Absolument tout le monde connaît une chose telle que la loi de conservation de l'énergie. L'énergie ne surgit pas de rien et ne disparaît pas dans le néant. Il ne change que d'une forme à l'autre.

C'est la loi fondamentale de l'univers. C'est grâce à cette loi que l'Univers peut exister de manière stable et pour longtemps.

Formulation de la loi de conservation de la charge

Il existe une autre loi similaire, qui est également l'une des plus fondamentales. C'est la loi de la conservation charge électrique.

Dans les corps au repos et électriquement neutres, les charges de signes opposés sont égales en grandeur et se compensent mutuellement. Lorsqu'il y a électrisation de certains corps par d'autres, les charges passent d'un corps à l'autre, mais leur charge totale totale reste la même.

Dans un système isolé de corps, la charge totale totale est toujours égale à une valeur constante : q_1+q_2+⋯+q_n=const, où q_1, q_2, …, q_n sont les charges des corps ou particules inclus dans le système.

Qu'en est-il de la transformation des particules ?

Il y a un point qui peut soulever des questions sur la transformation des particules. En effet, des particules peuvent donner naissance et disparaître, en passant dans d'autres particules, rayonnement ou énergie.

Dans ce cas, de tels processus peuvent se produire à la fois avec des particules neutres et porteuses de charge. Comment en être dans ce cas avec la loi de conservation de la charge ?

Il s'est avéré que la naissance et la disparition des particules ne peuvent se produire que par paires. C'est-à-dire que les particules passent dans un type d'existence différent, par exemple, dans le rayonnement uniquement par paire, lorsque les particules positives et négatives disparaissent simultanément.

Dans ce cas, un certain type de rayonnement et une certaine énergie apparaissent. Dans le cas contraire, lorsque des particules chargées naissent sous l'influence d'un rayonnement et d'une consommation d'énergie, elles naissent également uniquement par paires : positive et négative.

En conséquence, la charge totale de la paire de particules nouvellement apparue sera zéro et la loi de conservation de la charge est satisfaite.

Confirmation expérimentale de la loi

L'accomplissement de la loi de conservation de la charge électrique a été confirmé expérimentalement à plusieurs reprises. Il n'y a pas un seul fait qui parlerait autrement.

Par conséquent, les scientifiques pensent que la charge électrique totale de tous les corps de l'univers reste inchangée et, très probablement, est égale à zéro. Autrement dit, le nombre de toutes les charges positives est égal au nombre de toutes les charges négatives.

La nature de l'existence de la loi de conservation de la charge n'est pas encore claire. En particulier, on ne sait pas pourquoi les particules chargées sont produites et s'annihilent uniquement par paires.

Les expériences montrent clairement que lorsque les corps sont électrifiés, des charges de signes opposés apparaissent toujours. Si l'un des deux corps devient chargé négativement à la suite de l'interaction, l'autre aura une charge positive.

Prenons deux électromètres avec des boules identiques et préparons-les pour mesurer les charges électriques. Pour ce faire, nous broyons leurs boîtiers métalliques.

Garnir une plaque de verre organique avec une plaque dont la surface est recouverte de papier. Si après cela nous touchons les billes métalliques avec chaque plaque, nous verrons que les flèches des galvanomètres s'écartent du même angle (Fig. 4.10). Pour déterminer le signe des charges reçues, on apporte alternativement un bâton d'ébonite porté avec de la fourrure aux deux balles. Un électromètre diminuera la lecture et l'autre l'augmentera. Cela indique que les billes des électromètres ont des charges de signes opposés. Vous pouvez vérifier ces déclarations à l'aide d'une autre expérience. Pour ce faire, nous connectons les deux boules sur des électromètres avec un fil sur une poignée isolante. Les aiguilles des deux électromètres tomberont immédiatement à zéro (Fig. 4.11). Ceci indique la neutralisation complète des charges. L'analyse des expériences réalisées montre que dans la nature il existe loi de conservation des charges électriques.

La loi de conservation des charges électriques . Dans un système fermé, la somme algébrique des charges électriques des corps qui composent ce système reste constante.

Q1 + Q2 + Q3 + … + Qn= const.

Benjamin Franklin(1706-1790) - un politicien américain exceptionnel; travaillé dans le domaine de la physique : développé une théorie expliquant l'électrification par le débordement de « fluide électrique », introduit le concept de charge positive et négative ; étudié les phénomènes électriques dans l'atmosphère.

a été formulée pour la première fois par le scientifique américain B. Franklin en 1747.

Lors de la résolution de problèmes physiques à l'aide loi de conservation de la charge électrique les valeurs des charges électriques sont utilisées avec leurs signes.

Les scientifiques savent processus physiques, au cours de laquelle un rayonnement électromagnétique se forme particules élémentaires. Exemple typique un tel phénomène - l'éducation électron et positron du rayonnement γ qui apparaît lors des transformations radioactives de la matière. De nombreuses études ont prouvé sans ambiguïté qu'un électron de charge négative apparaît toujours dans ces transformations en couple avec un positron de charge positive. La somme algébrique des charges d'un électron et d'un positron est nulle. Un rayonnement électromagnétique n'a aucun frais. Ainsi,

dans la réaction de formation d'une paire électron-positon, loi de conservation de la charge.

q électron +q positron = 0.

Positron - une particule élémentaire ayant une masse approximativement égale à la masse d'un électron ; La charge du positron est positive et égale à la charge de l'électron.

Basé loi de conservation de la charge électrique explique l'électrification des corps macroscopiques.

Comme vous le savez, tous les corps sont constitués d'atomes, qui comprennent électrons et protons. Le nombre d'électrons et de protons dans la composition d'un corps non chargé est le même. Par conséquent, un tel corps ne présente pas d'action électrique sur d'autres corps. Si deux corps sont en contact étroit (lors d'un frottement, d'une compression, d'un choc, etc.), alors les électrons associés aux atomes sont beaucoup plus faibles que les protons, ils passent d'un corps à l'autre. matériel du site

Le corps auquel les électrons sont passés en aura un excès. Selon la loi de conservation, la charge électrique de ce corps sera égale à la somme algébrique des charges positives de tous les protons et des charges de tous les électrons. Cette charge sera négative et égale en valeur à la somme des charges des électrons en excès.

Un corps avec un excès d'électrons a une charge négative.

Un corps qui a perdu des électrons aura une charge positive dont le module sera égal à la somme des charges électroniques perdues par le corps.

Un corps chargé positivement a moins d'électrons que de protons.

La loi de conservation de la charge électrique agit indépendamment du fait que les corps chargés bougent ou non. Cette propriété de la charge s'appelle l'invariance. La charge électronique est de 1,6. 10 -19 C aussi bien à une vitesse de 200 m/s qu'à une vitesse de 100 000 km/s. S'il en était autrement, alors les électrons auraient des propriétés à l'état libre et complètement différentes dans l'atome. Et ce n'est pas établi par la science.

La charge électrique ne change pas lorsque le corps se déplace vers un autre cadre de référence.

Sur cette page, du matériel sur les sujets :

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• La loi de conservation de la charge électrique abstraite en physique

• Aide-mémoire sur la loi de conservation de la charge électrique

• Loi de conservation de l'énergie. électrification du tél.

• Expériences confirmant la loi de conservation de la charge électrique

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Loi de conservation de la charge

Tous les phénomènes naturels ne peuvent pas être compris et expliqués sur la base des concepts et des lois de la mécanique, de la théorie moléculaire-cinétique de la structure de la matière et de la thermodynamique. Ces sciences ne disent rien sur la nature des forces qui lient les atomes et les molécules individuels, maintiennent les atomes et les molécules de matière à l'état solide à une certaine distance les uns des autres. Les lois d'interaction des atomes et des molécules peuvent être comprises et expliquées sur la base de l'idée que des charges électriques existent dans la nature.

Le phénomène le plus simple et le plus courant, dans lequel le fait de l'existence de charges électriques dans la nature, est l'électrification des corps au contact. L'interaction des corps détectés lors de l'électrification est appelée interaction électromagnétique, et quantité physique, qui détermine l'interaction électromagnétique, - la charge électrique. La capacité des charges électriques à s'attirer et à se repousser indique la présence de deux diverses sortes charges : positives et négatives.

Des charges électriques peuvent apparaître non seulement à la suite de l'électrification lorsque des corps entrent en contact, mais également lors d'autres interactions, par exemple sous l'influence d'une force (effet piézoélectrique). Mais toujours dans un système fermé, qui n'inclut pas de charges, pour toute interaction de corps, la somme algébrique (c'est-à-dire en tenant compte du signe) des charges électriques de tous les corps reste constante. Ce fait établi expérimentalement s'appelle la loi de conservation de la charge électrique.

Nulle part et jamais dans la nature des charges électriques de même signe n'apparaissent et ne disparaissent. L'apparition d'une charge positive s'accompagne toujours de l'apparition d'une charge négative égale en valeur absolue, mais opposée en signe. Ni les charges positives ni les charges négatives ne peuvent disparaître séparément les unes des autres si elles sont égales en valeur absolue.

L'apparition et la disparition des charges électriques sur les corps s'expliquent dans la plupart des cas par les transitions de particules élémentaires chargées - les électrons - d'un corps à l'autre. Comme vous le savez, la composition de tout atome comprend un noyau chargé positivement et des électrons chargés négativement. Dans un atome neutre, la charge totale des électrons est exactement égale à la charge noyau atomique. Un corps composé d'atomes et de molécules neutres a une charge électrique totale égale à zéro.

Si, à la suite d'une interaction, une partie des électrons passe d'un corps à un autre, alors un corps reçoit une charge électrique négative et le second - une charge positive égale en valeur absolue. Lorsque deux corps chargés de manière opposée entrent en contact, les charges électriques ne disparaissent généralement pas sans laisser de trace et un nombre excessif d'électrons passe d'un corps chargé négativement à un corps dans lequel certains des atomes n'avaient pas ensemble completélectrons dans leurs coquilles.

Un cas particulier est la rencontre d'antiparticules élémentaires chargées, par exemple un électron et un positron. Dans ce cas, les charges électriques positives et négatives disparaissent réellement, s'annihilent, mais en pleine conformité avec la loi de conservation de la charge électrique, puisque la somme algébrique des charges d'un électron et d'un positron est égale à zéro.

La loi de conservation de la charge stipule que lors de l'interaction d'un certain système fermé avec l'espace environnant, la quantité de charge qui quitte le système à travers sa surface est égale à la quantité de charge qui pénètre dans le système. En d'autres termes, la somme algébrique de toutes les charges du système est nulle.

Formule 1 - Loi de conservation de la charge

Comme vous le savez, il existe deux types de charges dans la nature. Ceux-ci sont positifs et négatifs. De plus, l'amplitude de la charge est discrète, c'est-à-dire qu'elle ne peut changer que par portions. La charge élémentaire est la charge d'un électron. Si un électron est ajouté à un atome, il devient un ion chargé négativement. Et si vous l'enlevez, alors positif.

L'idée de base de la loi de conservation de la charge est que la charge ne surgit pas de nulle part et ne disparaît pas nulle part. Lorsqu'une charge d'un signe apparaît, une charge de signe opposé de même amplitude apparaît immédiatement.

Pour confirmer cette loi, nous allons mener une expérience. Pour lui, nous avons besoin de deux électromètres. Ce sont des appareils qui affichent une charge électrique. Il est constitué d'une tige sur laquelle l'axe est fixé. Il y a une flèche sur l'axe. Tout cela est placé dans un boîtier cylindrique, fermé des deux côtés avec du verre.

Sur la tige du premier électromètre se trouve un disque métallique. Sur lequel nous placerons un autre disque de ce type. Entre les disques, il est nécessaire de poser une sorte d'isolant. Par exemple, du tissu. Le disque supérieur a une poignée diélectrique. En tenant cette poignée, nous allons frotter les disques les uns contre les autres. Ainsi, les électrisant.

Figure 1 - Électromètres avec disques attachés à eux

Après avoir retiré le disque supérieur, l'électromètre indiquera la présence d'une charge. Sa flèche va dévier. Ensuite, nous prenons le disque et le touchons à la tige du deuxième électromètre. Il déviera également la flèche, indiquant la présence d'une charge. Bien que la charge sera du signe opposé. De plus, si nous connectons les tiges des électromètres, les flèches reviendront à leur position d'origine. Autrement dit, les charges s'annulent.

Figure 2 - compensation de charge du disque

Que s'est-il passé dans cette expérience. Lorsque nous avons frotté les disques les uns contre les autres, il y a eu une séparation des charges dans le métal des disques. Initialement, chaque disque était électriquement neutre. L'un d'eux a reçu un excès d'électrons, c'est-à-dire une charge négative. Un autre a eu une pénurie d'électrons, c'est-à-dire qu'il est devenu chargé positivement.

Les accusations dans cette affaire ne sont pas apparues de nulle part. Ils étaient déjà à l'intérieur des disques conducteurs. Seulement ils ont été indemnisés entre eux. Nous venons de les séparer. Ayant placé en même temps sur des disques différents. Lorsque nous avons connecté les tiges des électromètres, les charges se sont à nouveau compensées. Ce que les flèches indiquaient.

Si l'on considère les électromètres et les disques comme un seul système. Ensuite, malgré toutes nos manipulations, la charge totale de ce système était constante tout le temps. Initialement, les disques étaient électriquement neutres. Après la séparation, des charges positives et négatives globales sont apparues. C'est juste qu'ils étaient de la même taille. Cela signifie que la charge dans le système reste la même. Après avoir connecté les tiges, le système est revenu à son état d'origine.