Долгое время считалось, что атом — неделимая частица. По мере развития физики учёные всё больше сомневались в неделимости атома и пытались разгадать его строение.

Модель Томсона

Опыты Томсона показали, что в состав атомов входят отрицательно заряженные частицы  — электроны. Однако атом электрически нейтрален. Иначе, если бы атом имел даже очень маленький заряд, то все окружающие тела, состоящие из огромного числа атомов, обладали бы очень большими зарядами. Они постоянно взаимодействовали бы друг с другом, чего не происходит. Значит, внутри атома имеется и положительный заряд.

Тогда Томсон предложил модель строения атома — кекс с изюмом:

Такая модель может обьяснить нейтральность атома и явление электризации. Но гораздо больше явлений такая модель объяснить не в состоянии.

Модель Резерфорда-Бора

В 1911 г. британский физик Эрнест Резерфорд (1871—1935) на основании результатов проведённых опытов предложил планетарную модель атома. По Резерфорду,

Практически вся масса атома сосредоточена в его ядре; вокруг ядра на разных расстояниях от него вращаются электроны.

Модель атома Резерфорда напоминает Солнце с планетами, поэтому её и называют планетарной.

Свойства модели

1) электроны имеют отрицательный заряд, ядро — положительный, поэтому они притягиваются друг к другу электрическими силами;
2) электроны не падают на ядро, так как находятся в постоянном движении (примерно как Луна не падает на Землю).

Развитие моделей строения атома:

Строение ядра атома

Ядро, так же как и сам атом, имеет сложную структуру. Оно состоит из частиц — нейтронов и протонов (их называют нуклонами). Протоны заряжены положительно, а нейтроны не имеют электрического заряда (нейтральные). Что же удерживает нуклоны в ядре, ведь одноимённо заряженные протоны отталкиваются друг от друга? Нуклоны связаны между собой ядерными силами, которые примерно в 100 раз больше электрических.

 Открытие протона

Протон был открыт в 1919 г. Резерфордом. Современные эксперименты показывают, что абсолютные значения (модули) зарядов протона и электрона совпадают. Электрический заряд протона, так же как и электрона,  — неотъемлемое его свойство, т. е. заряд нельзя отделить от протона или электрона.

Число протонов в ядре атома равно числу электронов в атоме, поэтому атом электрически нейтрален. 

Протон имеет относительно большую массу, примерно в 1836 раз больше массы электрона. Массы протона и нейтрона почти одинаковы. Таким образом, основная масса любого атома сосредоточена в ядре.

Ионы

Если из атома удалить один или несколько электронов, то у образовавшейся частицы будет избыток положительного заряда. Такую частицу называют положительным ионом. Атом, присоединивший один или несколько дополнительных электронов, становится отрицательным ионом, так как приобретает отрицательный заряд. Число протонов в каждом случае не меняется. Заряд ядра (число протонов) — главная характеристика данного химического элемента.

Информация о материале

Просмотров: 105

Чтобы выяснить, от чего зависит сила взаимодействия двух зарядов, проведём опыт. Подвесим на нити гильзу из металлической фольги и сообщим ей положительный электрический заряд. Поднесём к гильзе отрицательно заряженную палочку.

1) Чем ближе подносим палочку к гильзе, тем сильнее гильза к ней притягивается.

2) Чем больше заряд гильзы и палочки, тем сильнее они притягиваются друг к другу.

 В 1785  г. Кулон, экспериментально изучая взаимодействие между маленькими заряженными шариками. Он установил закон, по которому сила может быть вычислена для точечных зарядов.

Точечный заряд — это заряженное тело, размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями от него до других рассматриваемых тел.

Закон Кулона

Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в  вакууме прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Силы, с которыми два точечных заряда действуют друг на друга, направлены вдоль прямой, соединяющей их, равны по модулю и противоположны по направлению.

Сила взаимодействия зарядов зависит от свойств среды, в которой они находятся. В диэлектрике эта сила меньше, чем в вакууме при том же расстоянии между зарядами. В вакууме коэффициент пропорциональности равен

k = 9 · 10⁹ Н·м²/Кл²

Взаимодействие заряженных тел происходит на расстоянии. В этом электрическое взаимодействие похоже на всемирное тяготение. Планеты притягиваются к Солнцу через пустоту. Учёные считают, что между планетами и Солнцем действует гравитационное поле, а между заряжёнными телами — электрическое.

Электрическое поле

Любое заряженное тело создаёт вокруг себя электрическое поле. Главное свойство электрического поля  — действие на тела, обладающие электрическим зарядом, с некоторой силой.

Силу, действующую на заряженное тело со стороны электрического поля, называют электрической силой.

Чтобы изобразить распределение электрического поля в пространстве, окружающем заряды, придумали силовые линии. Они идут по радиусам от положительного заряда к отрицательному.

Если поле образовано двумя зарядами, то линии искривляются. Они располагаются так, чтобы касательная к линии в любой точке совпадала по направлению с сумарной силой, с которой это поле действует на внесённый в него положительный заряд.

Пробный заряд — маленький положительный заряд, который не оказывает влияния на исследуемое поле.

 Чтобы исследовать само поле, а не его взаимодействие с внесёнными в него зарядами, используют физическую величину — напряжённость.

Напряжённость электрического поля — это физическая величина, равная отношению электрической силы, действующей на помещённый в элект рическое поле пробный заряд, к значению этого заряда.

Единица измерения напряжённости Н/Кл.

Если в пространстве существует несколько полей, то их общая напряжённость равна векторной сумме напряжённостей отдельных полей. Это утверждение называют принципом суперпозиции. Принцип суперпозиции означает, что поля отдельных зарядов друг друга не искажают, а только накладываются друг на друга.

Итак, электрическое поле — силовое, т. к. оно действует на внесённые в него заряды с некоторой силой. Также оно обладает энергией — совершает работу по перемещению внесённых в него зарядов.

Информация о материале

Просмотров: 148

 Все тела состоят из атомов и молекул, которые электрически нейтральны (их заряд равен нулю). Но тело может быть электрически нейтральным, если в нём содержится одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов. Тогда электризацию можно объяснить так:

При электризации заряды переходят с одного тела на другое.

Тогда должен существовать предел деления заряда и минимальный заряд. 

Опыт по разделению зарядов

Для этого возьмём два одинаковых электрометра и  зарядим один из ни. Затем соединим его металлическим стержнем с  другим, незаряженным электрометром. Часть заряда с первого электрометра перейдёт на второй. Так как электрометры одинаковы, то первоначальный заряд поделился на две равные части.

Разрядим один из электрометров и повторим опыт. Обнаружим, что заряд снова поделился пополам, и на каждом электрометре оказалось по 1/4 от первоначального заряда. Так можно делить заряд много раз.

Более сложные опыты по делению электрического заряда были проведены в 1910—1911 гг. практически одновременно советским учёным Абрамом Фёдоровичем Иоффе и американским учёным Робертом Милликеном.

Они обнаружили, что электрический заряд может меняться только порциями. Такое свойство называют дискретностью заряда. Это значит, что в природе существует частица, имеющая самый маленький электрический заряд.

Электрон

Носитель наименьшего по модулю отрицательного заряда — электрон. Экспериментально электрон был открыт в 1897г. английским физиком Джозефом Джоном Томсоном (1856— 1940).

Заряд электрона равен q_e = –1,6·10^–19 Кл.

Частиц с зарядом, меньшим по модулю, чем заряд электрона, в природе не обнаружено.

Масса электрона равна m_e = 9,1·10^–31 кг.

Модуль заряда электрона часто называют элементарным зарядом, обозначают буквой e. Заряды q любых частиц или тел оказываются либо равными, либо кратными элементарному заряду.

q = ±Ne, где N = 1, 2, 3, ... .

Информация о материале

Просмотров: 113

Представьте себе летнюю жару. Вы пытаетесь открыть металлическую крышку на банке с огурцами, но она не поддается. Что делают взрослые? Правильно, льют на неё горячую воду. И крышка magically открывается! Почему?

Или другой пример: почему провода между столбами зимой натянуты как струна, а летом провисают? Во всем виновато явление, которое называется Тепловое расширение и сжатие.

Тепловое расширение — это увеличение линейных размеров и объёма тела при его нагревании. 
Тепловое сжатие — это уменьшение размеров и объёма тела при его охлаждении.

Почему это происходит?

Давайте заглянем внутрь вещества. Мы знаем, что все тела состоят из частиц (атомов, молекул), которые находятся в постоянном хаотическом движении. Это тепловое движение.

• Когда мы нагреваем тело, мы сообщаем ему энергию. Частицы начинают двигаться быстрее и сильнее расталкивать соседей. Амплитуда их колебаний увеличивается. Им нужно больше пространства! Поэтому вещество расширяется.

• Когда мы охлаждаем тело, мы энергию забираем. Частицы двигаются медленнее, слабее отталкиваются, и вещество сжимается.

Простая аналогия: Представьте, что вы на дискотеке (это нагревание). Если все танцуют очень энергично, они занимают больше места, размахивая руками. Если музыка стихла (охлаждение), все стоят ближе друг к другу.

Важный факт: У разных веществ коэффициент теплового расширения разный! Газы расширяются сильно, жидкости — слабее, твёрдые тела — ещё слабее.

Примеры вокруг нас

Здесь можно разделить примеры на «полезные» и «вредные», которые нужно учитывать.

А) Примеры, которые мы используем с пользой:

• Термометр. Столбик спирта или ртути в трубке расширяется при нагревании и поднимается вверх. Это самый наглядный пример!

• Соединение деталей. Как в загадке: металлическую крышку нагрели, она расширилась, и её стало легко открыть. В технике горячие детали (например, подшипник) сажают на вал, а когда они остывают и сжимаются, получается очень прочное соединение.

• Биметаллическая пластина. Две пластины из разных металлов (например, сталь и латунь) склеены. Они по-разному расширяются при нагреве. Пластина изгибается. Это используется в терморегуляторах утюга, электрического чайника, в автоматических выключателях (предохранителях).

Б) Примеры, которые могут навредить, и как с этим борются:

• Рельсы и мосты. Летом длинные металлические конструкции могут расшириться так, что путь искривится или мост разрушится. Поэтому:

  • Между рельсами оставляют зазоры.

  • Мосты устанавливают на специальные опоры (ролики), которые позволяют конструкции двигаться.
      

• Стекло и посуда. Если налить кипяток в холодный стакан, его внутренняя часть расширится быстро, а внешняя еще нет. Из-за этого разного расширения стекло треснет. Поэтому для чая используют толстое стекло или фарфор, которые нагреваются более равномерно.

• Провода ЛЭП. Летом они провисают, потому что удлиняются. Зимой, сжимаясь, они могут порваться, если их натянуть слишком сильно. Поэтому их монтируют с расчетом на зимнее сжатие.

Линейное и объёмное расширение тел

У тел, у которых один из размеров значительно больше остальных, можно пренебречь изменением размера по двум другим осям и считать, что меняется только одно измерение. Такое расширение считают линейным.

Если пренебречь нельзя, то расширение считается объёмным.

Аномалия воды: самое важное исключение!

У всех правил есть исключения. И здесь оно самое важное для жизни на Земле! Вода при охлаждении от +4°C до 0°C не сжимается, а расширяется! Лед занимает больший объем, чем вода. Поэтому:

• Лед плавает на поверхности воды.

• Бутылка с водой, оставленная на морозе, лопается.

• Почему это хорошо? Озера и реки зимой замерзают сверху, а на дне остается вода +4°C, где могут выжить рыбы. Если бы лед тонул, все водоемы промерзали бы до дна.

Главный вывод: Тепловое расширение и сжатие — фундаментальное явление природы. Его нужно обязательно учитывать в строительстве, технике и в быту, чтобы создавать надежные и долговечные конструкции. А уникальное свойство воды — причина существования жизни в том виде, в каком мы её знаем.

Информация о материале

Просмотров: 4469