Koliki je naboj protona i elektrona? Proton je elementarna čestica


Sve do početka 20. stoljeća znanstvenici su vjerovali da je atom najmanja nedjeljiva čestica materije, no to se pokazalo pogrešnim. Zapravo, u središtu atoma nalazi se njegova jezgra s pozitivno nabijenim protonima i neutralnim neutronima, a negativno nabijeni elektroni rotiraju u orbitalama oko jezgre (ovaj model atoma predložio je 1911. E. Rutherford). Zanimljivo je da su mase protona i neutrona gotovo jednake, ali je masa elektrona oko 2000 puta manja.

Iako atom sadrži i pozitivno i negativno nabijene čestice, njegov naboj je neutralan, jer atom ima isti broj protona i elektrona, a različito nabijene čestice se međusobno neutraliziraju.

Kasnije su znanstvenici otkrili da elektroni i protoni imaju istu količinu naboja, jednaku 1,6 10 -19 C (C je kulon, jedinica električnog naboja u SI sustavu.

Jeste li ikada razmišljali o pitanju - koji broj elektrona odgovara naboju od 1 C?

1/(1,6·10 -19) = 6,25·10 18 elektrona

Električna energija

Električni naboji utječu jedni na druge, što se očituje u obliku električna sila.

Ako tijelo ima višak elektrona, imat će ukupni negativni električni naboj, i obrnuto - ako postoji manjak elektrona, tijelo će imati ukupno pozitivan naboj.

Po analogiji s magnetskim silama, kada se jednako nabijeni polovi odbijaju, a suprotno nabijeni polovi privlače, električni se naboji ponašaju na sličan način. Međutim, u fizici nije dovoljno samo govoriti o polaritetu električnog naboja; važna je njegova brojčana vrijednost.

Da bismo saznali veličinu sile koja djeluje između nabijenih tijela, potrebno je znati ne samo veličinu naboja, već i udaljenost između njih. Sila univerzalne gravitacije već je ranije razmatrana: F = (Gm 1 m 2)/R 2

  • m 1, m 2- mase tijela;
  • R- udaljenost između središta tijela;
  • G = 6,67 10 -11 Nm 2 /kg- univerzalna gravitacijska konstanta.

Kao rezultat laboratorijskih eksperimenata, fizičari su izveli sličnu formulu za silu međudjelovanja električnih naboja, koja je nazvana Coulombov zakon:

F = kq 1 q 2 /r 2

  • q 1, q 2 - međusobno povezani naboji, mjereno u C;
  • r udaljenost između naboja;
  • k - koeficijent proporcionalnosti ( SI: k=8,99·109 Nm2Cl2; SSSE: k=1).
  • k=1/(4πε 0).
  • ε 0 ≈8.85·10 -12 C 2 N -1 m -2 - električna konstanta.

Prema Coulombovom zakonu, ako dva naboja imaju isti predznak, tada je sila F koja djeluje između njih pozitivna (naboji se međusobno odbijaju); ako su naboji suprotnih predznaka, djelujuća sila je negativna (naboji se međusobno privlače).

Koliko je ogromna sila naboja od 1 C može se procijeniti pomoću Coulombovog zakona. Na primjer, ako pretpostavimo da su dva naboja, svaki od 1 C, međusobno udaljena 10 metara, tada će se silom odbijati:

F = kq 1 q 2 /r 2 F = (8,99 10 9) 1 1/(10 2) = -8,99 10 7 N

Ovo je prilično velika sila, otprilike usporediva s masom od 5600 tona.

Upotrijebimo sada Coulombov zakon da saznamo kojom linearnom brzinom rotira elektron u atomu vodika, pod pretpostavkom da se kreće po kružnoj orbiti.

Prema Coulombovom zakonu, elektrostatska sila koja djeluje na elektron može se izjednačiti sa centripetalnom silom:

F = kq 1 q 2 /r 2 = mv 2 /r

Uzimajući u obzir činjenicu da je masa elektrona 9,1·10 -31 kg, a polumjer njegove orbite = 5,29·10 -11 m, dobivamo vrijednost 8,22·10 -8 N.

Sada možemo pronaći linearnu brzinu elektrona:

8,22·10 -8 = (9,1·10 -31)v 2 /(5,29·10 -11) v = 2,19·10 6 m/s

Dakle, elektron atoma vodika rotira oko svog središta brzinom od približno 7,88 milijuna km/h.

U dijelu o pitanju Koliki je naboj protona? dao autor europski najbolji odgovor je naboj elektrona suprotnog predznaka.

Odgovor od Korpuskularni[guru]
q=1,6021917E-19 privjesak (E-19 znači 10 na minus 19. potenciju).


Odgovor od Izdanak[novak]
1,6* 10^(-19) stanica ili 1 elektron


Odgovor od Osoblje[ovladati; majstorski]
Proton je elementarna čestica. Odnosi se na hadrone, ima spin 1/2, električni naboj +1. Smatra se nukleonom s projekcijom izospina +1/2. Sastoji se od tri kvarka (jedan d-kvark i dva u-kvarka). Stabilan (donja granica vijeka je 2,9 × 1029 godina bez obzira na kanal raspada, 1,6 × 1033 godina za raspad u pozitron i neutralni pion). Masa protona 938,271 998±0,000 038 MeV ili 1,00 727 646 688±0,00 000 000 013 a. e.m. ili 1,672 622 964 ∙ 10−27 kg.
Jezgra atoma vodika sastoji se od jednog protona. Proton je u kemijskom smislu jezgra atoma vodika (točnije njegov laki izotop - protij) bez elektrona. U fizici se proton simbolizira slovom p. Kemijska oznaka protona (pozitivnog vodikovog iona) je H+, astrofizička oznaka je HII.
Protoni (zajedno s neutronima) su glavne komponente atomskih jezgri. Naboj jezgre određen je brojem protona u njoj
Naboj protona qpr = + e.
Električni naboj protona=1,6*10^(–19) C
Masa protona je otprilike 1840 puta veća od mase elektrona.


Ako ste upoznati sa strukturom atoma, onda vjerojatno znate da se atom bilo kojeg elementa sastoji od tri vrste elementarnih čestica: protona, elektrona i neutrona. Protoni se spajaju s neutronima u atomsku jezgru, budući da je naboj protona pozitivan, atomska jezgra je uvijek pozitivno nabijena. atomska jezgra kompenzirana je oblakom drugih elementarnih čestica koje je okružuju. Negativno nabijen elektron je komponenta atoma koja stabilizira naboj protona. Ovisno o okolnoj atomskoj jezgri, element može biti ili električki neutralan (u slučaju jednakog broja protona i elektrona u atomu) ili imati pozitivan ili negativan naboj (u slučaju manjka ili viška elektrona, odnosno ). Atom elementa koji nosi određeni naboj naziva se ion.

Važno je zapamtiti da je broj protona taj koji određuje svojstva elemenata i njihov položaj u periodnom sustavu. D. I. Mendeljejev. Neutroni sadržani u atomskoj jezgri nemaju naboj. Zbog činjenice da su protoni međusobno korelirani i praktički jednaki, a masa elektrona zanemariva u odnosu na njih (1836 puta manja), broj neutrona u jezgri atoma igra vrlo važnu ulogu, naime: on određuje stabilnost sustava i brzinu jezgri. Sadržaj neutrona određuje izotop (varijetet) elementa.

Međutim, zbog razlike u masama nabijenih čestica, protoni i elektroni imaju različite specifične naboje (ta je vrijednost određena omjerom naboja elementarne čestice i njezine mase). Kao rezultat, specifični naboj protona je 9,578756(27)·107 C/kg naspram -1,758820088(39)·1011 za elektron. Zbog visokog specifičnog naboja slobodni protoni ne mogu postojati u tekućim medijima: mogu se hidratizirati.

Masa i naboj protona specifične su vrijednosti koje su ustanovljene početkom prošlog stoljeća. Koji je znanstvenik napravio ovo - jedno od najvećih - otkrića dvadesetog stoljeća? Rutherford je još 1913. godine, na temelju činjenice da su mase svih poznatih kemijskih elemenata cijeli broj puta veće od mase atoma vodika, predložio da je jezgra atoma vodika uključena u jezgru atoma. bilo kojeg elementa. Nešto kasnije, Rutherford je proveo eksperiment u kojem je proučavao interakciju jezgri atoma dušika s alfa česticama. Kao rezultat eksperimenta, iz jezgre atoma izletjela je čestica koju je Rutherford nazvao "proton" (od grčke riječi "protos" - prvi) i pretpostavio da je to jezgra atoma vodika. Pretpostavka je eksperimentalno dokazana ponavljanjem ovog znanstvenog eksperimenta u komori s oblakom.

Isti Rutherford 1920. godine iznio je hipotezu o postojanju čestice u atomskoj jezgri čija je masa jednaka masi protona, ali ne nosi nikakav električni naboj. Međutim, sam Rutherford nije uspio otkriti ovu česticu. No 1932. njegov učenik Chadwick eksperimentalno je dokazao postojanje neutrona u atomskoj jezgri - čestice, kako je predvidio Rutherford, približno jednake mase protonu. Bilo je teže detektirati neutrone, budući da nemaju električni naboj i, prema tome, ne stupaju u interakciju s drugim jezgrama. Odsutnost naboja objašnjava vrlo visoku sposobnost prodiranja neutrona.

Protoni i neutroni međusobno su povezani u atomskoj jezgri vrlo jakom silom. Sada se fizičari slažu da su te dvije elementarne nuklearne čestice vrlo slične jedna drugoj. Dakle, imaju jednake spinove i nuklearne sile na njih djeluju apsolutno jednako. Jedina razlika je u tome što proton ima pozitivan naboj, dok neutron uopće nema naboj. Ali budući da električni naboj nema nikakvo značenje u nuklearnim interakcijama, može se smatrati samo nekom vrstom oznake protona. Ako protonu oduzmete električni naboj, on će izgubiti svoju individualnost.

Neutron je otkrio engleski fizičar James Chadwick 1932. godine. Masa neutrona je 1,675·10-27 kg, što je 1839 puta više od mase elektrona. Neutron nema električni naboj.

Među kemičarima je uobičajeno koristiti jedinicu atomske mase ili dalton (d), približno jednaku masi protona. Masa protona i masa neutrona približno su jednake jednoj jedinici atomske mase.

2.3.2 Građa atomske jezgre

Poznato je da postoji nekoliko stotina različitih vrsta atomskih jezgri. Zajedno s elektronima koji okružuju jezgru tvore atome različitih kemijskih elemenata.

Iako detaljna struktura jezgri nije utvrđena, fizičari jednoglasno prihvaćaju da se za jezgre može smatrati da se sastoje od protona i neutrona.

Prvo, pogledajmo deuteron kao primjer. Ovo je jezgra teškog atoma vodika ili atoma deuterija. Deuteron ima isti električni naboj kao proton, ali njegova masa je približno dvostruko veća od električnog naboja kao proton, ali je njegova masa približno dvostruko veća od protona. Vjeruje se da se deuteron sastoji od jednog protona i jednog neutrona.

Jezgra atoma helija, također nazvana alfa čestica ili helion, ima električni naboj dvostruko veći od protona i masu približno četiri puta veću od protona. Vjeruje se da se alfa čestica sastoji od dva protona i dva neutrona.

2.4 Atomska orbitala

Atomska orbitala je prostor oko jezgre u kojem se najvjerojatnije nalazi elektron.

Elektroni koji se kreću po orbitalama tvore elektronske slojeve ili energetske razine.

Maksimalni broj elektrona na energetskoj razini određen je formulom:

N = 2 n2 ,

Gdje n– glavni kvantni broj;

N– najveći broj elektrona.

Elektroni koji imaju isti glavni kvantni broj nalaze se na istoj energetskoj razini. Električne razine karakterizirane vrijednostima n = 1,2,3,4,5 itd. Označavaju se kao K, L, M, N itd. Prema gornjoj formuli, prva (najbliža jezgri) energetska razina može sadržavati 2 elektrona, druga – 8, treća – 18 elektrona itd.

Glavni kvantni broj određuje vrijednost energije u atomima. Elektroni s najmanjom količinom energije nalaze se na prvoj energetskoj razini (n=1). Odgovara s-orbitali, koja ima sferni oblik. Elektron koji zauzima s orbitalu naziva se s elektron.

Počevši od n=2 energetske razine se dijele na podrazine koje se međusobno razlikuju po energiji vezanja s jezgrom. Postoje s-, p-, d- i f-podrazine. Formiraju se podrazine, naseljene istim oblikom.

Druga energetska razina (n=2) ima s orbitalu (označenu 2s orbitalu) i tri p orbitale (označenu 2p orbitalu). 2s elektron je dalje od jezgre od 1s elektrona i ima više energije. Svaka 2p-orbitala ima oblik trodimenzionalne osmice smještene na osi okomitoj na osi druge dvije p-orbitale (označene kao px-, py-, pz orbitale). Elektroni koji se nalaze u p orbitali nazivaju se p elektroni.

Na trećoj energetskoj razini postoje tri podrazine (3s, 3p, 3d). Podrazina d sastoji se od pet orbitala.

Četvrta energetska razina (n=4) ima 4 podrazine (4s, 4p, 4d i 4f). Podrazina f sastoji se od sedam orbitala.

Prema Paulijevom principu, jedna orbitala ne može sadržavati više od dva elektrona. Ako postoji jedan elektron u orbitali, naziva se nespareni. Ako postoje dva elektrona, onda su oni upareni. Štoviše, upareni elektroni moraju imati suprotne spinove. Pojednostavljeno, spin se može prikazati kao rotacija elektrona oko vlastite osi u smjeru kazaljke na satu i suprotno od njega.

Na sl. Slika 3 prikazuje relativni raspored energetskih razina i podrazina. Treba napomenuti da se podrazina 4s nalazi ispod podrazine 3d.

Raspodjela elektrona u atomima preko energetskih razina i podrazina prikazana je pomoću elektroničkih formula, na primjer:

Broj ispred slova pokazuje broj energetske razine, slovo oblik elektronskog oblaka, broj desno iznad slova broj elektrona zadanog oblika oblaka.

U grafičkim elektroničkim formulama, atomska orbitala je prikazana kao kvadrat, elektron kao strelica (smjer vrtnje) (Tablica 1)

  • Poglavlje 2. Električno polje i elektricitet
  • § 2.1. Pojam električnog polja. Neuništivost materije polja
  • § 2.2. Električni naboji i polje. Nesvjesna tautologija
  • § 2.3. Gibanje naboja i kretanje polja. Električne struje
  • § 2.4. Dielektrici i njihova osnovna svojstva. Najbolji dielektrik na svijetu
  • § 2.5. Vodiči i njihova svojstva. Najmanji dirigent
  • § 2.6. Jednostavni i nevjerojatni eksperimenti s elektricitetom
  • Poglavlje 3. Magnetsko polje i magnetizam
  • § 3.1. Magnetsko polje kao rezultat kretanja električnog polja. Karakteristike magnetskog polja.
  • § 3.2. Vektorski tok magnetske indukcije i Gaussov teorem
  • § 3.3. Magnetska svojstva tvari. Najnemagnetičnija tvar
  • § 3.4. Rad gibanja vodiča sa strujom u magnetskom polju. Energija magnetskog polja
  • § 3.5. Paradoksi magnetskog polja
  • Poglavlje 4. Elektromagnetska indukcija i samoindukcija
  • § 4.1. Faradayev zakon elektromagnetske indukcije i njegova mistika
  • § 4.2. Induktivitet i samoindukcija
  • § 4.3. Pojave indukcije i samoindukcije ravnog komada žice
  • § 4.4. Demistificiranje Faradayeva zakona indukcije
  • § 4.5. Poseban slučaj međusobne indukcije beskonačne ravne žice i okvira
  • § 4.6. Jednostavni i nevjerojatni eksperimenti s indukcijom
  • Poglavlje 5. Inercija kao manifestacija elektromagnetske indukcije. Masa tijela
  • § 5.1. Osnovni pojmovi i kategorije
  • § 5.2. Model elementarnog naboja
  • § 5.3. Induktivitet i kapacitet modelnog elementarnog naboja
  • § 5.4. Izvođenje izraza za masu elektrona iz energetskih razmatranja
  • § 5.5. EMF samoindukcije izmjenične konvekcijske struje i inercijske mase
  • § 5.6. Nevidljivi sudionik ili oživljavanje Machovog principa
  • § 5.7. Još jedno smanjenje entiteta
  • § 5.8. Energija nabijenog kondenzatora, "elektrostatička" masa i
  • § 5.9. Elektromagnetska masa u elektrodinamici A. Sommerfelda i R. Feynmana
  • § 5.10. Samoinduktivnost elektrona kao kinetička induktivnost
  • § 5.11. O masi protona i još jednom o tromosti mišljenja
  • § 5.12. Je li dirigent?
  • § 5.13. Koliko je važan oblik?
  • § 5.14. Uzajamna i samoindukcija čestica kao osnova svake međusobne i samoindukcije uopće
  • Poglavlje 6. Električna svojstva svjetske okoline
  • § 6.1. Kratka povijest praznine
  • § 6.2. Globalno okruženje i psihološka inercija
  • § 6.3. Čvrsto uspostavljena svojstva vakuuma
  • § 6.4. Moguća svojstva vakuuma. Mjesta za zatvaranje
  • § 7.1. Uvod u problem
  • § 7.3. Interakcija sfernog naboja s ubrzanim padajućim eterom
  • § 7.4. Mehanizam ubrzanog kretanja etera u blizini naboja i masa
  • § 7.5. Neke numeričke relacije
  • § 7.6. Izvod principa ekvivalencije i Newtonovog zakona gravitacije
  • § 7.7. Kakve veze navedena teorija ima s općom relativnošću?
  • Poglavlje 8. Elektromagnetski valovi
  • § 8.1. Oscilacije i valovi. Rezonancija. Opće informacije
  • § 8.2. Struktura i osnovna svojstva elektromagnetskog vala
  • § 8.3. Paradoksi elektromagnetskog vala
  • § 8.4. Leteće ograde i sjedokosi profesori
  • § 8.5. Dakle, ovo nije val…. Gdje je val?
  • § 8.6. Emisija nevalova.
  • Poglavlje 9. Osnovni naboji. Elektron i proton
  • § 9.1. Elektromagnetska masa i naboj. Pitanje o suštini naplate
  • § 9.2. Čudne struje i čudni valovi. Ravni elektron
  • § 9.3. Coulombov zakon kao posljedica Faradayeva zakona indukcije
  • § 9.4. Zašto su svi elementarni naboji jednaki po veličini?
  • § 9.5. Mekana i viskozna. Zračenje tijekom ubrzanja. Ubrzanje elementarnog naboja
  • § 9.6. Broj "pi" ili svojstva elektrona o kojima ste zaboravili razmišljati
  • § 9.7. "Relativistička" masa elektrona i drugih nabijenih čestica. Objašnjenje Kaufmanovih pokusa iz prirode naboja
  • Poglavlje 10. Neelementarne čestice. Neutron. Masovni defekt
  • § 10.1. Uzajamna indukcija elementarnih naboja i defekt mase
  • § 10.2. Energija privlačenja čestica
  • § 10.3. Antičestice
  • § 10.4. Najjednostavniji model neutrona
  • § 10.5. Misterij nuklearnih sila
  • Poglavlje 11. Atom vodika i struktura tvari
  • § 11.1. Najjednostavniji model atoma vodika. Je li sve proučeno?
  • § 11.2. Bohrovi postulati, kvantna mehanika i zdrav razum
  • § 11.3. Korekcija indukcije na energiju vezanja
  • § 11.4. Uzimajući u obzir konačnost mase jezgre
  • § 11.5. Izračun korekcijske vrijednosti i izračun točne vrijednosti energije ionizacije
  • § 11.6. Alfa i čudne slučajnosti
  • § 11.7. Tajanstveni hidridni ion i šest posto
  • Poglavlje 12. Neka pitanja radiotehnike
  • § 12.1. Koncentrirana i usamljena reaktivnost
  • § 12.2. Uobičajena rezonancija i ništa više. Rad jednostavnih antena
  • § 12.3. Nema prijemnih antena. Supravodljivost u prijemniku
  • § 12.4. Pravilno skraćivanje dovodi do zadebljanja
  • § 12.5. O nepostojećem i nepotrebnom. EZ, EH i Korobeinikov banke
  • § 12.6. Jednostavni eksperimenti
  • Primjena
  • P1. Konvekcijska strujanja i kretanje elementarnih čestica
  • P2. Inercija elektrona
  • P3. Crveni pomak tijekom ubrzanja. Eksperiment
  • P4. "Poprečni" pomak frekvencije u optici i akustici
  • P5. Pokretno polje. Uređaj i eksperiment
  • P6. Gravitacija? Vrlo je jednostavno!
  • Kompletan popis korištene literature
  • Pogovor
  • Poglavlje 9. Osnovni naboji. Elektron i proton

    § 9.1. Elektromagnetska masa i naboj. Pitanje o suštini naplate

    U 5. poglavlju upoznali smo mehanizam tromosti, objasnili što je „inercijska masa“ te koji električni fenomeni i svojstva elementarnih naboja je određuju. U 7. poglavlju učinili smo isto za fenomen gravitacije i "gravitacijske mase". Pokazalo se da su i tromost i gravitacija tijela određene geometrijskom veličinom elementarnih čestica i njihovim nabojem. Budući da je geometrijska veličina poznati koncept, temeljni fenomeni kao što su inercija i gravitacija temelje se samo na jednom malo proučenom entitetu - "naboju". Do sada je koncept "naboja" tajanstven i gotovo mističan. U početku su se znanstvenici bavili samo makroskopskim nabojima, tj. naboji makroskopskih tijela. Na početku proučavanja elektriciteta u znanosti korištene su ideje o nevidljivim “električnim tekućinama” čiji višak ili manjak dovodi do elektrifikacije tijela. Dugo se raspravljalo samo o tome radi li se o jednoj tekućini ili o dvije: pozitivnoj i negativnoj. Zatim su otkrili da postoje “elementarni” nositelji naboja, elektroni i ionizirani atomi, tj. atomi s elektronom u višku ili s elektronom koji nedostaje. Još kasnije su otkriveni “najelementarniji” nositelji pozitivnog naboja – protoni. Tada se pokazalo da postoji mnogo "elementarnih" čestica i da mnoge od njih imaju električni naboj, a u smislu veličine taj je naboj uvijek

    je višekratnik nekog minimalnog udjela naboja koji se može detektirati q 0 ≈ 1,602 10− 19 C. Ovaj

    dio je nazvan "elementarni naboj". Naboj određuje u kojoj mjeri tijelo sudjeluje u električnim međudjelovanjima, a posebno u elektrostatskim međudjelovanjima. Do danas ne postoji razumljivo objašnjenje što je elementarni naboj. Svako rezoniranje na temu da se naboj sastoji od drugih naboja (primjerice, kvarkova s ​​frakcijskim vrijednostima naboja) nije objašnjenje, već školsko "zamagljivanje" problematike.

    Pokušajmo sami razmisliti o optužbama, koristeći ono što smo već ranije utvrdili. Sjetimo se da je glavni zakon utvrđen za naboje Coulombov zakon: sila međudjelovanja između dva nabijena tijela izravno je proporcionalna umnošku veličina njihovih naboja i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih. Ispada da ako izvedemo Coulombov zakon iz bilo kojeg specifičnog već proučavanog fizikalnog mehanizma, time ćemo napraviti korak u razumijevanju suštine naboja. Već smo rekli da su elementarni naboji, u smislu interakcije s vanjskim svijetom, potpuno određeni svojim električnim poljem: njegovom strukturom i njegovim kretanjem. I rekli su da nakon objašnjenja inercije i gravitacije u elementarnim nabojima nije ostalo ništa osim pokretnog električnog polja. A električno polje nije ništa drugo nego poremećena stanja vakuuma, etera, plenuma. Pa, budimo dosljedni i pokušajmo svesti elektron i njegov naboj na pokretno polje! Već smo u 5. poglavlju pogodili da je proton potpuno sličan elektronu, osim po predznaku naboja i geometrijskoj veličini. Ako svođenjem elektrona na pokretno polje vidimo da možemo objasniti i predznak naboja i neovisnost količine naboja čestica o veličini, tada će naš zadatak biti dovršen, barem u prvoj aproksimaciji.

    § 9.2. Čudne struje i čudni valovi. Ravni elektron

    Prvo, razmotrimo krajnje pojednostavljenu modelnu situaciju (Sl. 9.1) prstenastog naboja koji se kreće po kružnoj putanji radijusa r 0 . I neka ga općenito

    električki neutralan, tj. u njegovom središtu nalazi se naboj suprotnog predznaka. To je takozvani "ravni elektron". Ne tvrdimo da je to pravi elektron, za sada samo pokušavamo razumjeti je li moguće dobiti električki neutralan objekt ekvivalentan slobodnom elementarnom naboju u ravnom, dvodimenzionalnom slučaju. Pokušajmo stvoriti naš naboj iz pridruženih naboja etera (vakuum, plenum). Neka je, za određenost, naboj prstena negativan, a prsten se kreće u smjeru kazaljke na satu (slika 9.1). U tom slučaju struja I t teče suprotno od kazaljke na satu. Odaberimo male

    elementa prstena naboj dq i dodijelimo mu malu duljinu dl. Očito je da se u svakom trenutku element dq giba tangencijalnom brzinom v t i normalnom akceleracijom a n. S takvim kretanjem možemo povezati ukupnu struju elementa dI -

    vektorska količina. Ova se vrijednost može prikazati kao konstantna tangencijalna struja dI t, koja stalno "okreće" svoj smjer s protokom

    vrijeme, odnosno ubrzano. Odnosno imanje normalno ubrzanje dI&n. Poteškoće

    daljnje razmatranje je zbog činjenice da smo do sada u fizici uglavnom razmatrali izmjenične struje čija je akceleracija ležala na istoj ravnoj liniji sa smjerom same struje. U ovom slučaju situacija je drugačija: struja okomito na njegovo ubrzanje. I što? Poništava li to prethodno čvrsto utvrđene zakone fizike?

    Riža. 9.1. Prstenasta struja i njen učinak sile na ispitni naboj

    Kao što je njegovo magnetsko polje povezano sa samom elementarnom strujom (prema Biot-Savart-Laplaceovom zakonu), tako je i ubrzanje elementarne struje povezano s električnim poljem indukcije, kao što smo pokazali u prethodnim poglavljima. Ta polja djeluju silom F na vanjski naboj q (slika 9.1). Kako je radijus r 0 konačan, tada se radnje

    Elementarne struje desne (prema slici) polovice prstena ne mogu se u potpunosti kompenzirati suprotnim djelovanjem elementarnih struja lijeve polovice.

    Dakle, između prstenaste struje I i vanjskog ispitnog naboja q mora

    dolazi do interakcije sila.

    Kao rezultat toga, otkrili smo da možemo spekulativno stvoriti objekt koji će, kao cjelina, biti potpuno električki neutralan u konstrukciji, ali sadržavati prstenastu struju. Što je prstenasta struja u vakuumu? Ovo je prednaponska struja. Možemo ga zamisliti kao kružno gibanje pridruženih negativnih (ili obrnuto - pozitivnih) vakuumskih naboja s potpunim mirovanjem suprotnih naboja koji se nalaze

    V centar. Također se može zamisliti kao zajedničko kružno gibanje pozitivnih i negativnih vezanih naboja, ali različitim brzinama, ili duž različitih polumjera ili

    V različite strane... U konačnici, kako god gledali na situaciju, bit će

    svesti na rotirajuće električno polje E, zatvoreno u krug . Ovo stvara magnetsko polje B, povezana s činjenicom da struje teku i dodatni, ne ograničeni kr na hom električno polje Eind , zbog činjenice da ove struje ubrzano.

    To je upravo ono što opažamo u blizini stvarnih elementarnih naboja (na primjer, elektrona)! Ovo je naša fenomenologija takozvane "elektrostatske" interakcije. Slobodni naboji (s frakcijskim ili drugim vrijednostima naboja) nisu potrebni za izgradnju elektrona. Dovoljno je samo vezani vakuumski naboji! Ne zaboravite da se prema modernim konceptima foton također sastoji od pokretnog električnog polja i općenito je električki neutralan. Ako je foton "savijen" u prsten, tada će imati naboj, jer se njegovo električno polje sada neće kretati pravocrtno i jednoliko, već ubrzano. Sada je jasno kako nastaju naboji različitih predznaka: ako je polje E u "modelu prstena" (sl. 9.1) usmjereno od središta prema periferiji čestice, tada je naboj jednog predznaka, ako je obrnuto , zatim drugog. Ako otvorimo elektron (ili pozitron), stvaramo foton. U stvarnosti, zbog potrebe za očuvanjem kutne količine gibanja, da biste naboj pretvorili u foton, trebate uzeti dva suprotna naboja, spojiti ih i na kraju dobiti dva električki neutralna fotona. Taj se fenomen (reakcija anihilacije) zapravo promatra u eksperimentima. Dakle, to je naplata - to je moment električnog polja! Zatim ćemo pokušati napraviti formule i izračune te izvesti Coulombov zakon iz zakona indukcije primijenjenih na slučaj izmjenične prednaponske struje.

    § 9.3. Coulombov zakon kao posljedica Faradayeva zakona indukcije

    Pokažimo da je u dvodimenzionalnoj (ravnoj) aproksimaciji elektron u elektrostatskom smislu ekvivalentan kružnom gibanju struje, koja je po veličini jednaka struji naboja q 0 koja se giba duž polumjera r 0 brzinom jednaka brzini svjetlosti c .

    Da bismo to učinili, podijelimo ukupnu kružnu struju I (slika 9.1) na elementarne struje Idl, izračunamo dE ind koja djeluje u točki gdje se nalazi probni naboj q i integriramo preko prstena.

    Dakle, struja koja u našem slučaju teče kroz prsten jednaka je:

    (9.1) I = q 0 v = q 0 c . 2 π r 0 2 π r 0

    Budući da je ova struja krivocrtna, odnosno ubrzana, to je

    varijable:

    I. Misjučenko

    Božja posljednja tajna

    dt 2 π r

    2πr

    gdje je a centripetalna akceleracija koju svaki strujni element doživljava kada se kreće u krugu brzinom c.

    Zamjenom izraza poznatog iz kinematike za ubrzanje a = c 2 dobivamo: r 0

    q0 c2

    2πr

    2 π r 2

    Jasno je da će derivacija za trenutni element biti izražena formulom:

    dl =

    q0 c2

    dl.

    2πr

    2 π r 2

    Kao što slijedi iz Biot-Savart-Laplaceovog zakona, svaki strujni element Idl stvara "elementarno" magnetsko polje u točki gdje se nalazi ispitni naboj:

    (9,5) dB =

    ja[ dl, rr]

    Iz poglavlja 4 poznato je da izmjenično magnetsko polje elementarne struje stvara električno:

    (9.6) dE r = v r B dB r =

    μ 0

    ja[dl,r]

    Sada zamijenimo u ovaj izraz vrijednost derivacije elementarne kružne struje iz (9.4):

    dl sin(β)

    dE =

    2 π r 2

    Ostaje integrirati ove elementarne jakosti električnog polja duž strujne konture, odnosno preko svih dl koje smo identificirali na kružnici:

    q0 c2

    sin(β)

    r 2 ∫

    sin(β)

    E = ∫ dE = ∫ 8 π

    2 π r 2

    dl =

    16 π 2 ε

    dl.

    Lako je vidjeti (slika 9.1) da će integracija po kutovima dati:

    (9.9) ∫

    sin(β)

    4 π r 2

    dl = 2 π r0

    r 2 0

    r 2 0 .

    Prema tome, ukupna vrijednost jakosti električnog polja indukcije E ind iz naše krivuljaste struje u točki gdje se nalazi ispitni naboj bit će jednaka.

    Nastavak teme:
    Umjetnost

    5. LISTOPADA - MEĐUNARODNI DAN UČITELJA Aitmatov Ch. Prvi učitelj: Priče / Ch.T.Aitmatov; Po. A. Dmitrieva, Ch. T. Aitmatov; A.M.Turkov; Il. L.Ilyina.-M.: Det.lit.,...