МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет автомобильного транспорта

Семестровая работа

по дисциплине

«Основы научных исследований»

на тему:

«Количество электричества»

Вариант 60

Выполнил:

студент гр. АТ-416

Слета А.А.

Проверил:

Федин А.П.

Волгоград, 2014 г.

Содержание:

1. Характеристика физической величины___________________________ 3

1.1 Количество электричества и электрический заряд____________ 3

1.2 Формула нахождения количества электричества _____________ 6

1.3 Единица измерения электрического заряда __________________7

1.4 Свойства электрического заряда ___________________________8

1.5 Закон сохранения электрического заряда____________________ 9

2. Приборы для измерения количества электричества и их принципы работы________________________________________________________ 10

2.1 Электрометр ___________________________________________ 10

2.2 Химический кулонометр _________________________________ 11

2.3 Баллистический гальванометр_____________________________ 12

2.4 Счетчик ампер-часов ____________________________________ 14

3. Пример измерения количества электричества при техническом обслуживании и ремонте автомобилей______________________________ 15

Список использованной литературы________________________________ 19

1. Характеристика физической величины

1.1 Количество электричества и электрический заряд

Термин “количество электричества“ вообще не несет в себе никакого физического смысла потому, что такой физической величины, как “электричество“, нет. Указанный термин даже не определяется в словарях. Судя по метрологическому справочнику А.Чертова (1990), “количество электричества“ – это синоним термина “электрический заряд“, так что следует этим термином и обходиться, понимая под ним электрический заряд системы в отличие от элементарного электрического заряда.

Электрический заряд – скалярная физическая величина, квантована и инвариантна, которая является количественной мерой свойства физических тел или частиц вещества вступать в электромагнитное взаимодействие. Электрический заряд обычно обозначают латинскими буквами q или Q. Единицей измерения электрического заряда в системе единиц СИ является Кулон.

В привычном для нас макроскопическом мире электрический заряд возникает вследствие процесса электризации, например, электризации трением, и проявляется в привлечении или отталкивании заряженных тел. То, что при натирке янтарь получает способность притягивать к себе легкие предметы, описывал в 600-х годах до Р.Х. Фалес Милетский. Опыты с электроскопом свидетельствуют о том, что эта возможность может проявляться слабее или сильнее, то есть, что электрический заряд можно характеризовать количественно. Электрический заряд может перетекать из одного тела в другое.

Электрические заряды бывают двух типов, их называют положительными и отрицательными зарядами. Существование двух типов зарядов объясняет разницу во взаимодействии наэлектризованных тел. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. Контакт отрицательно заряженного тела с положительно заряженным приводит к уменьшению зарядов тел, т.е. отрицательный заряд компенсирует положительный и наоборот. Тела, в которых электрические заряды полностью компенсированы называются нейтральными. Таковы большинство тел в природе, поскольку силы взаимодействия между электрическими зарядами очень значительные, и приводят в движение зарядов, при котором они компенсируются и тела разряжаются.

Количественно силы, возникающие при взаимодействии зарядов, описываются законом Кулона. Взаимодействие между зарядами опосредованная электрическим полем, которое возникает вокруг любого заряженного тела.

Движение зарядов приводит к возникновению электрического тока. Движущиеся заряды, то есть электрический ток, создают вокруг себя не только электрическое, но и магнитное поле.

По современным представлениям электрический заряд является свойством частиц, из которых состоят атомы и молекулы. Ядра атомов должны положительный заряд, а электроны – отрицательный. В целом большинство атомов нейтральные, поскольку в каждом из них столько электронов, чтобы компенсировать заряд ядра. Законы квантовой механики приводят к тому, что тяжелые ядра окружены словно облаком легких электронов. В случае избытка или отсутствия электронов атомы становятся отрицательно или положительно заряженными ионами.

В основном электрический ток объясняется движением электронов, однако, в некоторых случаях, например, в электролитах электрический ток обусловлен движением ионов.

Кроме электронов электрический заряд имеют много других элементарных частиц. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Кроме того, электрический заряд имеют другие частицы: мюоны, тауоны, мезоны, каона т.д. Для каждой частицы, кроме фотона, существует античастица с обратным электрическим зарядом. Так, для электрона античастицей является позитрон, заряд которого положительный, для протона – антипротон с отрицательным зарядом и т.д.

Важная особенность заряда состоит в том, что он квантованный (дискретный). То есть существует наименьший электрический заряд, на который можно увеличить, либо уменьшить совокупный заряд тела. Этот заряд называют единичным или элементарным и часто обозначают латинской буквой е.

е = 1.601 · 10 -19 Кл.

Таким образом, электрический заряд частицы можно рассматривать в двух сущностях: способности частицы создавать электрическое поле и взаимодействовать с ним: дискретной величины, которая принимает целые значения, и постоянной, характеризующей интенсивность этого взаимодействия, количественное значение которой – величина e. В безразмерных единицах интенсивность взаимодействия можно выразить постоянной тонкой структурой, разделив квадрат величины e на произведение двух других фундаментальных постоянных: скорости света и постоянной Планка.

Носителями заряда бывают устойчивы – стабильные и неустойчивые – нестабильные частицы. Среди самых частиц электрон имеет единичный отрицательный заряд, протон – единичный положительный заряд. Заряд ядер атомов определяется числом протонов в них.

Теория кварков утверждает, что эти элементарные частицы имеют дробный электрический заряд: или от элементарного заряда.

Один из фундаментальных законов физики утверждает, что электрический заряд не возникает и не исчезает. В макроскопическом мире это означает, что заряд определенного тела может увеличиться или уменьшиться только вследствие перетекания его на другие тела и компенсацией зарядом другого знака. Изолированная физическая система сохраняет свой заряд. В мире элементарных частиц закон сохранения означает, что при любых преобразованиях частиц алгебраическая сумма зарядов частиц сохраняется.

Часто пользуются выражением, что заряд движется, при этом имеется ввиду, что движется носитель заряда, или тело, имеющее переизбыток тех или иных носителей заряда. Нейтральность тел свидетельствует, что такие тела имеют одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов.