При электризации выполняется закон сохранения заряда. Его в 1843 году сформулировал и подтвердил с помощью эксперимента Майкл Фарадей, английский химик и физик – экспериментатор. Этот закон выполняется для любой замкнутой системы.
Примечание: Чтобы система зарядов была замкнутой, в нее не должны проникать дополнительные заряды снаружи, а принадлежащие этой системе заряды не должны ее покидать.
Сформулируем закон словами
Два электрически нейтральных тела можно наэлектризовать с помощью трения. Во время их электризации заряды перераспределяются между телами. Незначительная часть электронов переходит с одного тела на другое. Новые частицы не возникают, а существующие ранее не исчезают.
Сумма зарядов в замкнутой системе не изменяется.
Формула закона сохранения заряда
Пусть в замкнутой системе находится несколько заряженных частиц, к примеру, n штук. Каждую частицу обозначим буквой \(q\) и пронумеруем.
Тогда с помощью формулы закон сохранения заряда можно записать так:
\[ \large \boxed {q_{1} + q_{2} + q_{3} + \ldots + q_{n}= const } \]
Заряд – скалярная величина, складывают такие величины алгебраически, каждый заряд записывают в формулу со своим знаком.
Примечания:
- Скалярные величины — это обычные положительные и отрицательные числа.
- Величина, обозначаемая по латыни словом «константа» – неизменная, а «варианта» – изменяющаяся.
Заряд замкнутой системы – пример
Рассмотрим систему, в которой присутствуют заряженные тела (рис. 1).
Мы можем эти тела перемещать по некоторой области пространства (системе). Пусть заряды тел будут достаточно малыми, чтобы Кулоновские силы не могли самостоятельно сдвинуть любое из тел с места.
Заряды будут действовать друг на друга, так как в пространстве вокруг каждого заряда существует его собственное электрическое поле.
Предположим, что в начальный момент времени, заряженные тела находились в положении, представленном на рисунке 1.
Сложим заряды при учете их знаков и получим общий заряд всех тел, присутствующих в системе:
\[ \large (+3q) + (-4q) + (+6q) + (-2q) + (-q) = +2q \]
Итак, общий заряд системы в момент времени №1 равен +2q.
Теперь переместим тела, при этом, некоторые из тел приведем в соприкосновение. Между телами произойдет перераспределение зарядов. Читайте подробнее отдельную статью об электризации соприкосновением. Новое положение тел и их заряды представлены на рисунке 2.
Вычислим теперь общий заряд всех тел системы:
\[ \large (+2q) + (-3q) + (-3q) + (-q) + (+7q) = +2q \]
Общий заряд системы в момент времени №2 не изменился и равен +2q, потому, что система замкнутая.
Заряды могут перераспределяться между телами, не если система будет замкнутой, то алгебраическая сумма зарядов изменяться не будет.
Число, которое не изменяется, математики обозначают надписью «const».
Суммарный заряд замкнутой системы двух наэлектризованных трением тел, равен нулю. Потому, что выполняется закон сохранения заряда.
Примечание: При электризации трением заряды двух тел равны по модулю и противоположны по знаку. В этом можно убедиться, проведя опыт, описывающий, как соотносятся заряды трущихся тел.
Выводы
- Сложив все заряды в замкнутой системе, учитывая их знаки, мы получим число, которое не будет изменяться, потому, что система замкнутая.
- Замкнутость системы означает, что мы не добавляем в нее дополнительные заряды и не убираем из нее никакой из имеющихся зарядов.
Загрузка...
