Считаем элементарные заряды
Добавляй или удаляй электроны относительно нейтрального тела. Сопоставляй знак и модуль заряда.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
q = −Ne, e ≈ 1,6·10⁻¹⁹ Кл. Ползунок N показывает избыток электронов, а не знак электрического заряда; поэтому положительный N даёт отрицательное q.
Единица и носители
Электрический заряд обозначают q и измеряют в кулонах, Кл. Электрон имеет отрицательный заряд, протон — положительный. Их заряды равны по модулю; этот модуль называют элементарным зарядом e.
Для расчётов 8 класса достаточно e ≈ 1,6·10⁻¹⁹ Кл. В СИ точное значение равно 1,602176634·10⁻¹⁹ Кл. Слово «элементарный» здесь обозначает величину заряда электрона по модулю, а не маленький кусочек вещества.
| Частица | Заряд |
|---|---|
| Протон | +e |
| Электрон | −e |
| Нейтрон | 0 |
Электрон и протон имеют равные по модулю противоположные заряды.
Одинакова ли их масса, если заряды равны по модулю?
Нет. Равенство одной характеристики не означает равенства остальных. Масса протона значительно больше массы электрона.
Дискретность заряда
При обычной электризации макроскопическое тело получает или теряет целое число электронов. Поэтому изменение его заряда кратно e. Если первоначально нейтральное тело получило N электронов, q = −Ne; если потеряло N электронов, q = +Ne. При ненулевом исходном заряде эти выражения задают изменение Δq: его прибавляют к исходному заряду.
Формула N = |q|/e даёт число избыточных или недостающих электронов. Модуль нужен потому, что число частиц не бывает отрицательным. Знак q сохраняют отдельно для объяснения процесса.
Получены электроны
q = −Ne
Удалены электроны
q = +Ne
Число электронов
N =
В обычной электризации заряд изменяется целыми порциями e.
Может ли один предмет получить 2,5 электрона?
Нет. В школьной модели переносится целое число электронов. Дробное значение N в точной задаче требует проверки данных или округления.
Исторический электроскоп
Макроскопический заряд прибора складывается из множества элементарных порций.
Rama · CC BY-SA 3.0 fr · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Генератор Ван де Граафа
Электризация связана с переносом существующих носителей заряда.
Jared C. Benedict · CC BY-SA 3.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Работаем со степенями десяти
Первоначально нейтральное тело получило 5 электронов. Его заряд q ≈ −5·1,6·10⁻¹⁹ = −8,0·10⁻¹⁹ Кл. Другой пример: заряд −3,2 нКл равен −3,2·10⁻⁹ Кл; это примерно 2·10¹⁰ избыточных электронов.
Нанокулон — 10⁻⁹ Кл, микрокулон — 10⁻⁶ Кл. Даже маленький заряд в кулонах соответствует огромному числу элементарных зарядов. В модели количество частиц специально уменьшено для наглядности.
Переведи приставку
1 нКл = 10⁻⁹ Кл
Раздели модуль на e
3,2·10⁻⁹ / 1,6·10⁻¹⁹
Определи знак процесса
Минус означает избыток электронов
При расчёте числа электронов сначала переводят заряд в кулоны.
Почему 1 Кл — большая порция по сравнению с зарядом электрона?
Модуль e чрезвычайно мал. Для 1 Кл требуется около 6,25·10¹⁸ элементарных зарядов при школьном округлении e.
Сохранение полного заряда
Если электрон переходит с тела A на тело B, заряд A увеличивается на +e, а заряд B изменяется на −e. Сумма изменений равна нулю. В электрически изолированной системе алгебраическая сумма зарядов сохраняется.
Складывают заряды со знаками: +5 нКл и −2 нКл дают +3 нКл, а не +7 нКл. Уменьшение заряда одного тела не означает исчезновения заряда — он мог перейти на другое тело или в окружающую среду.
Перенос электрона
Одно тело теряет, другое получает
Два изменения
+e и −e
Сумма
Δqсистемы = 0
Сохранение относится к алгебраической сумме зарядов изолированной системы.
Обязательно ли после соединения двух заряженных тел их заряд станет нулевым?
Только если суммарный исходный заряд равен нулю и нет обмена с окружающей средой. Иначе ненулевой общий заряд сохраняется.
Шесть выводов
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.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 8 класс», § 15. Тема и содержание сверены с файлом «8 класс. Физика — § 15. Элементарный заряд.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. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.
Дополнительная проверка: NIST: элементарный заряд.