Урок № 61

 Абетка електростатики. Електричне поле
Словник: 
Електричний заряд q — це фізична величина, яка характеризує вла стивість частинок або тіл вступати в електромагнітну взаємодію.

Електризація  — це процес одержання електричного заряду макроскопічними тілами або їх частинами.

Вивчення нового матеріалу
    Усі види сил пружності й тертя мають електромагнітну природу; життєдіяльність рослин, організмів тварин і людей базується на електромагнітних взаємодіях. Вивчає цю взаємодію електродинаміка — наука про властивості електромагнітного поля, через яке здійснюється взаємодія електрично заряджених тіл або частинок. Якщо електрично заряджені тіла або частинки перебувають у  спокої, їх взаємодія розглядається в розділі електродинаміки, який називають електростатикою. З основами електростатики 
ви ознайомились у курсі фізики 8 класу. Згадати основні поняття.

    Електричний заряд q — це фізична величина, яка характеризує вла стивість частинок або тіл вступати в електромагнітну взаємодію.

   Одиниця електричного заряду в СІ — кулон: [q] = 1 Кл (C). 
1  кулон  дорівнює  заряду,  який  проходить  через поперечний  переріз провідника за 1 секунду, якщо сила струму в провіднику становить 1 ампер: 
Кл=А*с⋅ (1 С = 1 A ⋅ s)

   Основні властивості електричного заряду
1. Існують два роди електричних зарядів — позитивні й негативні. 
Електричний  заряд  такого  роду,  як  заряд,  отриманий  на  бурштині  або ебонітовій  паличці,  потертих  об  вовну,  прийнято  називати  негативним, а  такого  роду,  як  заряд,  отриманий  на  паличці  зі  скла,  потертій  об шовк, — позитивним.
2. Тіла, що мають заряди одного знака, відштовхуються; тіла, що мають заряди протилежних знаків, притягуються.
3. Носієм електричного заряду є частинка — електричний заряд не існує окремо від неї.
4. Електричний заряд є дискретним, тобто електричні заряди фізичних  тіл  кратні  певному  найменшому  (елементарному)  заряду.  Носій  найменшого негативного заряду — електрон. Цей заряд зазвичай позначають символом  е; його значення:  e =−1,6⋅10−19   Кл.  Носій найменшого позитивного  заряду  —  протон.  Заряд  протона  за  модулем  дорівнює  заряду електрона.  Якщо  q  —  заряд  тіла,  е  —  заряд  електрона,  N  —  ціле  число,  то 

q=Ne 

   Перше досить точне вимірювання елементарного заряду здійснив американський  фізик-експериментатор  Роберт  Міллікен  ( 1 8 6 8 –1 9 5 3 )   на  початку  ХХ  ст. 
   Багато разів повторюючи вимірювання, Міллікен з’ясував, що кожного разу заряд q краплі був кратним деякому найменшому заряду:  e =−1,6⋅10−19  Кл. Тобто q= Ne, де N — ціле число. Досліджувані краплі були заряджені негативно, тобто мали надлишкову  кількість  електронів.  Тому  вчений  зробив  висновок,  що  найменший заряд — це заряд електрона. Важливий результат роботи Міллікена — не тільки визначення заряду електрона, а й доведення дискретності електричного заряду. 

   Електризація  — це процес одержання електричного заряду макроскопічними тілами або їх частинами.
Є кілька способів електризації, серед них — електризація тертям.  Ви  вже  знаєте,  що  в  процесі  електризації  тертям  відбувається  тісний контакт двох тіл, виготовлених із різних матеріалів, і частина електронів переходить з одного тіла на інше. Після роз’єднання тіл виявляється, що тіло, яке віддало частину своїх електронів, заряджене позитивно, а тіло, яке одержало ці електрони, заряджене негативно.

   За будь-якого способу електризації тіл відбувається перерозподіл наявних в них електричних зарядів, а не поява нових. Це твердження є наслідком одного з  найважливіших законів природи — закону збереження електричного заряду:
    Повний заряд електрично замкненої системи тіл залишається незмінним під час усіх взаємодій, які відбуваються в цій системі:

   Перед електризацією тертям скляної палички об шовкову тканину і паличка, і тканина були незарядженими, то після тертя вони виявляться зарядженими, причому їхні заряди будуть однаковими за модулем і протилежними за знаком. Тобто їхній сумарний заряд, як і перед дослідом, дорівнюватиме нулю.

   Французький  фізик  Шарль  Кулон (1736–1806)  експериментально  встановив  закон,  який  став  основним  законом  електростатики і був названий на його честь, — закон Кулона:

 Точковий заряд  —  це  фізична  модель  зарядженого  тіла,  розмірами якого можна знехтувати порівняно з відстанями  від  нього  до  інших  заряджених  тіл,  що  розглядаються.

    Коефіцієнт пропорційності k чисельно дорівнює силі, з якою взаємодіють два точкові заряди по 1 Кл кожний, розташовані у вакуумі на відстані 1 м один від одного. 
   Сили,  з  якими  взаємодіють  точкові  заряди, називають  кулонівськими силами. Кулонівські сили напрямлені  вздовж  прямої, яка з’єднує точкові заряди, що взаємодіють.
   Якщо  треба  визначити силу взаємодії зарядів у  випадку,  коли  взаємодіють три заряди чи більше, спочатку  визначають  сили взаємодії  певного  заряду з кожним із решти зарядів, а потім розраховують їхню результуючу.
  Якщо  заряди  перемістити  з  вакууму  в  діелектрик,  то  сила  їхньої  взаємодії  зменшиться  в  ε разів, де ε  —  діелектрична  проникність діелектрика 

 Задача

Запитання для перевірки

1. Що називають електричним зарядом? 
2. Назвіть одиницю електричного заряду. 
3. Які роди зарядів існують? 
4. Як взаємодіють тіла, що мають заряди одного знака? протилежних знаків? 
5. Яка частинка має найменший негативний  заряд?  найменший  позитивний  заряд? 
 6. Як  ви  розумієте  твердження, що електричний заряд є дискретним? 
7. Хто і як першим виміряв заряд електрона?
 8. Якщо електронейтральне тіло віддасть частину своїх електронів, заряд якого знака воно матиме?
 9. Чому під час електризації тертям електризуються обидва тіла?
10. Сформулюйте закон збереження електричного заряду. 
11. Сформулюйте закон Кулона.