3. Электричество и магнетизм.

1. Электростатика. Электрическое поле в вакууме (6 часов)

1. Электрический заряд и его свойства

Слово электричество происходит от греческого слова «янтарь» (электрон). Если потереть янтарь куском ткани, то он будет притягивать легкие предметы или пыль. Это явление, которое мы сегодня называем статическим электричеством, можно наблюдать также, натерев бумагой стеклянную палочку или шерстяной тканью пластмассовую палочку. Эти предметы притягивают мелкие кусочки бумаги (Рис. 3 .1). Разряды статического электричества можно наблюдать, расчесывая волосы или поглаживая кошку. Можно ощутить легкий электрический укол, прикоснувшись к металлической дверной ручке, выйдя из автомобиля или пройдясь по синтетическому ковру. Во всех этих случаях происходит электризация трением – тела приобретают заряды.

Рис. 3.1 Притягивание нарезанных кусочков бумаги

к натертой о бумагу пластмассовой палочке

Существует два вида электрических зарядов, что можно обнаружить из опыта. Если зарядить два легких тела, подвешенных на шелковых изолирующих нитях, прикоснувшись к ним стеклянной палочкой, потертой о бумагу, то оба тела будут отталкиваться (Рис. 3 .2). То же наблюдается, если оба тела зарядить при помощи пластмассовой (эбонитовой) палочки, потертой о шерсть. Однако, если одно тело зарядить от стеклянной палочки, а другое – от эбонитовой, оба тела будут притягиваться друг к другу. Эбонитовая палочка, по-видимому, обладает зарядом иного вида, нежели стеклянная. Экспериментально установлено, что существуют два и только два вида зарядов, причем заряды одного и того же вида отталкиваются, а заряды разных видов притягиваются. Мы говорим, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. С легкой руки Б. Франклина (1706-1790) эти два вида зарядов называются положительным и отрицательным. Заряд, появляющийся на стеклянной палочке, считают положительным, а на эбонитовой палочке (или янтаре) – отрицательным.

Рис. 3.2 Взаимодействие одноименных и разноименных зарядов

Франклин утверждал, что, когда в результате какого-либо процесса в одном теле возникает некоторый заряд, в другом теле одновременно возникает такое же количество заряда противоположного вида. Названия «положительный» и «отрицательный» следует понимать в алгебраическом смысле, так что суммарный заряд, приобретаемый телами в каком-либо процессе, всегда равен нулю.

Например, когда стеклянную палочку натирают бумажной салфеткой, происходит разде­ление зарядов, но их сумма равна нулю. В многочисленных опытах твердо установлен закон сохранения электрического заряда, который гласит: В электрически изолированной системе алгебраическая сумма электрических зарядов тел не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе. Электрически изолированной называется такая система, в которой нет переноса электрического заряда через границы системы.

Лишь в XIX столетии стало ясно, что причина существования электрического заряда кроется в самих атомах. По современным представлениям, атом состоит из положительно заряжен­ного ядра, окруженного одним или несколькими отри­цательно заряженными электронами. В нормальном со­стоянии положительный и отрицательный заряды в атоме равны по величине и атом в целом электрически нейтра­лен. Однако атом может терять или приобретать один или несколько электронов. Тогда его заряд будет по­ложительным или отрицательным, и такой атом назы­вают ионом.

Установлено, что электрон обладает отрицательным зарядом, равным е=1,610^-19 Кл. В природе нет свободных частиц, обладающих меньшим зарядом, поэтому заряд электрона называют элементарным. Наименьший положительный заряд равен по модулю заряду электрона. Таким зарядом обладает, например, протон – частица, входящая в состав атомных ядер. Таким образом, электрический заряд – свойство элементарных частиц.