Електрон і протон
До початку 20 століття вчені вважали атом щонайменшої неподільною часткою речовини, але це виявилося не так. Насправді, в центру атома розташовується його ядро з зарядженими позитивно протонами і нейтральними нейтронами, навколо ядра по орбиталям обертаються негативно заряджені електрони (дана модель атома була в 1911 році запропонована Е. Резерфордом). Примітно, що маси протонів і нейтронів практично рівні, а ось маса електрона приблизно в 2000 разів менше.
Хоч атом містить як позитивно заряджені частинки, так і негативно, його заряд нейтральний, тому що, в атомі однакову кількість протонів і електронів, а рзнозаряженние частки нейтралізують один одного.
Пізніше вчені з’ясували, що електрони і протони мають однакову величиною заряду, що дорівнює 1,6 – 10-19Кл (Кл – кулон, одиниця електричного заряду в системі СІ.
Ніколи не замислювалися над питанням – яке у електронів відповідає заряду в 1 Кл?
Вирахувати це досить просто:
1 / (1,6 – 10-19) = 6,25 – 1018 електронів
електрична сила
Електричні заряди впливають один на одного, що проявляється у вигляді електричної сили.
Якщо якесь тіло має надлишок електронів, воно буде мати сумарним негативним електричним зарядом, і навпаки – при дефіциті електронів, тіло буде мати сумарний позитивний заряд.
За аналогією з магнітними силами, коли однойменно заряджені полюси відштовхуються, а різнойменно – притягуються, електричні заряди поводяться аналогічним чином. Однак, у фізиці недостатньо говорити просто про полюсності електричного заряду, важливо його числове значення.
Щоб дізнатися величину сили, що діє між зарядженими тілами, необхідно знати не тільки величину зарядів, але і відстань між ними. Раніше вже розглядалася сила всесвітнього тяжіння:
F = (Gm1m2) / R2
m1, m2 – маси тіл;
R – відстань між центрами тіл;
G = 6,67 – 10-11 нм2 / кг – універсальна гравітаційна постійна.
В результаті проведених лабораторних дослідів, фізики вивели аналогічну формулу для сили взаімодейтсвіе електричних зарядів, яка отримала назву закон Кулона:
F = kq1q2 / r2
q1, q2 – взаємодіючі заряди, виміряні в Кл;
r – відстань між зарядами;
k – коефіцієнт пропорційності (СІ: k = 8,99 – 109Нм2Кл2; СГСЕ: k = 1).
де:
K = 1 / (4πε0).
ε0≈8,85 – 10-12Кл2Н-1м-2 – електрична постійна.
Відповідно до закону Кулона, якщо два заряду мають однаковий знак, то діюча між ними сила F позитивна (заряди відштовхуються одна від одної); якщо заряди мають протилежні знаки, що діє сила негативна (заряди притягуються один до одного).
Про те, наскільки величезним по силі є заряд в 1 Кл можна судити, використовуючи закон Кулона. Наприклад, якщо припустити, що два заряду, кожен в 1Кл рознести на відстань один від одного в 10 метрів, то вони будуть один від одного відштовхуватися з силою:
F = kq1q2 / r2
F = (8,99 – 109) – 1 – 1 / (102) = -8,99 – 107н
Це досить велика сила, приблизно сопостовімая з масою в 5600 тонн.
Давайте тепер за допомогою закону Кулона дізнаємося, з якою лінійною швидкістю обертається електрон в атомі водню, вважаючи, що він рухається по круговій орбіті.
Електростатичну силу, діючу на електрон, згідно із законом Кулона можна прирівняти до центростремительной силі:
F = kq1q2 / r2 = mv2 / r
З огляду на той факт, що маса електрона дорівнює 9,1 – 10-31кг, а радіус його орбіти = 5,29 – 10-11м, отримуємо значення 8,22 – 10-8Н.
Тепер можна знайти лінійну швидкість електрона:
8,22 – 10-8 = (9,1 – 10-31) v2 / (5,29 – 10-11)
v = 2,19 – 106м / с
Таким чином, електрон атома водню обертається навколо його центру зі швидкістю, що дорівнює приблизно 7,88 млн. Км / год.
(2 votes, average: 3.00 out of 5)