Связь между коэффициентами линейного и объемного расширения.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 6Следующая ⇒

Для выяснения связи между коэффициентами линейного и объемного расширения твердых тел возьмем куб с длиной ребра при О⁰C L₀. =>

V₀=L₀³.

После нагревания до температуры t L = L₀(1 + at) =>

a² - это величина порядка 1О^-10, a³-10^-15.

Эти величины с очень большой степенью точности можно считать равными нулю. => 1+3a=1+b. Отсюда, b=3a. Т.е. коэффициент объемного расширения твердых тел равен утроенному коэффициенту линейного расширения.

ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ТЕЛ.

Еще в Древней Греции было замечено, что янтарь, потертый о шелк, притягивает волоски, перышки и другие легкие предметы. Впоследствии было найдено, что это явление характерно для многих тел. Оно было названо электризацией. Степень наэлектризованности тел характеризует физическая величина, называемая электрическим зарядом. [q]=Кл. Единица электрического заряда выводится из единицы силы электрического тока (см. " Электрический ток" ). При трении электризуются оба взаимодействующих тела, причем, после электризации они притягиваются друг к другу. Кроме притяжения было обнаружено и отталкивание. Это объясняется существованием двух видов электрических зарядов. Электрический заряд, возникающий на стеклянной палочке, потертой о шелк, условно назвали положительным, а заряд на шелке - отрицательным. Отрицательным зарядом обладает и эбонитовая палочка, потертая о шерсть. ОДНОИМЕННЫЕ ЗАРЯДЫ ОТТАЛКИВАЮТСЯ ДРУГ ОТ ДРУГА, РАЗНОИМЕННЫЕ - ПРИТЯГИВАЮТСЯ.

О величине заряда, находящегося на теле, можно судить по углу отклонения лепестков электроскопа. Электроскоп состоит из металлического стержня, на котором укрепляются два бумажных лепестка. Для защиты от механического влияния окружающих тел стержень помещается в стеклянной банке. Действие электроскопа основано на отталкивании одноименно заряжающихся лепестков.

Вторым прибором, который косвенно может дать сведения о величине заряда на теле, является электрометр - металлический стержень с закрепленной на нем стрелкой, способной поворачиваться, помещенный в металлический корпус, передняя сторона которого стеклянная. При зарядке стержня стрелка поворачивается на некоторый угол, величина которого пропорциональна величине заряда, сообщенного стержню.

Наличие двух электроскопов позволяет разделить вещества на две группы: проводники и диэлектрики. Вещества, по которым может перемещаться электрический заряд, называются проводниками. Вещества, по которым электрический заряд не перемещается называются диэлектриками. Тело, изготовленное из диэлектрика, называется изолятором. Надо отметить, что есть еще одна довольно - таки распространенная группа веществ, называемая полупроводниками, которые по способности проводить электрических заряд занимает промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

Правильное объяснение механизма взаимодействия заряженных тел предложил М.Фарадей, введя понятие о существовании электростатического поля. Его идеи математически описал Д.Максвелл. Экспериментально подтвердил существование электростатического поля Г.Герц. Фарадей утверждал, что каждый электрический заряд создает в окружающем его пространстве электростатическое поле, которое и действует на внесенные в него заряды. Электростатическое поле - это особый вид материи, существующий независимо от нас и наших знаний о нам. Электростатическое поле создается электрическими зарядами и обнаруживается по действию на электрические заряды. Оно распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света. Поле ослабевает с удалением от заряженного тела. Поле обладает энергией, т.к. способно перемещать помещенные в него заряженные тела, совершая при этом работу. Электростатическое поле может быть создано в любом диэлектрике, а также и в вакууме, причем, в вакууме действие поля на электрические заряды при равных условиях больше, чем в любом диэлектрике.

Соединяя заряженный и незаряженный одинаковые электроскопы можно убедиться в делимости электрического заряда. На вопрос о том, есть ли предел делимости ответили опыты Иоффе и Милликена. Отрицательно заряженное тело, облучаемое ультрафиолетовыми лучами, постепенно теряет свой заряд (внешний фотоэффект). Помещая в электростатическое поле заряженную цинковую пылинку (у Иоффе) или заряженную капельку масла (у Милликена) и удерживая ее электростатическим полем, было замечено, что электрический заряд уменьшается одинаковыми порциями по - 1, 6 * 1О^-19 Кл. Этот заряд уносился отрицательно заряженными частицами, названными электронами. В других опытах была измерена и масса электронов. Она оказалась равной 9, 1 * 1О^{-31 кг. Итак, электрический заряд прекращает делиться в том случае, когда на одном из одинаковых тел будет избыток заряда, равный заряду одного электрона.}

Открытие электронов позволило объяснить электризацию тел переходом электронов с одного тела на другое. Это объясняет тот факт, что при соприкосновении двух тел электризуются оба тела, причем равными по модулю, но противоположными по знаку зарядами. Трение при электризации лишь увеличивает площадь соприкосновения тел.

При поднесении положительно заряженного тела к незаряженному проводнику в последнем происходит перемещение электронов под действием электростатического поля. Т.к. электроны оказываются ближе к заряженному телу, то происходит притяжение тел. При соприкосновении тел часть электронов перейдет с незаряженного тела на заряженное, уменьшив величину его заряда. Два образовавшихся одноименно заряженных тела отталкиваются друг от друга. Аналогично можно объяснить взаимодействие незаряженного тела с отрицательно заряженным.

При соединении двух одинаковых по размерам и форме тел электрический заряд между ними делится поровну. Если размеры тел различны, то большее по размерам тело примет больший заряд. На этом основано заземление электрических приборов и установок. Если по каким - то причинам на корпусе заземленного прибора появится электрический заряд, то он разделится с Землей пропорционально размерам этих тел, т.е. на корпусе прибора останется заряд, безопасный для человека.

Т.к. электрон - составная часть атома, то возник вопрос о строении атома, на который смог ответить Э.Резерфорд, проведя опыты по бомбардировке тонкой золотой пластинки потоком альфа - частиц. Альфа - частицы имеют массу в 8ООО раз большую, чем электрон и двойной, по сравнению с электроном, положительный заряд. Они выбрасываются атомами радиоактивных элементов с громадной скоростью в 1/15 скорости света. Из свинцового кубика с кусочком радиоактивного элемента через узкое отверстие пучок альфа - частиц попадал на экран, покрытый специальным составом, дающим в месте падения частиц слабую вспышку света. Когда на пути альфа - частиц ставилась тончайшая золотая фольга, то большинство частиц этого не замечали, из чего Резерфорд сделал вывод, что большая часть атома - пустота. Золото было выбрано для эксперимента потому, что атомы золота велики, и из золота сравнительно легко сделать тонкую фольгу. Некоторые альфа - частицы при взаимодействии с фольгой отклонялись на некоторые углы, а очень немногие из них отклонялись на большие углы и даже возвращались назад. Это отклонение не могло быть объяснено взаимодействием с электронами, т.к. они очень малы по сравнению с альфа - частицами. Следовательно, в атоме есть небольшая по размерам область, в которой сосредоточен положительный заряд, взаимодействие с которым и вызывает отклонение частиц. Эта часть атома была названа атомным ядром. Ядро имеет размеры 1О^{-10 см, что в 1О5} меньше, чем размеры атомов. Так атом устойчив, то электроны вращаются вокруг ядра. Радиусы их орбит и дают размеры атома. Было установлено, что в состав атомного ядра входят частицы примерно равной массы: протоны - положительно заряженные частицы с зарядом, равным по модулю заряду электрона, и нейтроны - незаряженные частицы. Т.к. атом в обычном состоянии незаряжен, то число протонов в ядре, совпадающее с порядковым номером элемента в таблице элементов Менделеева, равно числу электронов в нейтральном атоме. Число нейтронов определяется вычитанием из массового числа атома, взятого из таблицы элементов, числа протонов, т.к. массами электронов можно пренебречь.

Атом, потерявший один или несколько электронов, называется положительным ионом данного вещества. Атом, присоединивший к себе лишние электроны, называется отрицательным ионом. Изменение числа протонов в атоме вызвало бы превращение одного вещества в другое, но при химических реакциях или при электризации тел это невозможно.

ЗАКОН КУЛОНА.

Точечным зарядом называется заряд, находящийся на теле, размерами и формой которого можно пренебречь в данных условиях. Закон взаимодействия неподвижных точечных зарядов был найден экспериментально с помощью крутильных весов Ш.Кулоном в 1785 г.

Крутильные весы представляют собой легкое изолирующее коромысло с закрепленными на его концах маленькими проводящими шариками, один из которых в опыте не участвует, а лишь является противовесом. Коромысло подвешивается на тонкой упругой нити. Через крышку прибора внутрь опускается третий такой же заряженный шарик. Один из шариков коромысла притягивается к введенному шарику. При этом заряд делится между ними пополам, т.е. на шариках будут одноименные одинаковые по величине заряды. Шарики оттолкнутся друг от друга. Силу взаимодействия между шариками измеряют по углу закручивания нити. Величину заряда можно изменять, извлекая из прибора третий шарик и снимая с него заряд. После введения его в прибор и нового разделения зарядов на шариках останется половина первоначального заряда. Изменяя величины зарядов и расстояния между ними Кулон установил, что СИЛА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТОЧЕЧНЫХ ЗАРЯДОВ ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА МОДУЛЯМ ЗАРЯДОВ И ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА КВАДРАТУ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ НИМИ. Точечными называют заряды, находящиеся на телах размером и формой которых можно пренебречь в данной конкретной ситуации.

F ~ q₁, F~q₂, F~1/r² Þ F~½ q₁½ ½ q₂½ /r².

Кроме того, было установлено, что сила взаимодействия между зарядами в вакууме больше, чем в любой диэлектрической среде. Величина, показывающая во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в данной среде, называется диэлектрической проницаемостью среды. Диэлектрическая проницаемость среды - табличная величина.

e = F_в/F. [e] = 1.

Экспериментально установлено, что коэффициент пропорциональности в законе Кулона k=9*1О⁹Нм²/Кл² - это сила, с которой взаимодействовали бы в вакууме два точечных заряда по 1 Кл на расстоянии 1 м.

F = k |q₁| |q₂|/ er².

Закон Кулона справедлив также для заряженных шаров. Под r в этом случае понимают расстояние между их центрами.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 Следующая ⇒