Электродинамика

Основные понятия электродинамики
Открытие электрона Дж. Дж. Томсоном, определение отношения заряда электрона к его массе.
Модель опыта Э. Резерфорда.
Строение атома.
Опыты Иоффе – Милликена по квантованию электрического заряда.
Опыты Милликена по определению заряда электрона.
Закон сохранения электрического заряда.

Джозеф Джон Томсон
В 1897 открыл электрон, за что в 1906 году был удостоен
Нобелевской премии по физике с формулировкой
«за исследования прохождения электричества через газы».

Роберт Эндрюс Милликен
В 1910 г. Милликен опубликовал первые результаты своих экспериментов с заряженными капельками масла, при помощи которых он измерил заряд электрона. В своих экспериментах он измерял силу, действующую на мельчайшие заряженные капельки масла, подвешенные между электродами при помощи электрического поля. Милликен показал, что заряд капли пропорционален целому числу элементарных зарядов, величиной −1.592×10−19 Кулон.

Опыт Милликена

Опыт Резерфорда (1911г)

В результате исследований было установлено, что в атоме каждого элемента присутствуют протоны, нейтроны и электроны, причем протоны и нейтроны сосредоточены в ядре атома, а электроны - на его периферии.
Число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке атома и отвечает порядковому номеру этого элемента в Периодической системе Менделеева.

Электрический заряд
Способность частиц к электромагнитному взаимодействию характеризует электрический заряд.
Электрический заряд - физическая величина, определяющая силу электромагнитного взаимодействия

Первое фотографическое изображение электрона.

Посмотрите анимацию и объясните происходящее.

Электризация
При электризации заряжаются оба тела, в ней участвующие.
Электризация - это процесс получения электрически заряженных тел из электронейтральных.
Степень электризации тел в результате взаимного трения характеризуется значением и знаком электрического заряда, полученного телом.

Строение атома

Схема образования ионов

Причины электризации
При электризации одни вещества отдают электроны, а другие их присоединяют.
Различие энергии связи электрона с атомом в различных веществах.
+
-

Заряды рождаются и исчезают попарно: сколько родилось(исчезло) положительных зарядов, столько родилось (исчезло) и отрицательных. В этом суть закона сохранения электрического заряда.

Закон сохранения электрического заряда гласит, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется.
Закон сохранения заряда выполняется абсолютно точно.

Контрольный вопрос
В типографиях, в цехах текстильных фабрик устанавливают специальные приборы - нейтрализаторы, которые разделяют молекулы воздуха на положительно и отрицательно заряженные ионы. Почему это уменьшает электризацию трущихся частей машин и изделий (бумаги в ротационной машине, пряжи в ткацком станке) и способствует уменьшению неполадок и аварий?

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Сила Кулона

Силы взаимодействия двух точечных заряженных тел направлены вдоль прямой, соединяющей эти тела

Действие электрического поля на электрические заряды
Электрическое поле — особая форма поля, существующая вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также в свободном виде в электромагнитных волнах.
Электрическое поле непосредственно невидимо, но может наблюдаться по его действию и с помощью приборов.

Напряженность электрического поля
Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда:
Напряженность электрического поля – векторная физическая величина.
Направление вектора совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

вещества по проводимости
проводники
это вещества, которые проводят электрический ток
есть свободные заряды
диэлектрики
это вещества, которые не проводят электрический ток
нет свободных зарядов

Строение металлов
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-

Металлический проводник в электростатическом поле
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
Евнешн.
Евнутр.
Евнешн.= Евнутр.
-

Металлический проводник в электростатическом поле
Е внешн.= Е внутр.
Еобщ=0
ВЫВОД:
Внутри проводника электрического поля нет.
Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности.

Строение диэлектрика
строение молекулы поваренной соли
NaCl
электрический диполь-
совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку.
Na
Cl
-
-
-
-
-
-
-
-
+ -
+
-

Виды диэлектриков
Полярные
Состоят из молекул, у которых не совпадают центры распределения положительных и отрицательных зарядов
поваренная соль, спирты, вода и др.
Неполярные
Состоят из молекул, у которых совпадают центры распределения положительных и отрицательных зарядов.
инертные газы, О2, Н2, бензол, полиэтилен и др.

Строение полярного диэлектрика
+ -
+ -
+ -
+ -
+ -
+ -

Диэлектрик в электрическом поле
+ -
+
+
+
+
+
+
+ -
Е внеш.
Е внутр.
+ -
+ -
+ -
+ -
Е внутр. < Е внеш.
ВЫВОД:
ДИЭЛЕКТРИК ОСЛАБЛЯЕТ ВНЕШНЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

Электрический ток. Сила тока, напряжение, электрическое сопротивление.
Непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда называется электрическим током.
Сила тока I – скалярная физическая величина, равная отношению заряда Δq, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени Δt, к этому интервалу времени:
В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах (А).
Напряжение — это отношение работы тока на определенном участке электрической цепи к заряду, протекающему по этому же участку цепи.
Единицей измерения напряжения станет 1 вольт
За направление тока принимается направление движения положительных зарядов

Электрический ток. Сила тока, напряжение, электрическое сопротивление.
Электрическое сопротивление — скалярная физическая величина, характеризующая свойства проводника и равная отношению напряжения на концах проводника к силе электрического тока, протекающему по нему;
где ρ — удельное сопротивление вещества проводника,
l — длина проводника,
S — площадь сечения.

Закон Ома для участка цепи
Закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.

Параллельное и последовательное соединение проводников
I1 = I2 = I
U = U1 + U2 = IR
R = R1 + R2
При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников
U1 = U2 = U
I = I1 + I2
При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.
При последовательном соединении
При параллельном соединении

Работа электрического тока. Закон Джоуля–Ленца
Работа электрического тока:
ΔA = UIΔt
Закон Джоуля–Ленца:
ΔQ = ΔA = RI2Δt

Магнитное поле -
это вид материи, окружающей движущиеся заряды (или проводники с током), и проявляющейся в действии на движущиеся заряды (или проводники с током).

Картина линий магнитной индукции магнитного поля полосового магнита:

Картина линий магнитной индукции магнитного поля соленоида (катушки):

Картина линий магнитной индукции магнитного поля прямолинейного проводника с током
(правило буравчика):

Направление линий магнитной индукции определяют по правилу правой руки:
если расположить правую руку так, чтобы большой палец указывал на направление тока, то четыре согнутых пальца укажут на направление линий магнитной индукции поля, созданного этим током.

Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера

Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки (см. стр. 93, рис. 13.2)
Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь перпендикулярно ей, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый большой палец укажет на направление силы Ампера.

Рамка с током в магнитном поле
Если в магнитное поле поместить не прямолинейный проводник, а рамку с током, то рамка повернется.

Сила, действующая на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, называется силой Лоренца.