ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКАФизика · 10 класс · § 16
Увидеть. Изменить. Понять.

§ 16. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда

Что переходит между телами при электризации и что при этом сохраняется?

Объясняющая модельСхемы и примеры10 вопросов с разбором
Главный вопрос

Что переходит между телами при электризации и что при этом сохраняется?

Наблюдаем и объясняем

Перенос электронов и сохранение заряда

Переноси электроны между первоначально нейтральными телами. Сравни их заряды и сумму.

Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.

3

Оба тела входят в электрически изолированную систему. Единица на рисунке — один элементарный заряд; атомная структура не воспроизводится.

01

Знак: два вида заряда

Электрический заряд характеризует участие частиц в электромагнитном взаимодействии. Заряды бывают положительными и отрицательными. Одноимённые неподвижные заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются. Единица заряда — кулон, обозначение Кл.

Нейтральное тело содержит заряженные частицы, но их положительные и отрицательные заряды компенсируются. Нейтральность не означает отсутствия электронов и протонов. Заряд электрона −e, протона +e, где e ≈ 1,602·10⁻¹⁹ Кл.

Положительный заряд тела

Недостаток электронов относительно нейтрального состояния

Отрицательный заряд тела

Избыток электронов в обычной электризации

Нейтральное тело имеет нулевой суммарный заряд, а не отсутствие заряженных частиц.

Перемещаются ли обычно протоны между твёрдыми телами при трении?

В обычном описании электризации переносится часть электронов; ядра остаются связанными со своими атомными структурами.

02

Дискретность: заряд меняется порциями

Заряд изолированного обычного тела кратен элементарному заряду: q = ne, где n — целое число со знаком. Если тело получило пять электронов, его заряд изменился на −5e. Если потеряло пять, изменение равно +5e.

Число перенесённых электронов находят по модулю: N = |Δq|/e. Например, заряд −3,204·10⁻¹⁹ Кл соответствует избытку двух электронов. Макроскопические заряды кажутся непрерывными из-за огромного числа таких порций.

Элементарный заряд

e ≈ 1,602·10⁻¹⁹ Кл

Заряд тела

q = ne

Число перенесённых электронов

N = |Δq|/e

Знак заряда и число перенесённых электронов нужно различать.

Почему N не может быть отрицательным?

N считает частицы. Направление переноса задают отдельно, а знак изменения заряда определяют зарядом электрона.

Исторический электроскоп

Электроскоп обнаруживает электризацию по механическому действию зарядов. Перераспределение электронов не нарушает сохранение суммарного заряда.

Rama · CC BY-SA 3.0 fr · Источник. Без изменений.

Генератор Ван де Граафа

Электростатический генератор разделяет и переносит заряды. Он не создаёт электрический заряд из ничего.

Jared C. Benedict · CC BY-SA 3.0 · Источник. Без изменений.

03

Сохранение: считать всю замкнутую систему

Алгебраическая сумма зарядов электрически изолированной системы сохраняется. При трении двух первоначально нейтральных тел их заряды могут стать +q и −q. Возникновение заряда одного тела сопровождается соответствующим изменением другого.

Если тело соединено с Землёй, его собственный заряд может изменяться: Земля входит в расширенную систему как участник обмена. Нельзя проверять сохранение, забыв источник электронов, провод или окружающую среду.

Выделить систему

Какие тела участвуют?

Учесть перенос

Куда ушли и откуда пришли электроны?

Сложить со знаками

Σqдо = Σqпосле

Заряд сохраняется для всей изолированной системы, а не обязательно для каждого тела.

Нарушает ли заземление закон сохранения заряда?

Нет. Заряд переходит между телом и Землёй; суммарный баланс сохраняется.

04

Контакт: распределение не всегда поровну

После соединения проводников заряд перераспределяется до электростатического равновесия. Равное деление заряда справедливо для одинаковых изолированных проводящих шаров в симметричных условиях, когда влиянием окружения можно пренебречь.

Например, одинаковые шары с +6 нКл и −2 нКл после контакта получают по +2 нКл. Сумма +4 нКл сохраняется. В интерактиве перенос электронов показан отдельно от чисел заряда, чтобы знак не терялся.

Суммарный заряд

6 + (−2) = 4 нКл

Проверить одинаковость шаров

Только тогда делить поровну

Результат

По 2 нКл на каждом

Равное деление заряда требует симметрии проводников и условий.

Обязаны ли два разных проводника после контакта иметь одинаковые заряды?

Нет. В равновесии выравниваются потенциалы; заряды зависят от формы, размеров и окружения.

Соберём главное

Шесть выводов

01Нейтральное тело имеет нулевой суммарный заряд, а не отсутствие заряженных частиц.
02Знак заряда и число перенесённых электронов нужно различать.
03Заряд сохраняется для всей изолированной системы, а не обязательно для каждого тела.
04Равное деление заряда требует симметрии проводников и условий.
05Алгебраическая сумма учитывает знаки зарядов.
06Микромасштаб заряда объясняет, почему макроскопические изменения кажутся плавными.
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе

Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.

1. Какие два знака электрического заряда выделяют?
2. Как взаимодействуют два одноимённых точечных заряда?
3. Каков заряд электрона?
4. Каков порядок модуля элементарного заряда?
5. Что сохраняется в электрически изолированной системе?
6. Тело потеряло 3 электрона. Как изменился его заряд?
7. Два первоначально нейтральных тела обменялись 5 электронами. Каковы их заряды?
8. Что обычно переносится при электризации твёрдых тел трением?
9. Что значит электрическая нейтральность тела?
10. Может ли заряд одного тела измениться без нарушения закона сохранения?

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Физика, 10 класс», § 16. Тема и содержание сверены с файлом «10 класс. Физика — § 16. Электрический заряд. Закон сохранения.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.

Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Размеры и цвета учебных схем условны; ограничения каждой модели указаны рядом.

↑

Загрузка прогресса…