Физика 8 класс

Електричні Явища

Електризація тіл. Два роди зарядів

Давно відомо, що янтар (бурштин), потертий об вовну (або хутро), притягує до себе легкі предмети. Цей ефект назвали електричним (від грец. elektron — янтар). Подібні властивості виявили й у багатьох інших тіл, зокрема у скла, потертого об шкіру (або шовк).

електричні явища

Наелектризовані тертям шматочок янтарю і шматочок скла притягаються один до одного, але шматочки янтарю один від одного відштовхуються, шматочки скла — теж. Підкреслюючи відмінність у наелектризованості янтарю і скла, спочатку умовно говорили про «смоляну» і «скляну» електрику, а потім янтар назвали зарядженим негативно, а скло — позитивно.

Електризація тіл при терті в основному зумовлена збільшенням під час взаємного руху тіл площі їх поверхні контакту, з якої й відбувається обмін електричними зарядами між тілами.

Електричним зарядомQ (від англ. quantity — кількість) назвали кількісну міру здатності заряджених тіл до взаємодії.

Одиницю заряду назвали кулоном — на честь Шарля Кулона, [q]= Кл.

Вираз «заряд» часто вживають для позначення маленького зарядженого тіла чи зарядженої частинки.

Дискретність електричного заряду. Електрон. Будова атома

З латинської слово discretus означає переривчастий, такий, що складається з окремих частинок (наприклад, пшоно або мак візуально здаються дискретними на відміну від води).

Вчені виявили, що електричний заряд тіла може змінюватись лише дискретно, цілократно найменшому (елементарному) заряду. Носієм елементарного негативного заряду є електрон, а носієм елементарного позитивного заряду — протон. Маса електрона 9,1 •10-31 кг, протон у 1836 разів масивніший, заряди обох частинок чисельно однакові: 1,6 •10-19 Кл. Обидві ці частинки є складовими атомів.

Спрощено атом розглядають як сферичне утворення діаметром електричні явища м, у центрі якого — позитивно заряджене ядро (діаметром електричні явища м), навколо якого рухаються електрони.

Взаємодія заряджених тіл. Електричне поле

Заряджені тіла можуть взаємодіяти на відстані, без дотику. Така взаємодія відбувається за допомогою матеріального посередника, що одержав назву електричного поля. Однойменно заряджені тіла відштовхуються, а різнойменно заряджені — притягаються одне до одного. Математичний опис електричної взаємодії тіл розглядається у 10 класі.

Електричне поле — це особливий вид матерії, який існує навколо заряджених тіл і є посередником у їх взаємодії.

Електричний струм. Струм у металах

Електричний струм — це процес упорядкованого (спрямованого) руху заряджених частинок.

Найбільш відомі струми в металах. Метал має кристалічну ґратку, утворену позитивними іонами (атомами, від яких зовнішні електрони відокремились і стали «вільними» в межах шматка металу). Упорядкований рух у металі «вільних» електронів під дією зовнішнього електричного поля і являє собою струм у металі.

При відсутності зовнішнього електричного поля рух вільних електронів нагадує хаотичний рух молекул ідеального газу (а).

Під впливом електричного поля джерела струму електрони, продовжуючи хаотичний рух, напрямлено дрейфують. Результуючий рух електрона між точками А і В (б), незважаючи на незникаючу хаотичність руху, є спрямованим.

електричні явища

Отже, Електричний струм у металі — це упорядкований (чи спрямований) рух «вільних» електронів під впливом електричного поля.

Гальванічні елементи. Акумулятори

Найперші джерела струму одержали свою назву на честь італійського фізика Луїджі Гальвані. Прикладом гальванічного елемента може бути елемент конструкції італійського фізика Алессандро Вольти (1799 р.).

Мідна і цинкова пластинки занурені у водний розчин сірчаної кислоти електричні явища. Цинк і мідь розчиняються в кислоті. У результаті хімічних процесів мідь стає позитивним електродом (зарядженим позитивно стосовно цинку), а цинк — негативним. Через зовнішній провідник R іде струм при замкненні ключа К (за напрям струму прийнятий напрям руху зарядів від позитивного електрода до негативного).

електричні явища

Гальванічні елементи — це джерела струму з невідновлюваним запасом електричної енергії (наприклад, батарейки для калькуляторів, годинників, ліхтариків та ін.).

Пізніше було винайдено джерела струму, енергію яких можна відновлювати, — Акумулятори (від латин. «збирач»). Прикладом акумулятора може бути свинцево-кислотний акумулятор. Якби у водний розчин сірчаної кислоти занурили два однакові електроди, вкриті оксидом свинцю, то вони за рахунок хімічного розчинення свинцю в кислоті мали б однакову електричну полярність (негативну). Акумулятор спочатку заряджають від джерела постійного струму. У результаті електролізу на електроді, з’єднаному з позитивним полюсом джерела зарядки, виділяється Оксиген, а на з’єднаному з негативним полюсом — Гідроген. Перший з них викликає додаткове окиснення матеріалу електрода, другий — реакцію відновлення металевого свинцю з його оксиду. Внаслідок цього акумулятор виявляється зарядженим. Напрям струму розрядки через провідник R протилежний напряму струму зарядки, а полярність електродів акумулятора незмінна.

електричні явища

Сила струму. Напруга

Для характеристики бистроти упорядкованого руху заряджених частинок ввели фізичну величину, що названа Силою струмуI.

Визначальна формула сили струму така:

електричні явища,

тобто сила струму I чисельно дорівнює заряду, що проходить через поперечний переріз провідника протягом секунди.

Одиниця сили струму називається ампером (на честь французького фізика Андре Ампера); електричні явища. Визначення цієї одиниці, що є однією з основних в СІ, дається на підставі закону магнітної взаємодії провідників із струмом (розглядається у 10 класі).

За рахунок енергії електричного поля, яким створюється струм, цей струм виконує роботу в провіднику. Для кількісної характеристики роботи по перенесенню одиничного заряду використовується фізична величина — Напруга:

електричні явища,

тобто U чисельно дорівнює роботі струму в даній ділянці кола (між двома його точками) при перенесенні заряду 1 Кл.

Одиниця напруги — вольт:

електричні явища.

Прилади для вимірювання сили струму називаються Амперметрами, а для вимірювання напруги — Вольтметрами. Дія більшості з них базується на взаємодії вимірюваного струму в дротяній котушці з магнітом.

Амперметр вмикають в електричне коло послідовно, а вольтметр — паралельно тому пристрою, напругу на якому треба виміряти.

Електричний опір. Питомий опір. Види з’єднань провідників

Електрони провідності рухаються в металі між зарядженими атомами (іонами), з яких утворений кристал. Спрощено кажучи, електрони зазнають зіткнень з іонами, які коливаються і чинять опір рухові заряджених частинок. Процес опору характеризують фізичною величиною R (від англ. resistance) — опором. Ця величина залежить від геометричних розмірів провідника (довжини L, площі поперечного перерізу S) і від природи матеріалу провідника:

електричні явища.