Глава 8. Электрические заряды. Основы химии
Электризация предметов. Электрические заряды.
Давайте возьмем стеклянную палочку и будем 2-3 минуты с силой тереть ее кончик кусочком шелка. После такой процедуры палочка приобретает необычные свойства.
Во-первых, к ней начинают прилипать разнообразные мелкие предметы.
Во-вторых, она может передать это свойство другому предмету (для чего нужно потереть палочку об этот предмет).
Рис. 55
В-третьих, самое удивительное, разные части этого последнего предмета начинают отталкиваться друг от друга (например, бумажные ленточки на рис. 55, отталкиваясь друг от друга, встают "дыбом"). Эбонитовая палочка, натертая шерстяной тканью, обладает точно такими же свойствами.
Однако бумажные ленточки, "заряженные" стеклянной палочкой, ПРИТЯГИВАЮТСЯ к бумажным ленточкам, "заряженным" эбонитовой палочкой.
Все описанные явления объясняются тем, что разные предметы при соприкосновении могут передавать друг другу мелкие, невидимые глазом, частицы - электроны. Они отталкиваются друг от друга, но притягиваются к другим частицам - протонам, которые имеются внутри любого предмета, но не могут переходить из одного твердого предмета в другой при соприкосновении. Протон отталкивается от другого протона, но притягивается к электрону. Свойство притягивать электроны и отталкивать протоны либо, наоборот, отталкивать электроны и притягивать протоны, физики называют электрическим зарядом. В первом случае заряд отрицательный (считается, что сам электрон тоже имеет отрицательный заряд), во втором положительный (считается, что сам протон тоже имеет положительный заряд).
|
|
|
? А теперь попробуйте объяснить все описанные выше события. Имейте в виду, что сила притяжения или отталкивания зависит от расстояния между частицами: чем ближе друг к другу находятся частицы, тем больше сила.
Строение атома
Рис. 56
Любой атом состоит из ядра (оно находится в центре атома) и электронов, двигающихся вокруг него. Ядро обычно состоит из частиц двух типов: протонов и нейтронов (протоны, нейтроны, электроны и некоторые другие частицы, о которых в этой книге не рассказывается, называют элементарными частицами). Нейтроны не имеют электрического заряда, масса нейтрона почти равна массе протона. Масса электрона гораздо меньше: около 1/2000 массы протона. В любом атоме одинаковое количество протонов и электронов. Простейший атом (атом водорода) состоит из одного протона и одного электрона (рис. 56). Он не взаимодействует с заряженными предметами (т.е. не имеет электрического заряда) из-за того, что, например, к положительно заряженному предмету его электрон притягивается, а его протон отталкивается от этого предмета, причем эти две силы в точности равны друг другу. В подобной ситуации физики говорят, что два заряда различны по знаку, но равны по величине. Суммарный заряд любого атома равен нулю. Заряд электрона считают равным -1, а заряд протона +1.
|
|
|
Бывает, что один из электронов покидает атом. Число протонов в этом атоме оказывается на единицу больше числа электронов, а заряд его ядра на величину заряда одного электрона больше заряда всех электронов. Иначе говоря, суммарный заряд такого атома равен +1. Бывает, что атом захватывает извне добавочные электроны, приобретая суммарный отрицательный заряд. Атомы или группы атомов с добавочными или недостающими электронами называют ионами. Положительно заряженные ионы называют катионами, отрицательно заряженные - анионами.
! Сила взаимодействия неподвижных зарядов. Закон Кулона
Рис. 57
Пусть имеются два неподвижных положительных заряда величиной +q1 и +q2(то есть в первом из них протонов на q1 больше, чем электронов, а во втором - на q2), удаленных на расстояние R друг от друга (рис. 57). Первый из них действует на второй силой 
, второй на первый - силой 
. По третьему закону Ньютона = - . Будем теперь изменять q1, q2 и R, и посмотрим, как изменяется сила взаимодействия зарядов. Выяснится, что величина этой силы прямо пропорциональна величине каждого из зарядов (то есть увеличивается или уменьшается во столько же раз), а также величине 1/R2 (последнее означает, что при изменении R сила увеличивается или уменьшается во столько же раз, во сколько и 1/R2 , а не R; например, если R увеличилось в два раза, то сила уменьшится в 4 раза):
|
|
|
| | | ~ q1
|
| | | ~ q2
|
| | | ~ 1/R2
|
Эти три утверждения можно соединить в одно (мы не будем доказывать правильность такой замены, можете проверить ее на нескольких конкретных примерах):
Однако эта формула еще не позволяет, зная заряды и расстояние, вычислить величину силы. Она позволяет только сказать, во сколько раз изменилась сила по сравнению с "начальной" ситуацией. Такой начальной ситуацией можно договориться считать вариант, когда оба заряда равны +1 (то есть заряду протона), а расстояние равно какой-то единице измерения расстояний, например, 1 метру. Предположим, мы действительно взяли два единичных заряда, поместили их на единичном расстоянии друг от друга, и измерили величину силы. Она оказалась равна k. Теперь можно сказать, что в нашей ситуации величина силы больше этого начального значения в (q1 · q2) /R2 раз:
|
|
|
Это и есть математическая формулировка закона Кулона. Она скоро пригодится нам при обсуждении силы притяжения электронов к атомам.
? Ион имеет заряд +3, в нем 10 электронов. Определите заряд ядра.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 297; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!