Планетарная модель атома, закон Кулона

Основной характеристикой электромагнитного взаимодействия является электрический заряд. Электрический заряд q — это физическая величина, количественно характеризует электромагнитное взаимодействие.

Первое предположение о строении атома было представлено Дж. Томсоном. Этот ученый длительное время занимался изучением атомов. Более того, именно ему принадлежит открытие электрона — за что он и получил Нобелевскую премию. Модель, что предложил Томсон, не имела ничего общего с действительностью, однако послужила достаточно сильным стимулом в изучении строения атома Резерфордом. Модель, предложенная Томсоном, называлась «пудингом с изюмом».

Бывают частицы без электрического заряда, но не существует электрического заряда без частицы. В 1911 г. была создана планетарная модель атома. Ее автор — английский физик Эрнест Резерфорд — показал, что в центре атома расположено ядро, вокруг которого вращаются электроны.

Дальнейшие исследования показали, что атомное ядро ​​состоит из положительно заряженных протонов и электронейтральных нейтронов. Электрический заряд протона по величине равен заряду электрона, но противоположный ему по знаку. В целом атом электронейтральный, поскольку количество протонов в ядре равно числу электронов в атоме. Количество протонов в ядре определяет химические свойства атома и его место в периодической системе химических элементов.

Электрический заряд дискретный: существует элементарный электрический заряд, равный по абсолютной величине заряда электрона е = 1,6 · 10-19 Кл.

Единица электрического заряда — кулон, 1 кл.

Четкое определение единицы электрического заряда будет установлено позже. Сейчас отметим, что числовое значение электрического заряда 1 Кл равна сумме зарядов 6,25 · 1018 электронов.

Наличие электрического заряда q в макротелах объясняется неравномерным перераспределением положительных и отрицательных дискретных элементарных зарядов. Электрический заряд q = ne, где n — количество элементарных нескомпенсированная электрических зарядов.

Как известно, одноименно заряженные тела отталкиваются, разноименно заряженные — притягиваются. Наэлектризовать тело можно трением или прикосновением к электрически заряженного тела.

Явление неравномерного перераспределения положительных и отрицательных электрических зарядов в макротелах называется электризацией (электростатической индукции).

Существуют и другие способы электризации тел. Например, металл можно сделать положительно заряженным, если его осветить соответствующим световым потоком. В результате взаимодействия света с металлом происходит вырывание электронов с поверхности металла. Теряя электроны, металл становится положительно заряженным. Но в любом способе электризации тел электрические заряды не возникают и не исчезают, а лишь перераспределяются между всеми телами, которые принимают участие в том или этом процессе. Это утверждение называют законом сохранения электрического заряда. Математически он формулируется так.

Алгебраическая сумма электрических зарядов тел, образующих замкнутую систему при любых взаимодействий, остается постоянной:

1 + q 2 + … + q n = const.

Формулировка закона Кулона

В электростатике, как и в любом разделе физики, используют определенные модели. Одной из моделей электростатики является точечный электрический заряд.

Закон Кулона: cила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Эту силу называют кулоновской.

Закон Кулона в данной формулировке справедлив только для точечных заряженных тел, т.к. только для них понятие расстояния между зарядами имеет определенный смысл. Точечных заряженных тел в природе нет. Но если расстояние между телами во много раз больше их размеров, то ни форма, ни размеры заряженных тел существенно, как показывает опыт, не влияют на взаимодействие между ними. В этом случае тела можно рассматривать как точечные.

Точечные электрические заряды — это заряженные тела, размеры которых малы по сравнению с расстоянием между ними.

Иногда для упрощения используют только термин «заряд». Стоит помнить, что этим термином могут называть как точечное электрически заряженное тело, так и значение электрического заряда на нем.

Количественно взаимодействие точечных электрических зарядов описывает закон, экспериментально установленный Шарлем Кулоном в 1785

Закон Кулона формулируется так: сила взаимодействия F двух точечных зарядов q 1 и q 2 прямо пропорциональна произведению абсолютных величин их зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, направлена вдоль прямой, соединяющей заряды, и соответствует притяжению для разноименных зарядов и отталкиванию — для одноименных.

Относительная диэлектрическая проницаемость среды ε показывает, во сколько раз сила взаимодействия электрических зарядов в этой среде меньше, чем в вакууме. Ее числовое значение для многих веществ определено опытным путем и занесены в таблицы. Итак, для вакуума ε = 1.

Установлено, что два точечных заряда по 1 Кл на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме взаимодействуют с силой 9 · 109 Н. Из закона Кулона можно определить электрическую постоянную:

В физике, как вы знаете, нужно учитывать пределы выполнения законов. Правильность закона Кулона подтверждено многочисленными проверками. Подтверждено, что он действует между заряженными частицами, расстояние между которыми может составлять от 10-15 м до десятков километров.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.