Думки вголос

Я вивчу дуже важливий закон — закон збереження електричного заряду. Буду його використовувати для розв’язування задач і пояснення електричних явищ.

За допомогою математичної формули закону Кулона можна розв’язувати фізичні задачі.

Задача. Дві однакові кульки із зарядами 40 нКл і -10 нКл знаходяться на відстані 10 см одна від одної. Кульки з’єднали і розвели на попередню відстань. Як змінилася сила взаємодії між зарядженими кульками?

Розв’язання

Переведемо фізичні величини в систему СІ:

q₁ = 4 ∙ 10^-8 Кл; q₂ = -1 ∙ 10^-8 Кл;

r = 0,1 м

Знайдемо силу взаємодії (притягання) між зарядженими кульками до їх дотику:

З’єднаємо заряджені кульки — відбудеться нейтралізація зарядів: — 10 нКл і +10 нКл, а залишений заряд +30 нКл розділиться порівну між кульками:

q₁' = q₂' нКл = 1,5 ∙ 10^-8Кл.

Знайдемо силу взаємодії між кульками після їх дотику:

Відповідь: Сила взаємодії кульок до дотику була F₁ = 3,6 ∙ 10^-6 Н, після дотику F₂ = 2,025 ∙ 10^-6 Н. Значить, сила взаємодії зменшилася в 1,8 рази.

При розв’язуванні цієї задачі було розглянуто процес перерозподілу електричних зарядів. Електрони з однієї кульки при

дотику з іншою перейшли на іншу кульку. У таких задачах використовують закон збереження електричних зарядів.

Закон говорить, що заряди не створюються і не зникають, вони лише перерозподіляються між тілами або частинами одного і того самого тіла.

Закон збереження електричного заряду формулюється так:

Алгебраїчна сума зарядів усіх тіл ізольованої системи залишається незмінною (сталою).

q₁ + q₂ + q₃ +...+ q_n = const,

де const — стала величина; q₁, q_2, q_n — заряди тіл.

Приклад. Ебонітова паличка і вовна до контакту не мали електричних зарядів, а під час тертя паличка отримала негативний заряд, а вовна — позитивний. За величиною ці заради однакові, а за знаком — протилежні («+» і «-»). Таким чином, алгебраїчна сума зарядів палички і вовни не змінилася, вона дорівнює нулю.

Закон збереження електричного заряду можна підтвердити дослідним шляхом. Візьмемо дві незаряджені пластинки (ебоніт і скло) на ізольованих ручках, внесемо їх у глибину металевої порожнистої кулі, яку, встановлено на стрижень електрометра (мал. 94). Стрілка електрометра не відхилилась — заряду на пластинах немає. Наелектризуємо пластини і опустимо в кулю електрометра. Знову ми не виявляємо відхилення стрілки електрометра — сумарний електричний заряд дорівнює нулю. Перевірити наявність заряду на кожній пластині можна, по черзі витягнувши їх із кулі.

Закон збереження електричних зарядів діє в різноманітних перетвореннях елементарних частинок одна в одну. За «народження» нові елементарні частинки обов’язково виникають парами з однаковими за величиною і протилежними за знаком зарядами.

Мал. 94. Підтвердження закону збереження електричного заряду

Підсумки

• Закон збереження електричного заряду належить до фундаментальних законів природи.

• Для ізольованої системи алгебраїчна сума електричних зарядів залишається незмінною.

• Закон збереження електричних зарядів можна підтвердити дослідним шляхом.

Завдання

1. Скільки електронів у процесі електризації шовком скляної палички перейшло в шовк, якщо заряд палички став дорівнювати 4,8 ∙ 10^-9 Кл?

2. Електричні заряди q₁ = 2 ∙ 10^-9 Кл і q₂ = 4 ∙ 10^-8 Кл розташовані у вакуумі на відстані 2 см.

** а) 3 якою силою взаємодіють ці заряди?

*** б) Чи зміниться сила взаємодії між зарядами, якщо їх спочатку з’єднати, а потім розвести на попередню відстань (2 см)? Знайди силу взаємодії між зарядами до і після дотику.