3 ЛАРИОНОВ В.В.. 1. Матвеев А.Н. «Электричество и магнетизм», М. Высшая школа,1983. 2. Крючков Ю. Ю., Тюрин Ю. И., Чернов И. П., «Физика», ч.2, Электричество. - презентация

1 3 ЛАРИОНОВ В.В.

2 1. Матвеев А.Н. «Электричество и магнетизм», М. Высшая школа, Крючков Ю. Ю., Тюрин Ю. И., Чернов И. П., «Физика», ч.2, Электричество и магнетизм – Томск,: Сивухин Д.В. «Общий курс физики»,- «Электричество».-М.,Наука,1983,1992г.

3 4. Астахов А.В., Широков Ю.М. «Электромагнитное поле».- Наука, Парсел Э. «Электричество и магнетизм», Берклеевский курс физики.- М., Наука, 1983, Тюрин Ю.И., Ларионов В.В., Чернов И.П. Физика. Сборник задач (с решениями). Электричество и магнетизм. - Томск, Изд. ТГУ, – 448 с.

4 Ларионов В.В. Тема: Заряд и его Тема: Заряд и его свойства, закон Кулона Сегодня: пятница, 14 марта 2014 г.

5 Сформулировал законы трения, качения и скольжения. Установил законы упругого кручения. В 1725 г., построил прибор для измерения силы – крутильные весы. В 1725 году Кулон открыл закон, названный в последствии его именем. Раньше ожидали, этот закон должен быть похож на закон всемирного тяготения. Так оно и оказалось, только величина сил разная: если передать 1% электронов от одного человека к другому, то сила взаимодействия между ними на расстоянии вытянутой руки будет больше веса земного шара. (Ранее крутильные весы изобрел Кавендиш и на 10 лет раньше Кулона он установил этот закон). КУЛОН Шарль Огюстен ( – ) – (Couloumb) французский физик и военный инженер.

6 Макроскопические носители зарядов. Кварки. Заряженные частицы и ионы, q=1, * Кл. m е = 9,1* кг. Протон. Нейтрон. Рис. 1. Рис ,511,5 r, м r r+dr 4πr2ρ4πr2ρ 0 0,51 1,5 r, м 4πr2ρ4πr2ρ 7

7 Что такое заряд? Мы знаем только его структуру и свойства Что означает непрерывное распределение элементарного заряда? Дробный заряд? Кварки (Гелл – Манн) и Дж. Цвейг: гипотеза (1964 г.) Из романа Дж. Джойса «Поминки по Финнегану», герою которого во сне слышались слова о таинственных трех кварках

8 к Тип кварка duscbt заряд-1/3+2/3-1/3+2/3-1/3+2/3 Спин1/2 Масса, ГэВ 0,33 0,511,85180

9 1.Электрический заряд кварков дробный: плюс и минус две трети или одна треть от заряда электрона 2.В свободном состоянии кварки не существуют. Как реальности, кварки проявляют себя только в комбинациях по два или по три. 3. Из шести основных кварков строятся все элементарные частицы. При этом учитывается направление спина, заряд и т.д.

10 4. Некоторые тяжелые элементарные частицы состоят из трех одинаковых кварков (по массе и заряду), что противоречит принципу Паули. Для того чтобы на один уровень посадить 3 кварка вместо двух по принципу Паули, кварки окрасили в три различных цвета. Гелл-Манн и Цвейг придумали название для цвета кварков: красный, синий, зеленый. Родилась новая наука «Квантовая хромодинамика».

11 Спин –собственный магнитный момент. Это внутреннее свойство частицы и не имеет классического аналога. Спиновый магнитный момент не описывается классической теорией электричества и магнетизма. Спин рассматривается как некоторое первоначальное свойство частицы. PmPm Ток I, охватывает поверхность S S В классической физике P m =ISn: n

12 Нижний - d Верхний - u Прекрасный - b Очарованный - с Странный - S Высший - t Названия кварков: Протон состоит: Нейтрон состоит: u d u u d d

13 Протон. Рис ,511,5 r, м r r+dr 4πr2ρ4πr2ρ Нейтрон. Рис ,51 1,5 r, м 4πr2ρ4πr2ρ Кварки движутся, их относительное время пребывания на различных расстояниях от центра представлено на рис. 1,2.

14 3. Элементарный заряд. Измерения заряда. 2 вида зарядов + и - заряды свойство симметрии Б.Франклин ( ) Пластмассовая линейка натертая бумагой Стеклянная палочка натертая тканью

15 Электроскоп Проводимость Индукция Определяем знак неизвестного заряда

16 4. Дискретность заряда: Б.Франклин в 1752г.- умозрительно Фарадей в 1834г.- электролиз 1881 Г.Л. Гельмгольц и Д. Стоней

17 Опыт Милликена 1909г. ( ) mg qE FлFл Е F тр Резонансный m,Qm,Q υ

18 Пусть: m=1мг = кг; Е 0 =10 5 В/м; Q ~100q ; ω 0 =10 -1 с; q =1.6* Кл. А рез = 160 мкм очень большая величина! Дробных зарядов в свободном состоянии не существует! Эксперимент Метод позволяет определить десятые доли элементарного заряда, если бы он существовал. Это не значит, что в связанном состоянии внутри элементарных частиц кварки отсутствуют.

19 5. Равенство зарядов Точность: Нейтральность отдельных атомов проверялась прямыми экспериментами – отклонение пучка нейтральных атомов в электростатических полях. Заряд электрона = заряду протона с точностью 3,

20 Если бы заряд зависел от скорости, нейтральность не соблюдалась бы. В атоме гелия υ e = 0.02c? В тяжелых атомах – 0,5с, но q=const, т.е. инвариантен! υ электрона >> υ протона, также скорость электронов у разных атомов различна 2 шарика из Fe на L =1м, м=1г. Нарушение нейтральности 10 -6, сила взаимодействия = 18*10 6 Н 7. Инвариантность заряда

21 6. Непрерывное распределение зарядов. Реально рассматриваем макроскопические явления. 1мкКл ~ электронов. С=10мкФ и U =100В на каждой обкладке ~7*10 15 электрических.зарядов. Ток 1А = через поперечное сечение проводника проходит ~10 18 электронов за секунду.

22 Объёмная плотность ρ: Поверхностная плотность σ: q= s σdЅ σ = q Ѕ σ = dq dЅ Линейная плотность τ: τ = dq dl q = l τdl (1) (2) (3)

23 Концентрация зарядов: n 0 = n V Плотность тока - j j = j + + j - j = ρυ j = dI dЅ I = s jdЅ где: υ i - скорость заряда (4) (5) Если заряды однородны, то j = nqv=env

24 8. Интегральная формулировка закона сохранения заряда. jdЅjdЅ s v Изменение заряда в некотором объёме может произойти только в результате втекания и вытекания заряда через замкнутую поверхность S ограничивающую объём (алгебраическая сумма электрически изолированного объема есть величина постоянная. Скорость изменения заряда в объёме. Сила тока через поверхность, ограничивающую объём. Знак минус учитывает, что если + заряд внутри V уменьшается, то плотность тока направлена из объёма.

25 9. Дифференциальная формулировка закона сохранения заряда. Итак интеграл по поверхности равен интегралу по объему в виде jdЅjdЅ

26 Запишем данное выражение в виде ( это связь интеграла по поверхности с интегралом по объему, который заключен данной поверхностью ). (1) Здесь дивергенция равна

27 Сравнивая подинтегральные выражения в формуле (1), видим, что Это и есть закон сохранения заряда в дифференциальной форме

28 10. Сохранение заряда в 4-х мерном пространстве Перепишем выражение для дивергенции и плотности тока в виде :

29 Легко видеть, что изменение плотности заряда во времени можно представить как 4-ую компоненту плотности тока: Окончательно:

30 Это и есть закон сохранения заряда в дифференциальной форме для 4-х мерного пространства Преобразование из К системы в систему К для одномерного тока j x и плотности заряда ρ в СТО имеет вид:

31 Знать: 1. Как понимать распределение зарядов в нейтроне и протоне. 2. Кварки и их свойства кварков. 3. Опыты Милликена и резонансный метод. 4. Как определяются линейная, объёмная, поверхностная плотности зарядов. 5.Интегральную формулировку З.С. заряда. 6. Понятие дивергенции. 4-х мерный вектор плотности тока. Вывод ЗС в дифференциальном виде

32 Закон Кулона