Электрический заряд. Закон сохранения заряда

Тема урока: Электрический заряд. Закон сохранения заряда 📚

Цели урока 🎯

• Понять, что такое электрический заряд и каким он бывает ⚡

• Узнать про элементарный заряд и квантование заряда ⚛️

• Применять закон сохранения заряда в задачах 🧮

Основная часть урока 📝

1. Что такое электрический заряд? 🤔

Электрический заряд — это физическая величина, которая показывает, насколько сильно частица или тело участвует в электромагнитном взаимодействии. Обозначается q, измеряется в кулонах (Кл). Заряды бывают двух знаков: положительные и отрицательные. Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые — притягиваются.

Носители заряда в атоме: протоны (заряд положительный) и электроны (заряд отрицательный). Обычно тело нейтрально — протонов и электронов поровну. Зарядить тело — значит создать в нём избыток или недостаток электронов.

2. Элементарный заряд и квантование ⚛️

Минимальная «порция» заряда — элементарный заряд e = 1,6·10⁻¹⁹ Кл. Ровно такой заряд (по модулю) у электрона и протона. Заряд любого тела кратен элементарному: q = N·e, где N — целое число частиц. Это свойство называют квантованием заряда.

✨ Важно: заряд 2,5·e существовать не может — только целое число элементарных зарядов.

3. Способы электризации 🎈

• Трением: электроны переходят с одного тела на другое — так шарик «прилипает» к волосам 🎈

• Соприкосновением: заряженное тело делится зарядом с незаряженным при контакте 🤝

• Через влияние (индукцией): заряды в проводнике перераспределяются, даже без касания 🧲

Во всех трёх случаях заряды никуда не исчезают и ниоткуда не берутся — они только перераспределяются между телами.

4. Закон сохранения заряда 🔒

В замкнутой системе (тела не обмениваются зарядом с внешним миром) алгебраическая сумма зарядов постоянна: q1 + q2 + … + q_n = const. Складывать заряды нужно с учётом знаков. Этот закон — один из самых точных в физике: нарушений не найдено ни в одном эксперименте.

5. Решаем задачи 🛠

Задача 1. Тело имеет заряд q = −3,2·10⁻⁷ Кл. Сколько лишних электронов на нём?

1. Заряд кратен элементарному: |q| = N·e, где N — число лишних электронов, e = 1,6·10⁻¹⁹ Кл.

2. N = |q|/e = 3,2·10⁻⁷/1,6·10⁻¹⁹ = 2·10¹².

3. Ответ: 2·10¹² электронов. Проверка: 2·10¹²·1,6·10⁻¹⁹ = 3,2·10⁻⁷ Кл — сходится.

Задача 2. Два одинаковых металлических шарика с зарядами +6 нКл и −2 нКл соприкоснулись и разошлись. Какой заряд стал у каждого?

1. По закону сохранения суммарный заряд не изменился: q = (+6) + (−2) = +4 нКл.

2. Шарики одинаковые, поэтому заряд делится поровну: по +4/2 = +2 нКл = 2·10⁻⁹ Кл.

3. Проверка: 2 + 2 = 4 нКл — сумма сохранилась.

Задача 3. При трении тело потеряло 5·10¹⁰ электронов. Какой заряд оно приобрело?

1. Тело потеряло отрицательные частицы, значит, стало положительным.

2. q = N·e = 5·10¹⁰·1,6·10⁻¹⁹ = 8·10⁻⁹ Кл.

3. Ответ: q = +8 нКл. Проверка: столько же отрицательного заряда получило второе тело — суммарный заряд системы не изменился.

Типичные ошибки ⚠️

• ❌ Думают, что при электризации заряд «создаётся». → ✅ Заряд только перераспределяется: одно тело теряет электроны, другое получает.

• ❌ При соприкосновении шариков складывают модули зарядов. → ✅ Складывать алгебраически, с учётом знаков.

• ❌ «Тело потеряло электроны — стало отрицательным». → ✅ Наоборот: потеря электронов даёт положительный заряд.

• ❌ Получают нецелое число электронов и не замечают. → ✅ N = q/e всегда целое — иначе ошибка в расчёте.

Мини-конспект 📋

• Заряд q измеряется в кулонах (Кл); два знака: «+» и «−».

• Одноимённые отталкиваются, разноимённые притягиваются.

• Элементарный заряд: e = 1,6·10⁻¹⁹ Кл; q = N·e, N — целое.

• Электризация: трением, соприкосновением, через влияние.

• Закон сохранения: в замкнутой системе сумма зарядов постоянна.

• Одинаковые проводящие шарики после контакта делят заряд поровну.

Зачем это нужно? 🚀

• Антистатики, заземление бензовозов и браслеты сборщиков электроники — защита от электризации ⚡

• Ксерокс и лазерный принтер переносят тонер именно электризацией 🖨️

• Молния — гигантский разряд, который начинается с разделения зарядов в туче ⛈️