Электрические заряды. Закон Кулона.
Глава 1. Основы электростатики
1.1 Строение вещества
Все вещества, как простые, так и сложные, состоят из молекул, а молекулы из атомов. Наименьшая частица вещества, которая еще сохраняет его свойства, называется молекулой.
Молекула - это химическая комбинация двух или более атомов.
Атом - это наименьшая частица элемента, которая сохраняет химические характеристики элемента.
Химический элемент - составная часть вещества, построенная из одинаковых атомов.
Простые вещества - медь, алюминий, цинк, свинец и др. - состоят из одинаковых атомов данного вещества. Молекулы сложных веществ могут состоять из нескольких атомов различных химических элементов.
Например, поваренная соль (хлористый натрий) состоит из атомов хлора и атомов натрия. Молекулы воды содержат атомы водорода и атомы кислорода.
Физическая комбинация элементов и соединений называется смесью. Примерами смесей является воздух, который состоит из кислорода, азота, углекислого газа и других газов, и соленая вода, которая состоит из соли и воды.
Атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны сгруппированы в центре атома и образуют ядро. Протоны заряжены положительно, а нейтроны не имеют электрического заряда. Электроны расположены на оболочках на различных расстояниях от ядра. Атомы различных элементов отличаются друг от друга. Поскольку существует свыше 100 различных элементов, то существует и свыше 100 различных атомов.
|
|
|
Количество протонов в ядре атома называется атомным номером элемента, т.е. номером элемента в периодической таблице Д.И. Менделеева.
Атомные номера позволяют отличить один элемент от другого. Каждый элемент имеет также атомную массу. Атомная масса определяется общим числом протонов и нейтронов в ядре. Электроны почти не дают вклада в общую массу атома; масса электрона составляет только 1/1836 часть от массы протона, и этого недостаточно, чтобы ее учитывать. Электроны вращаются вокруг ядра по замкнутым орбитам. Каждая орбита называется оболочкой. Оболочки обозначаются буквами К, L, М, N и т. д. Оболочки заполняются постепенно, по мере увеличения атомного номера элемента, в следующей последовательности: сначала заполняется оболочка К, затем L, М, N и т.д. В некоторых случаях этот порядок нарушается: например, оболочка N начинает заполняться при не полностью заполненной оболочке М.
Максимальное количество электронов, которое может разместиться на каждой оболочке, показано в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Обозначения оболочек
Общее количество электронов
К 2
L 8
М 18
N 32
0 82
Р 14
Q 2
В качестве примера рассмотрим строение атома алюминия, имеющего № 13 в таблице Менделеева и атомную массу 27 (рис. 1.1).
|
|
|
Ядро атома алюминия содержит 13 протонов и 14 нейтронов (13 + 14 = 27). Тринадцать электронов атома алюминия размещены на трех электронных оболочках: на оболочке К - 2 электрона, на оболочке L - 8 электронов и на наиболее удаленной от ядра внешней оболочке М - 3 электрона.
Внешняя оболочка называется валентной и количество электронов, которое она содержит, называется валентностъю. Чем дальше от ядра валентная оболочка, тем меньшее притяжение со стороны ядра испытывает каждый валентный электрон. Таким образом, потенциальная возможность атома присоединять или терять электроны увеличивается, если валентная оболочка не заполнена и расположена достаточно далеко от ядра.
Электроны валентной оболочки могут получать энергию.
Если эти электроны получат достаточно энергии от внешних сил, то они могут покинуть атом и стать свободными электронами, произвольно перемещаясь от атома к атому.
Материалы, которые содержат большое количество свободных носителей заряда, называются проводниками. Проводниками являются все металлы, растворы электролитов, расплавы многих веществ и ионизированные газы. Самой высокой проводимостью среди металлов обладает серебро; далее в порядке убывания проводимости идут медь, золото и алюминий. И серебро, и медь, и золото имеют валентность, равную единице. Однако серебро является лучшим проводником, поскольку его свободные электроны более слабо связаны.
|
|
|
Диэлектрики (изоляторы) в противоположность проводникам препятствуют протеканию электричества.
В диэлектриках свободные электроны отсутствуют благодаря тому, что валентные электроны одних атомов присоединяются к другим атомам, заполняя их валентные оболочки и препятствуя, таким образом, образованию свободных электронов. Диэлектриками являются различные пластмассы, слюда, фарфор, стекло, мрамор, резина, различные смолы, лаки и другие материалы.
Промежуточное положение между проводниками и изоляторами занимают полупроводники. Полупроводники не являются ни хорошими проводниками, ни хорошими изоляторами, но они играют важную роль в электронике, потому что их проводимость можно изменять от проводника до изолятора. Кремний и германий являются полупроводниковыми материалами. Об атоме, который имеет одинаковое число электронов и протонов, говорят, что он электрически нейтрален.
|
|
|
Атом, получивший один или более электронов, не является электрически нейтральным. Он становится отрицательно заряженным и называется отрицательным ионом. Если атом теряет один или более электронов, то он становится положительно заряженным и называется положительным ионом. Процесс присоединения или потери электронов называется ионизацией. Ионизация играет большую роль в протекании электрического тока.
Электрические заряды. Закон Кулона.
Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 50; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!