1.2. Закон сохранения заряда. Электризация.

Как показывает опыт, электрический заряд в природе сохраняется. В 1750г. американским ученым и видным политическим деятелем Бенджамином Франклином (1706-1790 гг.) был сформулирован закон сохранения заряда.

Закон сохранения заряда — фундаментальный закон природы. Внутри изолированной системы при любых взаимодействиях алгебраическая сумма зарядов (с учетом знака заряда) остается неизменной

q₁+q₂ +...+ q_n = const

Закон сохранения заряда выполняется в изолированной (замкнутой) системе заряженных тел, в которую не вводятся извне и не выводятся из нее электрические заряды.

Из закона сохранения следует:

1. Если возникает новая заряженная частица (а это случается очень часто), то одновременно обязательно наблюдается рождение частицы, имеющей заряд противоположного знака (античастицы).

2. Аннигилируют пары противоположно заряженных частиц (при встрече частицы и античастицы) тоже одновременно.

Исследования показали, что поверхность Земли обладает отрицательным электрическим зарядом, который равен -0,6 • 10⁶ Кл. Равный ему положительный заряд находится в атмосфере, в слое воздуха, на высоте несколько тысяч километров над Землей. Так проявляется закон сохранения электрического заряда в природе.

Закон сохранения заряда выполняется при электризации макроскопических (больших) тел.

! Электризация — процесс сообщения заряда макроскопическому телу.

Макроскопическое тело состоит из электрически нейтральных молекул или атомов. Считается, что тело электрически заряжено, если оно содержит избыточное количество элементарных частиц одного знака. Отрицательный заряд тела объясняется избытком электронов по сравнению с протонами, а положительный — их недостатком.

Заряд тела — произведение числа электронов (избыточных или недостающих) на элементарный заряд:

q = ±Ne

При электризации заряды перераспределяются: часть электронов с одного тела переходит на другое тело, которое становится отрицательно заряжено; тело, потерявшее часть электронов, приобретает такой же по абсолютному значению положительный заряд. Таким образом, при электризации выполняется закон сохранения заряда.

Трудно определить теперь, кто первым обратил внимание на удивительную способность янтаря, потертого о шерсть, притягивать к себе различные легкие предметы, не соприкасаясь с ними. Произошло это очень давно. По мнению древнегреческого философа Фалеса Милетского, жившего в VI в. до н. э., вероятно, это были ткачи. Позднее было обнаружено, что таким свойством обладает не только янтарь, но и стекло, эбонит и другие вещества, потертые о мех или кожу. Янтарь по-гречески — электрон, и поэтому тела, приведенные в данное состояние, стали называть наэлектризованными.

Электризация возникает:

• при трении поверхностей тел;

• под влиянием электрического поля (наведение заряда) — электростатическая индукция.

С явлением электризации мы имеем дело на каждом шагу в быту, на производстве и во время работы технических устройств. Заряды статического электричества могут накапливаться на одежде людей, особенно при пользовании обувью с синтетическими подошвами, одеждой и бельем из шерсти, шелка и искусственных волокон, при передвижении по непроводящему покрытию пола.

Электризация, возникающая в быту, чаще является безобидной: можно услышать легкое потрескивание, в темноте иногда удается увидеть маленькие искорки, неприятное ощущение в мгновение легкого электрического разряда. Неудобства, доставляемые бытовой электризацией, можно устранить, используя антистатические вещества. Электризация, возникающая в производстве, опасна с точки зрения возникновения взрыва и пожара. Поэтому необходимо предпринимать меры, направленные на снятие электрического заряда.

В производственных условиях накопление зарядов статического электричества происходит в следующих случаях: при наливе электризующихся жидкостей (этилового эфира, сероуглерода, бензола, бензина, толуола, этилового и метилового спирта) в незаземленные резервуары, цистерны и другие емкости; во время протекания жидкостей по трубам, изолированным от земли; при выходе из сопел сжиженных или сжатых газов; во время перевозки жидкостей в незаземленных цистернах и бочках; при фильтрации через пористые перегородки; при очистке тканей, загрязненных диэлектрическими жидкостями; в процессах перемешивания веществ в смесителях; от трения шлифовальной шкуркой и др.

Изучая явление электризации, ученые и конструкторы пытаются извлечь из него пользу.

Например, созданы электрокопировальные аппараты, компьютерныепринтеры, фильтры для труб, в основе действия которых — электризация. Используя явление электризации, придумали способ равномерного нанесения лакокрасочных покрытий, способ быстрого копчения, например, рыбы, мяса и многое другое.