Следниот поедноставен модел се користи како основа за истрага и опис на електричните појави.
Носители на електричен полнеж се атомите што го сочинуваат секое тело. Атом се состои од атомско јадро и атомска обвивка. Во атомското јадро има позитивно наелектризирани честички, т.н протони (и електрично неутрални честички, неутрони). Школка е составена од негативно наелектризирани честички наречени електрони. Бројот на електрони во атом е еднаков на атомскиот број на хемискиот елемент во периодичниот систем на кој му припаѓа. Пример: Бакар (Cu) има атомски број 29; атом на Cu има 29 електрони.