..:: FIZYKA ::..

Elektryczność

Część VI
Zasada zachowania ładunku elektrycznego

Wprowadzenie

W fizyce zasady zajmują bardzo ważne miejsce – można powiedzieć, że są czymś na czym fizyka jest osadzona (się zasadza). Z poznanych dotychczas możemy wymienić III zasady dynamiki Newtona, zasadę zachowania pędu czy zasadę zachowania energii.

Na podstawie omówionego w tym dziale materiału posiadamy wystarczającą ilość informacji by przyjrzeć się na czym owa zasada zachowania ładunku elektrycznego polega. Sam zwrot „zasada zachowania” wskazuje na fakt, że całkowita ilość wielkości która ma być zachowana nie ulega zmianie.

Potrzebne zagadnienia

W celu zrozumienia na czym zasada zachowania ładunku polega przedstawimy i opiszemy pewne doświadczenie. Lecz zanim do tego dojdziemy krótkie przypomnienie.

Wiemy że:

  • cała materia zbudowana jest z atomów tworzących cząsteczki;
  • atomy mają dodatnie jądra („+” - protony oraz „0” - neutrony) i ujemne orbity (chmury) elektronowe („-” - elektrony);
  • każdy atom posiada tyle samo ładunków dodatnich „+” co ujemnych „-”, czyli normalnie jest elektrycznie obojętny.
  • w przewodniku elektrony z ostatnich orbit (powłok walencyjnych) mogą się przemieszczać w całym jego obrębie.

Dodatkowo wiemy że:

  • można naelektryzować ciało poprzez indukcję czyli przybliżenie innego ciała naładowanego;
  • naelektryzowany pręt elektroskopu wychyla swoją wskazówkę.

Zasada zachowania ładunku elektrycznego - doświadczenie i opis

Nasz doświadczalny zestaw zostanie utworzony z dwóch elektroskopów, których metalowe pręty ze wskazówką zostaną zwarte odpowiednio skonstruowaną metalową rurą. Konstrukcja rury pozwala na łatwe rozsunięcie i rozłączenie wspomnianych elektroskopów. Dodatkowo będzie potrzebna winidurowa pałka, którą naelektryzujemy przez pocieranie.

Przy pomocy odpowiednio zamocowanej metalowej rury łączymy dwa elektroskopy tak jak to zostało ukazane na pierwszym poniższym rysunku.

Zasada zachowania ładunku elektrycznego

Następnie zbliżamy z jednej strony do rury naelektryzowaną ujemnie pałkę winidurową. Zbliżamy ale nie dotykamy, tak by do układu elektroskopów nie mógł się przedostać ładunek z zewnątrz i obserwujemy. Patrz na poniższą ilustrację.

Zasada zachowania ładunku elektrycznego
Zasada zachowania ładunku elektrycznego

W kolejnym kroku – przedstawionym na rysunku powyżej – oddalamy od siebie elektroskopy oraz zaraz potem odkładamy daleko na bok winidurową pałkę i dalej obserwujemy.

W ostatnim kroku ponownie łączymy układ poprzez złożenie do pozycji wyjściowej. W trakcie wykonywania tej czynności przyglądamy się zachowaniu wskazówek elektroskopów. Efekt naszkicowany został na poniższym rysunku.

Zasada zachowania ładunku elektrycznego

Wyjaśnienie zjawiska:

  • Na początku doświadczenia dwa połączone ze sobą elektroskopy nie posiadają wypadkowego ładunku elektrycznego ponieważ wskazówki są w pozycji pionowej.
  • Po zbliżeniu do metalowej rury naładowanej pałki winidurowej wskazówki elektroskopów wychyliły się. Jest to związane z elektryzowaniem przez indukcję. Elektrony winidurowej pałki odepchnęły od siebie swobodne elektrony metalowej rury na prawą stronę. Na pręcie prawego elektroskopu pojawiło się więcej ładunków ujemnych. W takim razie na pręcie lewego elektroskopu pojawił się niedobór ładunków ujemnych czyli zyskał on wypadkowy ładunek dodatni. Należy pamiętać, że w przewodniku tylko elektrony się przemieszczają. Dodatnie jadra atomów są nieruchome w jego sieci krystalicznej.
  • Po rozsunięciu elektroskopów i odłożeniu pałki winidurowej nadal utrzymuje się stan nadmiaru elektronów na prawym elektroskopie oraz ich niedoboru na lewym. Wskazówki są nadal wychylone.
  • Po ponownym zetknięciu elektroskopów poprzez metalową rurę wskazówki wracają do pozycji wyjściowej. Teraz wskazują tak jak na starcie brak ładunku wypadkowego. Znaczy, że po ponownym połączeniu pod nieobecność pałki winidurowej elektrony powróciły w swe dawne lokalizacje.

Wniosek:
W takim układzie jak dwa elektroskopy połączone ze sobą metalową rurą, do którego nie ma bezpośredniego kontaktu z zewnątrz elektrony (ładunki) mogą przepłynąć z jednego elektroskopu na drugi (wychylenie wskazówek) ale całkowita ilość ładunków nie ulega zmianie (powrót do pozycji wyjściowej wskazówek)

Jeśli ładunek nie zostałby zachowany to przynajmniej na jednym z elektroskopów wskazówka nadal by się wychylała.

Zasada zachowania ładunku elektrycznego.

Teraz możemy przytoczyć za Wikipedią treść omawianej zasady:

W izolowanym układzie ciał całkowity ładunek elektryczny, czyli suma algebraiczna ładunków dodatnich i ujemnych, nie ulega zmianie.

wzór

gdzie elementarny ładunek wzór dla kolejnych wzór może przyjmować zarówno wartość dodatnią jak ujemną.

Przekładając na język prosty: ilość wszystkich ładunków Q-dodatnich i Q-ujemnych nie zmienia się, jest stała.

Więcej odnośnie samej zasady znajdziecie na odpowiedniej podstronie Wikipedii do której odsyłamy: Wikipedia: Zasada zachowania ładunku.

Koniec części VI



..:: Elektryczność :: Spis treści ::..    ..:: Spis treści :: Elektryczność ::..

      »»»    Elektryczna budowa materii Część I
      »»»    Elektryzowanie przez pocieranie Część II
      »»»    Elektroskop jako narzędzie badawcze Część III
      »»»    Prawo Coulomba Część IV
      »»»    Elektryzowanie ciał przez indukcję Część V
      »»»    Zasada zachowania ładunku elektrycznego Część VI
      »»»    Centralne i jednorodne pole elektrostatyczne Część VII
      »»»    Natężenie pola elektrostatycznego Część VII

Jeśli masz jakieś uwagi, pytania odnośnie tego działu skorzystaj z
forum fizyka

GÓRA         SZKOŁA         

©2007-2014 Licencja Creative Commons