Site Loader

Содержание

Закон сохранения электрических зарядов определение. Закон сохранения заряда — формулировка, формула, примеры опытов

Абсолютно всем известно такое понятие, как закон сохранения энергии . Энергия не возникает из ничего и не пропадает в никуда. Она только переходит из одной формы в другую.

Это основополагающий закон Вселенной. Именно благодаря этому закону Вселенная может существовать стабильно и продолжительно.

Формулировка закона сохранения заряда

Существует еще один подобный закон, который тоже является одним из основополагающих. Это закон сохранения электрического заряда.

В телах, которые находятся в покое и электрически нейтральны, заряды противоположных знаков равны по величине и взаимно компенсируют друг друга. Когда происходит электризация одних тел другими, заряды переходят с одного тела на другое, однако их общий суммарный заряд остается прежним.

В изолированной системе тел общий суммарный заряд всегда равен некоторой постоянной величине: q_1+q_2+⋯+q_n=const, где q_1, q_2, …, q_n заряды тел или частиц, входящих в систему.

Как же быть с превращением частиц?

Существует один момент, который может вызывать вопросы превращение частиц. Действительно, частицы могут рождать и исчезать, переходя при этом в другие частицы, излучение или энергию.

При этом такие процессы могут происходить как с нейтральными, так и с несущими заряд частицами. Как же быть в таком случае с законом сохранения заряда?

Оказалось, что рождение и исчезновение частиц может происходить только парно. То есть частицы переходят в иной тип существования, например, в излучение только парой, когда исчезают одновременно и положительная и отрицательная частицы.

При этом появляется некий вид излучения и определенная энергия. В обратном случае, когда под влиянием некоего излучения и потреблением энергии рождаются заряженные частицы, то они тоже рождаются только парой: положительная и отрицательная.

Соответственно, общий заряд новоявленной пары частиц будет равен нулю и закон сохранения заряда выполняется.

Экспериментальное подтверждение закона

Выполнение закона сохранения электрического заряда подтверждено экспериментально множество раз. Нет ни одного факта, который бы говорил об ином.

Поэтому, ученые полагают, что полный электрический заряд всех тел во Вселенной сохраняется неизменным и, скорее всего, равен нулю. То есть количество всех положительных зарядов равно количеству всех отрицательных зарядов.

Природа существования закона сохранения заряда пока непонятна. В частности, непонятно, почему заряженные частицы рождаются и аннигилируют только парами.

При электризации тел выполняется

закон сохранения электрического заряда . Этот закон справедлив для замкнутой системы. В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной . Если заряды частиц обозначить через q 1 , q 2 и т.д., то

q 1 + q 2 + q 3 + … + q n = const.

Основной закон электростатики – закон кулона

Если расстояние между телами во много раз больше их размеров, то ни форма, ни размеры заряженных тел существенно не влияют на взаимодействия между ними. В таком случае эти тела можно рассматривать как точечные.

Сила взаимодействия заряженных тел зависит от свойств среды между заряженными телами.

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Эту силу называют кулоновской.

|q 1 | и |q 2 | — модули зарядов тел,

r – расстояние между ними,

k – коэффициент пропорциональности.

F сила взаимодействия

Силы взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел направлены вдоль прямой, соединяющей эти тела.

Единица электрического заряда

Единица силы тока – ампер.

Один кулон (1 Кл) – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А

g [Кулон=Кл]

е=1,610 -19 Кл

-электрическая постоянная

БЛИЗКОДЕЙСТВИЕ И ДЕЙСТВИЕ НА РАССТОЯНИИ

Предположение о том, что взаимодействие между удаленными друг от друга телами всегда осуществляется с помощью промежуточных звеньев (или среды), передающих взаимодействие от точки к точке, составляет сущность теории близкодействия. Распр. с конечной скоростью.

Теория прямого действия на расстоянии непосредственно через пустоту. Согласно этой теории действие передается мгновенно на сколь угодно большие расстояния.

Обе теории являются взаимно противоположными друг другу. Согласно теории действия на расстоянии одно тело действует на другое непосредственно через пустоту и это действие передается мгновенно.

Теория близкодействия утверждает, что любое взаимодействие осуществляется с помощью промежуточных агентов и распространяется с конечной скоростью.

Существования определенного процесса в пространстве между взаимодействующими телами, который длится конечное время, — вот главное, что отличает теорию близкодействия от теории действия на расстоянии.

Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно.

Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на другой заряд, и наоборот. По мере удаления от заряда поле ослабевает.

Электромагнитные взаимодействия должны распространятся в пространстве с конечной скоростью.

Электрическое поле существует реально, его свойства можно исследовать опытным путем, но мы не можем сказать из чего это поле состоит.

О природе электрического поля можно сказать, что поле материально; оно сущ. независимо от нас, от наших знаний о нем;

Поле обладает определенными свойствами, которые не позволяют спутать его с чем-либо другим в окружающем мире;

Главное свойство электрического поля – действие его на электрические заряды с некоторой силой;

Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим . Оно не меняется со временем. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами. Оно существует в пространстве, окружающем эти заряды, и неразрывно с ним связано.

Напряженность электрического поля.

Отношение силы, действующей на помещенный в данную точку поля заряд, к этому заряду для каждой точки поля не зависит от заряда и может рассматриваться как характеристика поля.

Напряженность поля равна отношению силы, с которой поле действует на точечный заряд, к этому заряду.


Напряженность поля точечного заряда.

.

Модуль напряженности поля точечного заряда q o на расстоянии r от него равен:

.

Если в данной точке пространства различные заряженные частицы создают электрические поля, напряженности которых и т. д., то результирующая напряженность поля в этой точке равна:

СИЛОВЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛ.

НАПРЯЖЕННОСТЬ ПОЛЯ ЗАРЯЖЕННОГО ШАРА

Электрическое поле, напряженность которого одинакова во всех точках пространства, называется однородным.

Густота силовых линий больше вблизи заряженных тел, где напряженность поля также больше.

-напряженность поля точечного заряда.

Внутри проводящего шара (r > R) напряженность поля равна нулю.

ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ.

В проводниках имеются заряженные частицы, способные перемещаться внутри проводника под влиянием электрического поля. Заряды этих частиц называют свободными зарядами.

Электростатического поля внутри проводника нет. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности. Заряды в проводнике могут располагаться только на его поверхности.

Не все явления природы можно понять и объяснить на основе использования понятий и законов механики, молекулярно-кинетической теории строения вещества, термодинамики. Эти науки ничего не говорят о природе сил, которые связывают отдельные атомы и молекулы, удерживают атомы и молекулы вещества в твердом состоянии на определенном расстоянии друг от друга. Законы взаимодействия атомов и молекул удается понять и объяснить на основе представлений о том, что в природе существуют электрические заряды.

Самое простое и повседневное явление, в котором обнаруживается факт существования в природе электрических зарядов, — это электризация тел при соприкосновении. Взаимодействие тел, обнаруживаемое при электризации, называется электромагнитным взаимодействием, а физическая величина, определяющая электромагнитное взаимодействие, — электрическим зарядом.

Способность электрических зарядов притягиваться и отталкиваться говорит о наличии двух различных видов зарядов: положительных и отрицательных.

Электрические заряды могут появляться не только в результате электризации при соприкосновении тел, но и при других взаимодействиях, например, под воздействием силы (пьезоэффект). Но всегда в замкнутой системе, в которую не входят заряды, при любых взаимодействиях тел алгебраическая (т.е. с учетом знака) сумма электрических зарядов всех тел остается постоянной. Этот экспериментально установленный факт называется законом сохранения электрического заряда.

Нигде и никогда в природе не возникают и не исчезают электрические заряды одного знака. Появление положительного заряда всегда сопровождается появлением равного по абсолютному значению, но противоположного по знаку отрицательного заряда. Ни положительный, ни отрицательный заряды не могут исчезнуть в отдельности друг от друга, если равны по абсолютному значению.

Появление и исчезновение электрических зарядов на телах в большинстве случаев объясняется переходами элементарных заряженных частиц — электронов — от одних тел к другим. Как известно, в состав любого атома входят положительно заряженные ядро и отрицательно заряженные электроны. В нейтральном атоме суммарный заряд электронов в точности равен заряду атомного ядра. Тело, состоящее из нейтральных атомов и молекул, имеет суммарный электрический заряд, равный нулю.

Если в результате какого-либо взаимодействия часть электронов переходит от одного тела к другому, то одно тело получает отрицательный электрический заряд, а второе — равный по модулю положительный заряд. При соприкосновении двух разноименно заряженных тел обычно электрические заряды не исчезают бесследно, а избыточное число электронов переходит с отрицательно заряженного тела к телу, у которого часть атомов имела не полный комплект электронов на своих оболочках.

Особый случай представляет встреча элементарных заряженных античастиц, например, электрона и позитрона. В этом случае положительный и отрицательный электрические заряды действительно исчезают, аннигилируют, но в полном соответствии с законом сохранения электрического заряда, так как алгебраическая сумма зарядов электрона и позитрона равна нулю.

В обычных условиях микроскопические тела являются электрически нейтральными, потому что положительно и отрицательно заряженные частицы, которые образуют атомы, связаны друг с другом электрическими силами и образуют нейтральные системы. Если электрическая нейтральность тела нарушена, то такое тело называется наэлектризованное тело . Для электризации тела необходимо, чтобы на нём был создан избыток или недостаток электронов или ионов одного знака.

Способы электризации тел , которые представляют собой взаимодействие заряженных тел, могут быть следующими:

  1. Электризация тел при соприкосновении . В этом случае при тесном контакте небольшая часть электронов переходит с одного вещества, у которого связь с электроном относительно слаба, на другое вещество.
  2. Электризация тел при трении . При этом увеличивается площадь соприкосновения тел, что приводит к усилению электризации.
  3. Влияние . В основе влияния лежит явление электростатической индукции , то есть наведение электрического заряда в веществе, помещённом в постоянное электрическое поле.
  4. Электризация тел под действием света . В основе этого лежит фотоэлектрический эффект , или фотоэффект , когда под действием света из проводника могут вылетать электроны в окружающее пространство, в результате чего проводник заряжается.

Многочисленные опыты показывают, что когда имеет место электризация тела , то на телах возникают электрические заряды, равные по модулю и противоположные по знаку.

Отрицательный заряд тела обусловлен избытком электронов на теле по сравнению с протонами, а положительный заряд обусловлен недостатком электронов.

Когда происходит электризация тела, то есть когда отрицательный заряд частично отделяется от связанного с ним положительного заряда, выполняется закон сохранения электрического заряда . Закон сохранения заряда справедлив для замкнутой системы, в которую не входят извне и из которой не выходят наружу заряженные частицы. Закон сохранения электрического заряда формулируется следующим образом:

В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остаётся неизменной:

q 1 + q 2 + q 3 + … + q n = const

где q 1 , q 2 и т. д. – заряды частиц.

Взаимодействие электрически заряженных тел

Взаимодействие тел , имеющих заряды одинакового или разного знака, можно продемонстрировать на следующих опытах. Наэлектризуем эбонитовую палочку трением о мех и прикоснёмся ею к металлической гильзе, подвешенной на шёлковой нити. На гильзе и эбонитовой палочке распределяются заряды одного знака (отрицательные заряды). Приближая заряженную отрицательно эбонитовую палочку к заряженной гильзе, можно увидеть, что гильза будет отталкиваться от палочки (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Взаимодействие тел с зарядами одного знака.

Если теперь поднести к заряженной гильзе стеклянную палочку, потёртую о шёлк (положительно заряженную), то гильза будет к ней притягиваться (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Взаимодействие тел с зарядами разных знаков.

Отсюда следует, что тела, имеющие заряды одинакового знака (одноимённо заряженные тела), взаимно отталкиваются, а тела, имеющие заряды разного знака (разноименно заряженные тела), взаимно притягиваются. Аналогичные вводы получаются, если приближать два султана, одноименно заряженные (рис. 1.4) и разноименно заряженные (рис. 1.5).

Существует два типа зарядов – положительные и отрицательные; одноименные заряды друг от друга отталкиваются, разноименные – притягиваются. При электризации трением всегда заряжаются оба тела, причем равными по величине но разноименными зарядами.

Опытным путем американский физик Р.Милликен (1868–1953) и советский физик А.Ф.Иоффе доказали, что электрический заряд дискретен, т. е. заряд любого тела составляет целое кратное от некоторого элементарного электрического заряда е (е = 1,6.10 -19 Кл). Электрон (m e = 9,11.10 -31 кг) и протон (m p = 1,67.10 -27 кг) являются соответственно носителями элементарных отрицательного и положительного зарядов.

Из обобщения опытных данных был установлен фундаментальный закон природы, впервые сформулированный английским физиком М.Фарадеем (1791 – 1867), – закон сохранения заряда : алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы (системы, не обменивающейся зарядами с внешними телами) остается неизменной, какие бы процессы ни происходили внутри этой системы.

Электрический заряд – величина релятивистски инвариантная, т. е. не зависит от системы отсчета, а значит, не зависит от того, движется этот заряд или покоится.

Наличие носителей заряда (электронов, ионов) является условием того, что тело проводит электрический ток. В зависимости от способности тел проводить электрический ток они делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники Проводники – тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объему. Проводники делятся на две группы: 1) проводники первого рода (например, металлы) – перенесение в них зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями; 2) проводники второго рода (например, расплавленные соли, растворы кислот) – перенесение в них зарядов (положительных и отрицательных ионов) ведет к химическим изменениям. Диэлектрики (например, стекло, пластмассы) – тела, которые не проводят электрического тока; если к этим телам не прикладывается внешнее электрическое поле, в них практически отсутствуют свободные носители заряда. Полупроводники (например, германий, кремний) занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками, причем их проводимость сильно зависит от внешних условий, например температуры.

Единица электрического заряда (производная единица, так как определяется через единицу силы тока) – кулон (Кл) – электрический заряд проходящий через поперечное сечение при токе силой 1 А за время 1 с.

2.Закон Кулона

Закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов установлен в 1785 г. Ш.Кулоном с помощью крутильных весов (ранее этот закон был открыт Г. Кавендишем, однако его работа оставалась неизвестной более 100 лет). Точечным называется заряд, сосредоточенный на теле, линейные размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует.

Закон Кулона: сила взаимодействия F между двумя точечными зарядами, находящимися в вакууме , пропорциональна зарядам Q 1 , и Q 2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц.

Кулоновская сила F направлена вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие заряды, т. е. является центральной, и соответствует притяжению (F F >0) в случае одноименных зарядов.

В векторной форме закон Кулона имеет вид

(.2)

где F 12 , – сила, действующая на заряд Q 1 со стороны заряда Q 2 , r 12 – радиус вектор, соединяющий заряд Q 1 с зарядом Q 2 .

Если взаимодействующие заряды находятся в однородной и изотропной среде, то сила взаимодействия , где ε – безразмерная величина – диэлектрическая проницаемость среды , показывающая, во сколько раз сила F взаимодействия между зарядами в данной среде меньше их силы F о взаимодействия в вакууме : ε =F о /F. Для вакуума ε = 1.

В СИ коэффициент пропорциональности принимается равным .

Тогда закон Кулона запишется в окончательном виде:

Величина ε о называется электрической постоянной ; она относится к числу фундаментальных физических постоянных и равна ε о = 8,85. 10 -12 Кл /(Н м). Тогда k = 9.10 9 м/Ф.

3.Электростатическое поле и его напряженность

Если в пространство, окружающее электрический заряд, внести другой заряд, то на него будет действовать кулоновская сила; значит в пространстве, окружающем электрические заряды, существует силовое поле. Согласно представлениям современной физики, поле реально существует и наряду с веществом является одним из видов материи, посредством которого осуществляются определенные взаимодействия между макроскопическими телами или частицами, входящими в состав вещества. В данном случае говорят об электрическом поле – поле, посредством которого взаимодействуют электрические заряды. Мы будем рас сматривать электрические поля, которые создаются неподвижными электрическими зарядами и называются электростатическими .

Для обнаружения и опытного исследования электростатического поля используется пробный точечный положительный заряд – такой заряд, который своим действием не искажает исследуемое поле (не вызывает перераспределения зарядов, создающих поле). Если в поле, создаваемое зарядом Q , поместить пробный заряд Q о, то на него действует сила F , различная в разных точках поля, которая, согласно закону Кулона, пропорциональна пробному заряду Q о. Поэтому отношение F/Q o не зависит от пробного заряда и характеризует электрическое поле в той точке, где пробный заряд находится. Эта величина является силовой характеристикой электростатического поля и называется напряженностью .

Напряженность электростатического поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный положительный заряд помещенный в эту точку поля: E =F /Q o.

Направление вектора Е совпадает с на правлением силы, действующей на положительный заряд. Единица напряженности электростатического поля – ньютон на кулон (Н/Кл): 1 Н/Кл – напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует силой в 1 Н. 1 Н/Кл = 1 В/м, где В (вольт) – единица потенциала электростатического поля (см. 84).

Напряженность поля точечного заряда (для ε = 1)

(3)

или в скалярной форме

Вектор Е во всех точках поля направлен радиально от заряда, если он положителен и радиально к заряду, если отрицателен.

Графически электростатическое поле изображают с помощью линий напряженности (силовых линий), которые проводят так, чтобы касательные к ним каждой точке пространства совпадали по направлению с вектором напряженности в данной точке поля. Так как в каждой данной точке пространства вектор напряженности имеет лишь одно направление, то линии напряженности никогда не пересекаются. Для однородного поля (когда вектор напряженности в любой точке постоянен по величине и направлению ) линии напряженности параллельны вектору напряженности. Если поле создается точечным зарядом, то линии напряженности – радиальные прямые, выходящие из заряда, если он положителен, и входящие в него, если заряд отрицателен. Вследствие большой наглядности графический способ представления электрического поля широко применяется в электротехнике.

Чтобы с помощью линий напряженности можно было характеризовать не только направление, но и величину напряженности электростатического поля, условились проводить их с определенной густотой: число линий напряженности, пронизывающих единицу поверхности, перпендикулярной линиям напряженности, должно быть равно модулю вектора Е . Тогда число линий напряженности, пронизывающих элементарную площадку dS , нормаль к которой образует угол α с вектором Е , равно ЕdS cos α. Величина dФ E = Е dS называется потоком вектора напряженности через площадку dS . Здесь dS = dS n – вектор, модуль которого равен dS , а направление совпадает с нормалью n к площадке. Выбор направления вектора n (а, следовательно, и dS ) условен, так как его можно направить в любую сторону.

Для произвольной замкнутой поверхности S поток вектора Е через эту поверхность

где интеграл берется по замкнутой поверхности S . Поток вектора Е является алгебраической величиной: зависит не только от конфигурации поля Е , но и от выбора направления n . Для замкнутых поверхностей за положительное направление нормали принимается внешняя нормаль, т.е. нормаль, направленная наружу области, охватываемой поверхностью.

В истории развития физики имела место борьба двух теорий – дальнодействия и близкодействия . В теории дальнодействия принимается, что электрические явления определяются мгновенным взаимодействием зарядов на любых расстояниях. Согласно теории близкодействия, все электрические явления определяются изменениями полей зарядов, причем эти изменения распространяются в пространстве от точки к точке с конечной скоростью. Применительно к электростатическим полям обе теории дают одинаковые результаты, хорошо согласующиеся с опытом. Переход же к явлениям, обусловленным движением электрических зарядов, приводит к несостоятельности теории дальнодействия, поэтому современной теорией взаимодействия заряженных частиц является теория близкодействия .

4.Принцип суперпозиции электростатических полей. Поле диполя

Рассмотрим метод определения величины и направления вектора напряженности Е в каждой точке электростатического поля, создаваемого системой не подвижных зарядов Q 1 , Q 2 , … Q n .

Опыт показывает, что к кулоновским силам применим рассмотренный в механике принцип независимости действия сил, т. е. результирующая сила F , действующая со стороны поля на пробный заряд Q о равна векторной сумме сил F i , приложенных к нему со стороны каждого из зарядов Q i : .Так как F = Q o E и F i = Q o E i , –где Е напряженность результирующего поля, а Е i ; – напряженность поля, создаваемого зарядом Q i ;. Подставляя, получим .Эта формула выражает принцип суперпозиции (наложения) электростатических полей, согласно которому напряженность Е результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности .

Применим принцип суперпозиции для расчета электростатического поля электрического диполя. Электрический диполь – система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов (+Q , –Q ), расстояние 1 между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля. Вектор, направленный по оси диполя (прямой, проходящей через оба заряда) от отрицательного заряда к положительному и равный расстоянию между ними, называется плечом диполя . Вектор p = |Q |l совпадающий по направлению с плечом диполя и равный произведению заряда Q на плечо 1 , называется электрическим моментом диполя р или дипольным моментом

Согласно принципу суперпозиции, напряженность Е поля диполя в произвольной точке

Е = Е + + Е — , где Е + и Е — – напряженности полей, создаваемых соответственно положительным и отрицательным зарядами. Воспользовавшись этой формулой, рассчитаем напряженность поля на продолжении оси диполя и на перпендикуляре к середине его оси.

1. Напряженность поля на продолжении оси диполя в точке А . Как видно из рисунка, напряженность поля диполя в точке А направлена по оси диполя и по модулю равна Е = Е + — Е

Обозначив расстояние от точки А до середины оси диполя через r , определим напряженности полей, создаваемых зарядами диполя и сложим их

Согласно определению диполя, l /2 , поэтому

2.Напряженность поля на перпендикуляре, восставленном к оси из его середины, в точке В . Точка В равноудалена от зарядов, поэтому

(4),

где r » – расстояние от точки В до середины плеча диполя. Из подобия равнобедренных треугольников, опирающихся на плечо диполя и вектор Е B , получим

,

откуда E B = E + l /r . (5)

Подставив в выражение (5) значение (4), получим

Вектор Е В имеет направление, противоположное электрическому моменту диполя.

5.Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме

Вычисление напряженности поля системы электрических зарядов с помощью принципа суперпозиции электростатических полей можно значительно упростить, используя выведенную немецким ученым К.Гауссом (1777 – 1855) теорему, определяющую поток вектора напряженности электрического поля через произвольную замкнутую поверхность .

Известно, поток вектора напряженности сквозь сферическую поверхность радиуса r , охватывающую точечный заряд Q , находящийся в ее центре, равен

Этот результат справедлив для замкнутой поверхности любой формы. Действительно, если окружить сферу произвольной замкнутой поверхностью, то каждая линия напряженности, пронизывающая сферу, пройдет и сквозь эту поверхность.

Если замкнутая поверхность произвольной формы охватывает заряд, то при пересечении любой выбранной линии напряженности с поверхностью она то входит в поверхность, то выходит из нее. Нечетное число пересечений при вычислении потока в конечном счете сводится к одному пересечению, так как поток считается положительным, если линия напряженности выходит из поверхности, и отрицательным для линии, входящей в поверхность. Если замкнутая поверхность не охватывает заряда, то поток сквозь нее равен нулю, так как число линий напряженности, входящих в поверхность, равно числу линий напряженности, выходящих из нее.

Таким образом, для поверхности любой формы , если она замкнута и заключает в себя точечный заряд Q , поток вектора Е будет равен Q/e o т. е.

Рассмотрим общий случай произвольной поверхности, окружающей n зарядов. В соответствии с принципом суперпозиции напряженность Е i поля, создаваемого всеми зарядами, равна сумме напряженностей, создаваемых каждым зарядом в отдельности E = SE i . Поэтому

Каждый из интегралов, стоящий под знаком суммы равен Q i / e o . Следовательно,

(5А)

Эта формула выражает теорему Гаусса для электростатического поля в вакууме: поток вектора напряженности электростатического поля в вакууме через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности зарядов, деленной на ε о . Эта теорема выведена математически для векторного поля любой природы русским математиком М.В.Остроградским (1801–1862), а затем независимо от него применительно к электростатическому полю – К.Гауссом.

В общем случае электрические заряды могут быть «размазаны» с некоторой объемной плотностью ρ = dQ /dV , различной в разных местах пространства. Тогда суммарный заряд заключенный внутри замкнутой поверхности S , охватывающей некоторый объем V равен .

Тогда теорему Гаусса можно записать так:

6. Применение теоремы Гаусса к

расчету некоторых электростатических полей в вакууме

1. Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости . Бесконечная плоскость заряжена с постоянной поверхностной плотностью +σ (σ = dQ /dS – заряд, приходящийся на единицу поверхности). Линии напряженности перпендикулярны рассматриваемой плоскости и направлены от нее в обе стороны. В качестве замкнутой поверхности выделим цилиндр, основания которого параллельны заряженной плоскости, а ось перпендикулярна ей. Так как образующие цилиндра параллельны линиям напряженности (cosα = 0), то поток вектора напряженности сквозь боковую поверхность цилиндра равен нулю, а полный поток сквозь цилиндр равен сумме потоков сквозь его основания (площади оснований равны и для основания Е n совпадает с Е ), т. е. равен 2ЕS . Заряд, заключенный внутри цилиндра, равен σS . Согласно теореме Гаусса 2ЕS = σS /ε o , откуда

E = σ /2ε o (6)

Из формулы вытекает, что Е не зависит от длины цилиндра, т.е. напряженность поля на любых расстояниях одинакова по модулю, иными словами, поле равномерно заряженной плоскости однородно .

2.. Пусть плоскости заряжены равномерно разноименными зарядами с поверхностными плотностями +σ и –σ. Поле таких плоскостей найдем как суперпозицию полей, создаваемых каждой из плоскостей в отдельности. Как видно из рисунка, слева и справа от плоскостей поля вычитаются (линии напряженности направлены навстречу друг другу), поэтому здесь напряженность поля Е =0. В области между плоскостями Е = Е + + Е – (Е + и Е – определяются по формуле (6), поэтому результирующая напряженность Е = σ/ε о. Таким образом, поле в данном случае сосредоточено между плоскостями и является в этой области однородным.

3.. Сферическая поверхность радиуса R с общим зарядом Q заряжена равномерно с поверхностной плотностью +σ. Благодаря равномерному распределению заряда по поверхности поле, создаваемое им, обладает сферической симметрией. Поэтому линии напряженности направлены радиально). Выделим мысленно сферу радиуса r , имеющую общий центр с заряженной сферой. Если r>R , то внутрь поверхности попадает весь заряд Q , создающий рассматриваемое поле, и, по теореме Гаусса, 4πr 2 E = Q/ε o , откуда

(7)

Если r «R , то замкнутая поверхность не содержит внутри зарядов, поэтому внутри равномерно заряженной сферической поверхности электростатическое поле отсутствует (Е =0). Вне этой поверхности поле убывает с расстоянием r по такому же закону, как у точечного заряда.

4. Поле объемно заряженного шара. Шар радиуса R с общим зарядом Q заряжен равномерно с объемной плотностью ρ (ρ = dQ /dV – –заряд приходящийся на единицу объема). Учитывая соображения симметрии, можно показать, что для напряженности поля вне шара получится тот же результат, что и в предыдущем случае. Внутри же шара напряженность поля будет другая. Сфера радиуса r «R охватывает заряд Q » =4/3 πr » 3 ρ. Поэтому, согласно теореме Гаусса , 4πr » 2 Е = Q «/ε о = =4/3 πr » 3 ρ/ε о. Учитывая, что ρ = Q /(4/3πR 3), получим

. (8)

Таким образом, напряженность поля вне равномерно заряженного шара описывается формулой (7), а внутри его изменяется линейно с расстоянием r » согласно выражению (8).

5.. Бесконечный цилиндр радиуса R заряжен равномерно с линейной плотностью τ (τ = dQ /dl – – заряд приходящийся на единицу длины). Из соображений симметрии следует, что линии напряженности будут радиальными прямыми, перпендикулярными поверхности цилиндра. В качестве замкнутой поверхности выделим коаксиальный с заряженным цилиндр радиуса r и длиной l . Поток вектора Е сквозь торцы коаксиального цилиндра равен нулю (торцы параллельны линиям напряженности), а сквозь боковую поверхность 2πrlE .

По теореме Гаусса , при r >R rlE = τl /ε o , откуда

(9)

Если r R , то замкнутая поверхность зарядов внутри не содержит, поэтому в этой области Е = 0. Таким образом, напряженность поля вне равномерно заряженного бесконечного цилиндра определяется выражением (8), внутри же его поле отсутствует.

7.Циркуляция вектора напряженности электростатического поля

Если в электростатическом поле точечного заряда Q из точки 1 в точку 2 вдоль произвольной траектории перемещается другой точечный заряд Q o , то сила, приложенная к заряду, совершает работу. Работа на элементарном пути dl равна .

Так как dl cos α = dr , то . Работа при перемещении заряда Q o из точки 1 в точку 2

(10)

не зависит от траектории перемещения, а определяется только положениями начальной 1 и конечной 2 точек. Следовательно, электростатическое поле точечного заряда является потенциальным , а электростатические силы – консервативными.

Из формулы (10) следует, что работа, совершаемая при перемещении электрического заряда во внешнем электростатическом поле по любому замкнутому пути L равна нулю, т. е.

Если в качестве заряда, переносимого в электростатическом поле, взять единичный точечный положительный заряд то элементарная работа сил поля на пути dl равна E dl = Е l dl , где Е l = Е cosα – проекция вектора Е на направление элементарного перемещения. Тогда формулу можно записать в виде = 0.

Интеграл называется циркуляцией вектора напряженности . Следовательно, циркуляция вектора напряженности электростатического поля вдоль любого замкнутого контура равна нулю. Из этого следует также, что линии напряженности электростатического поля не могут быть замкнутыми.

Полученная формула справедлива только для электростатического поля. В дальнейшем будет показано, что поле движущихся зарядов потенциальным не является и условие (5*) для него не выполняется.

7.Потенциал электростатического поля

Тело, находящееся в потенциальном поле сил (а электростатическое поле является потенциальным), обладает потенциальной энергией, за счет которой силами поля совершается работа. Как известно из механики, работа консервативных сил совершается за счет убыли потенциальной энергии. Поэтому работу сил электростатического поля можно представить как разность потенциальных энергий, которыми обладает точечный заряд Q o в начальной и конечной точках поля заряда Q : ,

откуда следует, что потенциальная энергия заряда Q o в поле заряда Q равна , которая, как и в механике, определяется с точностью до произвольной постоянной С. Если считать, что при удалении заряда в бесконечность (r→ ∞) потенциальная энергия обращается в нуль (U = 0), то С = 0 и потенциальная энергия заряда Q o , находящегося в поле заряда Q на расстоянии г от него, равна

(12)

Для одноименных зарядов Q o Q > 0 и потенциальная энергия их взаимодействия (отталкивания) положительна. Для разноименных зарядов Q o Q

Если поле создается системой n точечных зарядов Q 1 , Q 2 , …Q n , то при соблюдении принципа суперпозиции потенциальная энергия U заряда Q o находящегося в этом поле, равна сумме его потенциальных энергий U i , создаваемых каждым из зарядов в отдельности

(13)

Из формул (12) и (13) вытекает, что отношение U /Q o не зависит от Q o и является поэтому энергетической характеристикой электростатического поля, называемой потенциалом :

Потенциал φ в какой-либо точке электростатического поля есть физическая величина, определяемая потенциальной энергией единичного положительного заряда, помещенного в эту точку. Из формул (12) и (13) следует, что потенциал поля, создаваемого точечным зарядом Q , равен

Работа, совершаемая силами электростатического поля при перемещении заряда Q o из точки 1 в точку 2, может быть представлена как

A 12 =U 1 —U 2 =Q o (φ 1 -φ 2), (15)

т.е. работа равна произведению переносимого заряда на разность потенциалов в начальной и конечной точках .

Работа сил поля при перемещении заряда Q o из точки 1 в точку 2 может быть записана также в виде

Приравняв (14) и (15), придем к соотношению φ 1 -φ 2 = , где интегрирование можно производить вдоль любой линии, соединяющей начальную и конечную точки, так как работа сил электростатического поля не зависит от траектории перемещения.

Если перемещать заряд Q o из произвольной точки за пределы поля, т.е. в бесконечность, где по условию потенциал равен нулю, то работа сил электростатического поля, согласно (15), A ∞ =Q o φ или

Таким образом, потенциал – физическая величина, определяемая работой по перемещению единичного положительного заряда при удалении его из данной точки в бесконечность. Эта работа численно равна работе, совершаемой внешними силами (против сил электростатического поля) по перемещению единичного положительного заряда из бесконечности в данную точку поля.

Из выражения (14) следует, что единица потенциала – вольт (В): 1 В – есть потенциал такой точки поля, в которой снаряд в 1 Кл обладает потенциальной энергией 1 Дж (1 В = 1 Дж/Кл). Учитывая размерность вольта можно показать, что введенная ранее единица напряженности электростатического поля действительно равна 1 В/м: 1 Н/Кл = 1 Н м/(Кл м) = 1 Дж/(Кл м) = 1 В/м.

Из формул (14) и (15) вытекает, что если поле создается несколькими зарядами, то потенциал поля системы снарядов равен алгебраической сумме потенциалов полей всех этих зарядов . В этом заключается существенное преимущество скалярной энергетической характеристики электростатического поля – потенциала – перед его векторной силовой характеристикой – напряженностью, которая равна геометрической сумме напряженностей слагаемых полей.

Напряженность как градиент потенциала. Эквипотенциальные поверхности

Найдем взаимосвязь между напряженностью электростатического поля, являющейся его силовой характеристикой, и потенциалом – энергетической характеристикой поля.

Работа по перемещению единичного точечного положительного заряда из одной точки в другую вдоль оси х при условии, что точки расположены бесконечно близко друг к другу и х 2 – х 1 = dx , равна Е x dx . Та же работа равна φ 1 – φ 2 = –. Приравняв оба выражения, можем записать , где символ частной производной подчеркивает, что дифференцирование производится только по х . Повторив аналогичные рассуждения для осей у и z , можем найти вектор Е :

, (16)

где i , j , k – единичные векторы координатных осей х , у , z .

Из определения градиента и (1.6) следует, что , или , т. е. напряженностьЕполя равна градиенту потенциала со знаком минус . Знак минус определяется тем, что вектор напряженности Е поля направлен в сторону убывания потенциала.

Для графического изображения распределения потенциала электростатического поля, как и в случае поля тяготения, пользуются эквипотенциальными поверхностями – поверхностями, во всех точках которых потенциал φ имеет одно и то же значение .

Таким образом, эквипотенциальные поверхности в данном случае – концентрические сферы. С другой стороны, линии напряженности в случае точечного заряда – радиальные прямые. Следовательно, линии напряженности в случае точечного заряда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.

Рассуждения приводят к выводу о том, что линии напряженности всегда нормальны к эквипотенциальным поверхностям. Действительно, все точки эквипотенциальной поверхности имеют одинаковый потенциал, поэтому работа по перемещению заряда вдоль этой поверхности равна нулю, т. е. электростатические силы, действующие на заряд, всегда направлены по нормалям к эквипотенциальным поверхностям. Следовательно, вектор Е всегда нормален к эквипотенциальным поверхностям, а поэтому линии вектора Е ортогональны этим поверхностям.

Эквипотенциальных поверхностей вокруг каждой системы зарядов можно провести бесчисленное множество. Однако их обычно проводят так, чтобы разности потенциалов между любыми двумя соседними эквипотенциальными поверхностями были одинаковы. Тогда густота эквипотенциальных поверхностей наглядно характеризует напряженность поля в разных точках. Там, где эти поверхности расположены гуще, напряженность поля больше.

Зная расположение линий напряженности электростатического поля, можно построить эквипотенциальные поверхности и, наоборот, по известному расположению эквипотенциальных поверхностей можно определить в каждой точке поля величину и направление напряженности поля. На рисунке для примера показан вид линий напряженности (пунктирные линии) и эквипотенциальных поверхностей (сплошные линии) поля заряженного металлического цилиндра, имеющего на одном конце выступ, а на другом – впадину.

Вычисление потенциала по напряженности поля

Установленная связь между напряженностью поля и потенциалом позволяет по известной напряженности поля найти разность потенциалов между двумя произвольными точками этого поля.

1.Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости определяется формулой Е = σ/2ε о, где σ – поверхностная плотность заряда. Разность потенциалов между точками, лежащими на расстояниях х 1 и х 2 от плоскости (используем формулу (16)), равна

2.Поле двух бесконечных параллельных разноименно заряженных плоскостей определяется формулой Е = σ/ε о, где σ – поверхностная плотность заряда. Разность потенциалов между плоскостями, расстояние между которыми равно d (см. формулу (15)), равна

.

3.Поле равномерно заряженной сферической поверхности радиуса R с общим зарядом Q вне сферы (r > Q ) вычисляется по формуле: . Разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r 1 , и r 2 от центра сферы (r 1 >R , r 2 >R ), равна

Если принять r 1 = R , и r 2 = ∞, то потенциал заряженной сферической поверхности .

4. Поле равномерно заряженного шара радиуса R с общим зарядом Q вне шара (r >R ) вычисляется по формуле (82.3), поэтому разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r 1 , и r 2 , от центра шара (r 1 >R , r 2 >R ), определяется формулой (86.2). В любой точке, лежащей внутри шара на расстоянии r » от его центра (r » R ), напряженность определяется выражением (82.4): .Следовательно, разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r 1 «, и r 2 ′ от центра шара (r 1 «R , r 2 ′R ), равна

.

5. Поле равномерно заряженного бесконечного цилиндра радиуса R , заряженного с линейной плотностью τ, вне цилиндра (r >R ) определяется формулой (15): .

Следовательно, разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r 1 , и r 2 , от оси заряженного цилиндра (г 1 >R, г 2 >R), равна

.

Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков

Диэлектрик (как и всякое вещество) состоит из атомов и молекул. Положительный заряд сосредоточен в ядрах атомов, а отрицательный – в электронных оболочках атомов и молекул. Так как положительный заряд всех ядер молекулы равен суммарному заряду электронов, то молекула в целом электрически нейтральна. Если заменить положительные заряды ядер молекулы через суммарный заряд +Q , находящийся в центре «тяжести» положительных зарядов, а заряд всех электронов – суммарным отрицательным снарядом –Q , находящимся в центре «тяжести» отрицательных зарядов, то молекулу можно рассматривать как электрический диполь с электрическим моментом, определенным формулой (80.3).

Первую группу диэлектриков (N 2 , H 2 О 2 , СН 4 ..) составляют вещества, молекулы которых имеют симметричное строение, т.е. центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов в отсутствие внешнего электрического поля совпадают и, следовательно, дипольный момент молекулы р равен нулю. Молекулы таких диэлектриков называются неполярнымц Под действием внешнего электрического поля заряды неполярных молекул смещаются в противоположные стороны (положительные по полю, отрицательные против поля) и молекула при обретает дипольный момент.

Вторую группу диэлектриков (Н 2 О, NН 3 , SО 2 , СО, и т.д.) составляют вещества, молекулы которых имеют асимметричное строение, т.е. центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Таким образом, эти молекулы в отсутствие внешнего электрического поля обладают дипольным моментом. Молекулы таких диэлектриков называются полярными. При отсутствии внешнего поля, однако, дипольные моменты полярных молекул вследствие теплового движения ориентированы в пространстве хаотично и их результирующий момент равен нулю. Если такой диэлектрик поместить во внешнее поле, то силы этого поля будут стремиться повернуть диполи вдоль поля.

Третью группу диэлектриков (NаС1, КСl, КВг,…) составляют вещества, молекулы которых имеют ионное строение. Ионные кристаллы представляют собой пространственные решетки с правильным чередованием ионов разных знаков. В этих кристаллах нельзя выделить отдельные молекулы, а рассматривать их можно как систему двух в

Рекомендуем также

Электрические заряды

Если потереть стеклянную палочку о лист бумаги, то палочка приобретёт способность притягивать к себе листочки «султана» (см. рис. 1.1), пушинки, тонкие струйки воды. При расчёсывании сухих волос пластиковой расчёской волосы притягиваются к расчёске. В этих простых примерах мы встречаемся с проявлением сил, которые получили название электрических.

Рис. 1.1. Притягивание листочков «султана» наэлектризованной стеклянной палочкой.

Тела или частицы, которые действуют на окружающие предметы электрическими силами, называют заряженными или наэлектризованными. Например, упомянутая выше стеклянная палочка после того, как её потереть о лист бумаги, становится наэлектризованной.

Частицы имеют электрический заряд, если они взаимодействуют друг с другом посредством электрических сил. Электрические силы уменьшаются с увеличением расстояния между частицами. Электрические силы во много раз превышают силы всемирного тяготения.

Электрический заряд – это физическая величина, которая определяет интенсивность электромагнитных взаимодействий. Электромагнитные взаимодействия – это взаимодействия между заряженными частицами или телами.

Электрические заряды делятся на положительные и отрицательные. Положительным зарядом обладают стабильные элементарные частицы – протоны и позитроны, а также ионы атомов металлов и т.д. Стабильными носителями отрицательного заряда являются электрон и антипротон.

Существуют электрически незаряженные частицы, то есть нейтральные: нейтрон, нейтрино. В электрических взаимодействиях эти частицы не участвуют, так как их электрический заряд равен нулю. Бывают частицы без электрического заряда, но электрический заряд не существует без частицы.

На стекле, потёртом о шёлк, возникают положительные заряды. На эбоните, потёртом о мех – отрицательные заряды. Частицы отталкиваются при зарядах одинаковых знаков (одноимённые заряды), а при разных знаках (разноимённые заряды) частицы притягиваются.

Все тела состоят из атомов. Атомы состоят из положительно заряженного атомного ядра и отрицательно заряженных электронов, которые движутся вокруг ядра атома. Атомное ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных частиц – нейтронов. Заряды в атоме распределены таким образом, что атом в целом является нейтральным, то есть сумма положительных и отрицательных зарядов в атоме равна нулю.

Электроны и протоны входят в состав любого вещества и являются наименьшими устойчивыми элементарными частицами. Эти частицы могут неограниченно долго существовать в свободном состоянии. Электрический заряд электрона и протона называется элементарным зарядом.

Элементарный заряд – это минимальный заряд, которым обладают все заряженные элементарные частицы. Электрический заряд протона равен по абсолютной величине заряду электрона:

е = 1,6021892(46) * 10-19 Кл
Величина любого заряда кратна по абсолютной величине элементарному заряду, то есть заряду электрона. Электрон в переводе с греческого electron – янтарь, протон – от греческого protos – первый, нейтрон от латинского neutrum – ни то, ни другое.

Проводники и диэлектрики

Электрические заряды могут перемещаться. Вещества, в которых электрические заряды могут свободно перемещаться, называются проводниками. Хорошими проводниками являются все металлы (проводники I рода), водные растворы солей и кислот – электролиты (проводники II рода), а также раскалённые газы и другие вещества. Тело человека также является проводником. Проводники обладают высокой электропроводностью, то есть хорошо проводят электрический ток.

Вещества, в которых электрические заряды не могут свободно перемещаться, называются диэлектриками (от английского dielectric, от греческого dia – через, сквозь и английского electric – электрический). Эти вещества также называют изоляторами. Электропроводность диэлектриков очень мала по сравнению с металлами. Хорошими изоляторами являются фарфор, стекло, янтарь, эбонит, резина, шёлк, газы при комнатных температурах и другие вещества.

Разделение на проводники и изоляторы условно, так как проводимость зависит от различных факторов, в том числе от температуры. Например, стекло хорошо изолирует только в сухом воздухе и становится плохим изолятором при большой влажности воздуха.

Проводники и диэлектрики играют огромную роль в современном применении электричества.


Электрические заряды, влияние высокого — Справочник химика 21

    Параллелизм между влиянием электролитов на устойчивость гидрозолей и их влиянием на -потенциал наиболее отчетливо выражен в случае многовалентных и органических ионов, которые могут перезаряжать межфазную поверхность. В этом случае с повышением концентрации электролита устойчивость коллоида резко уменьшается и наступает быстрая коагуляция. Однако при еще более высоких концентрациях достигается вторая область устойчивости, связанная с тем, что вследствие перезарядки поверхности коллоид снова приобретает электрический заряд (но уже противоположного знака), который его стабилизирует. При достаточно высокой концентрации электролита -потенциал в любом случае уменьшается до нуля, и устойчивость коллоида пропадает. Подобное поведение лиофобных коллоидов подтверждает то решающее значение, которое имеют для их устойчивости электрические свойства поверхности частиц. [c.197]
    Чтобы практически полностью удалить частицы пыли, применяют электрический метод. Аэрозоли пропускают через электрическое поле (рис. 117) с высокими градиентами потенциала (0,5 4- 1) 10 В/см. В таком поле происходит ионизация молекул. Пылинки адсорбируют образовавшиеся ионы, приобретая электрический заряд. Под влиянием электрического поля они с большой скоростью ударяются о стенку аппарата, разряжаются, теряют скорость и оседают иа дно аппарата. [c.458]

    Рассмотрим влияние заряда на процесс конденсационного образования новой фазы. Явления, происходящие в камере Вильсона, показывают, что радиоактивная частица, проходящая через пересыщенный пар, оставляет видимый след (трек), образованный жидкими капельками аэрозоля (тумана). Прохождение частицы с высокой энергией вызывает ионизацию, а следовательно появление электрических зарядов, облегчающее образование зародышей, которое в обычных условиях затруднено в связи с большой величиной давления пара над малыми каплями. [c.300]

    Химические свойства кремнезема в золе принципиально не отличаются от его свойств в кристаллическом или аморфном состоянии, но характеризуются большей реакционной способностью как из-за большой поверхности реакции, так и в связи с высокой аморфностью кремнезема в дисперсной фазе. Особую группу составляют реакции взаимодействия частиц золя непосредственно между собой или с помощью связующих агентов. Эти различные виды агрегации частиц могут происходить по разным причинам под влиянием вносимых в систему реагентов, при возрастании концентрации кремнезема в процессе сушки, самопроизвольно при заданных условиях. Другую важную группу составляют реакции, относящиеся к химии поверхности кремнезема. Это различные виды адсорбции веществ, модифицирующие свойства поверхности дисперсной фазы, меняющие по величине или знаку электрический заряд поверхности, делающие ее менее гидрофильной или даже гидрофобной. В эту же группу входят взаимодействия, характеризующие адгезию кремнезема на тех или иных поверхностях. Как реакции, приводящие к агрегации частиц, так и взаимодействия на поверхности определяются в значительной степени величиной плотности заряда частиц, поскольку ван-дер-ваальсовое взаимодействие является если не единственным, то, по крайней мере, первичным по отношению к водородным и химическим связям. Зависимость плотности заряда частиц золя от концентрации постороннего электролита и pH раствора приведена на рис. 38- [c.80]


    Экспериментально установлено, что агрегирование и коагуляция дисперсных частиц могут наступать в результате их поляризационного взаимодействия в электрическом поле. Заряженные и незаряженные частицы образуют цепочечные агрегаты различной степени устойчивости как в однородном электрическом поле [164], так и под воздействием электрического заряда малой мощности [136]. Своеобразный механизм агрегирования клеток водорослей под влиянием электрического тока в нри-сутствии солей многозарядных неорганических катионов постулируют Мацкевич и соавт. [96, 173]. Исследователи считают, что такие катионы взаимодействуют с отрицательными зарядами поверхности частиц, при этом происходит локальная перезарядка этой поверхности, и при достаточно высоком градиенте напряженности наступает расщепление клетки водоросли на [c. 188]

    Для выяснения роли зарядов на молекулах желатины и влияние их на прочность межфазного слоя и время жизни капель углеводорода до коалесценции исследовались растворы желатины при различных pH от 2 до 9. Максимальная прочность и время жизни капель наблюдаются в изоэлектрическом состоянии, затем прочность и устойчивость капель до коалесценции резко падают. Из литературы известно, что заряженные молекулы желатины адсорбируются хуже, особенно отрицательно заряженные. Электрический заряд играет отрицательную роль в образовании прочного адсорбционного слоя. Это, по-видимому, является следствием имеющегося высокого адсорбционного барьера. Подтверждением могут служить опыты по определению межфазной прочности при увеличении ионной силы раствора, при добавлении 0,5 н. КС1. Особенно велико влияние электролита при pH = 9,0, где прочность увеличивается на порядок (от 0,03 до 0,4 дин-смг ). Зависимость времени жизни капель бензола от pH не находится в полном соответствии с данными по прочности межфазных слоев. В щелочной области время жизни капли достаточно велико, хотя практически отсутствует межфазная прочность. В этом случае устойчивость капли бензола обеспечивается межфазной вязкостью (см. рис. 13). [c.402]

    Газы и пары при обыкновенном давлении практически не проводят электричества, но если газ ионизирован (под действием лучей радия, рентгеновских лучей и пр.), то он становится проводником. При ионизации молекула газа теряет один или большее число электронов, а оставшаяся часть молекулы заряжается положительно. С освободившимся электроном связываются нейтральные молекулы именно этот сложный комплекс, состоящий из молекул и электрона, и является отрицательным газовым ионом. Точно так же к положительно заряженному остатку молекулы присоединяются нейтральные молекулы этот комплекс образует положительный ион газа. Под влиянием приложенной разности потенциалов отрицательные ионы притягиваются к положительному электроду, а положительные к отрицательному и отдают соответствующему электроду свои заряды, чем и осуществляется прохождение тока. В электрическом поле разноименно заряженные ионы перемещаются в противоположных направлениях. Скорость этого перемещения тем больше, чем больше разность потенциалов, приложенная к электродам. Под влиянием высокого напряжения газовые ионы могут приобрести настолько большую скорость, что они при столкновениях с нейтральными молекулами производят в свою очередь ионизацию последних, и тогда в газе начинает проходить самостоятельный ток без посредства ионизирующего агента. Самостоятельные токи всегда связаны с явлениями свечения (явления тихого разряда). [c.252]

    Практически все материалы, контактирующие с углеводородным топливом (топливопроводы, баки, емкости, технические средства из резины и пластмассы, фильтры, особенно бумажные, замшевые, суконные и тканевые, водосепараторы) являются мощными генераторами электрического заряда. В этом отношении их влияние гораздо сильнее, чем скорость и характер перекачки топлива. Для предотвращения пожаров и взрывов углеводородных топлив в связи с накоплением статического электричества следует исключить возможность появления искровых разрядов в паро-воздушном пространстве над топливом и довести до минимума возникающий заряд в жидкой фазе топлива. Замечено, что топливо практически не заряжается при проводимости менее 1 10 -ом- см К Такое топливо характеризуется высокой чистотой, поддерживать которую практически весьма трудно. Чтобы избежать опасности искровых разрядов при использовании современных средств и методов заправки, удельная проводимость топлива должна быть не менее 50 10 -ол -сл [14]. Только в этом случае происходит достаточно быстрая релаксация заряда скапливающегося статического электричества. При проводимости ниже 50- м электрический заряд рассеивается недостаточно быстро поэтому он может скапливаться и достигать опасной величины. При проводимости топлива 10 «—10 ом См релаксация заряда происходит почти мгновенно. [c.161]

    Проблема влияния структуры ионитов на их ионообменные свойства имеет много различных особенностей. Например, распределение пор по размерам, измеренное по интенсивности переноса электролита через мембрану, позволяет рассчитать размеры мельчайших каналов, пронизывающих мембрану. Расчет показывает, что размер пор в этом случае не зависит от плотности электрических зарядов, расстояния между ними или диэлектрической постоянной среды в областях с большим числом поперечных связей или высокой степенью переплетения цепей. Эти же области оказываются чрезвычайно важными при ионном связывании и образовании ионных пар, существенных нри определении селективности. [c.101]


    Рассмотрим, что будет происходить в конденсаторе, в котором под влиянием высокого напряжения образовалась корона, т. е. происходит сильная ионизация, и через конденсатор проходит газ, содержащий пылинки. В области короны образуются ионы обоих знаков, но ввиду того что ионы одинакового знака с проводом отталкиваются от него и притягиваются цилиндром, эти ионы движутся по направлению к наружному цилиндру, и в пространстве, занятом короной, преобладают ионы знака, противоположного знаку провода, а в пространстве, не занятом короной, наоборот, имеются только ионы, заряженные зарядом, одинаковым с зарядом провода. Ионы при движении под влиянием поля могут сталкиваться с пылинками, находящимися в газе, при этом ионы осядут на пылинках и сообщат им соответствующий заряд. После этого пылинки начнут двигаться под влиянием электрического поля в том же направлении, в каком раньше двигались ионы, осевшие на пылинках. Разберем процесс заряжения пылинок и величину заряда пылинок. Пылинка, находясь в электрическом поле, [c.234]

    По отношению к жидкой дисперсионной среде коллоидные растворы делятся на две основные группы. К первой относятся главным образом растворы неорганических веществ (растворы металлов золота, серебра и др.), гидроокиси железа, многие сульфиды металлов, некоторые золи органических веществ (гидрозоль парафина, мастики и др.). Эти коллоидные растворы гетерогенные, высокодисперсные, характеризуются высокой чувствительностью к электролиту, под влиянием которого легко коагулируют и обратно в раствор не переходят (необратимые коллоиды) вязкость их близка к вязкости истинных растворов. Не проявляют сродства к дисперсионной среде и практически в ней нерастворимы, образуют микрогетерогенные системы. Относительная устойчивость их обусловливается одинаковым (положительным или отрицательным) электрическим зарядом коллоидных частиц. [c.289]

    В любом газе, представляющем собой хаотично перемещающиеся нейтральные молекулы, всегда имеется некоторая доля несущих заряд ионов, образующихся под влиянием высокой температуры, света и по другим причинам. В электрическом поле, возникающем между электродами, ионы начинают перемещаться вдоль силовых линий. Положительно заряженные ионы направляются к [c.20]

    Приведенные данные можно рассматривать как электровязкостный эффект, обусловленный влиянием на полимерные присадки мицелл присадок с высоким электрическим зарядом. [c.197]

    Специфика образования гранул при переработке КМ много-планова. Доминирующее влияние на грануляцию оказывает не режим процесса, а физико-химический состав перерабатываемого материала. При содержании фосфорной кислоты выше некоторого предела, определяемого pH раствора, поверхность частнц становится липкой, материал в слое схватывается, режим псевдоожижения резко нарушается. При недостаточном количестве кислоты степень грануляции существенно снижается. Природа образования гранул и стабилизации гранулометрического состава также имеет свои особенности. Рост гранул происходит, как обычно, при отложении материала на поверхности частиц слоя, однако нормальные кольца роста на срезе гранул выражены слабо — происходит образование плотных агломератов с высокой прочностью связи, что подтверждает предложенную классификацию ионов по характеру образования гранул, согласно которой ионы РО » образуют связи, где обычное взаимодействие точечных электрических зарядов переходит в валентные силы. [c.131]

    Влияние примесей. Для изготовления люминесцентных экранов необходимо применять химические реактивы и полуфабрикаты высокой степени чистоты. Коагуляция в рабочем растворе происходит не в результате химических реакций частиц двуокиси кремния или кремниевой кислоты с электролитом (химическая реакция может протекать только между определенными веществами), а является следствием физического процесса нейтрализации отрицательного электрического заряда на поверхности коллоидных частиц. Поэтому коагуляцию в принципе могут вызвать любые положительные ионы примесей, присутствующих в рабочем растворе, например ионы Ва++, А1+++, Са +, Ре++. Сильное коагулирующее действие оказывают также некоторые органические примеси. Органические или неорганические примеси снижают также pH рабочего раствора (см. стр. 40), что замедляет закрепление экрана и ухудшает мокрую прочность. Например, при pH рабочего раствора менее 5 наблюдается почти 100-процентный брак вида сползание . [c.269]

    При полимеризации на свободных анионах (в растворителях, обладающих высокой сольватирующей способностью по отношению к катионам и высокой диэлектрической проницаемостью) стадию роста цепей можно рассматривать как последовательный ряд одностадийных актов присоединения молекул мономера к активному центру. Некоторая поляризация молекул мономера под влиянием заместителя и наличие электрического заряда на активном центре приводят к присоединению по типу голова к хвосту , однако стереорегулярные полимеры при этом не образуются и природа противоиона не оказывает влияния на процесс. [c.155]

    Иначе к решению проблемы подошел Хигнетт [367] он суммировал радиально электростатические и (принятые постоянными) турбулентные силы. Основанные на этом численные решения привели его к заключению, что при размере частиц более 10 мкм можно пренебречь воздействием турбулентности на движение частиц в электрофильтре. Если диаметр частиц менее 10 мкм, турбулентность воздействует на их движение и как следствие — на приобретаемый частицами заряд (так как эти частицы могут быть унесены турбулентным потоком к коронирующему электроду, где электрическое поле имеет высокую напряженность). Турбулентность оказывает преобладающее влияние на движение частиц, размер которых менее 1 мкм осаждение этих частиц происходит только в случае их отбрасывания под воздействием турбулентности в ламинарный пограничный слой, примыкающий к осадительному электроду, или если частица забрасывается под действием турбулентности в электрическое поле, имеющее очень высокую напряженность, рядом с коронирующим электродом. [c.462]

    Недавние исследования на тонких пленках, не превышаюш,их 100—250 А толш иной, показывают, что их вязкость значительно больше, чем вязкость той же жидкости в объеме. Для водных пленок эти расхождения приписывали влиянию электрического заряда (Дерягин и Самыгин, 1951 Дерягин и Гитиевская, 1959). Подобные явления потом наблюдали для пленок неводноп природы (Фукс, 1958 Карасева и Дерягин, 1959). В высококонцентрированных эмульсиях капли разделены очень тонкими пленками непрерывной фазы даже прп высоких скоростях сдвига. Если результаты изучения вязкости тонких пленок могут быть распространены на концентри—рованные эмульсии, возможно, что высокая т1о последних отчасти вызвана необычно большим значением при этих условиях. С другой стороны, первоначальное быстрое снижение наблюдающееся [c.286]

    Влияние, оказываемое заполнителем на процесс разрушения эмульсий, не ограничивается его химической природой. Физическая форма и геометрические размеры зерен минерального материала также являются существенным фактором. Заполнитель с высоким содержанием мелочи» приведет к значительно более быстрому разрушению, чем крупнозернистый заполнитель. Это объясняется тем, что большая уде.пьная поверхность мелочи обладает большим количеством электрических зарядов.В заключение разговора о механизмах распада анионных и катионных эмульсий на поверхностях материалов различной природы следует отметить, что распад анионной эмульсии определяется, главным образом, набором физических взаимодействий, в то время как катионные эмульсии претерпевают физико-химические преобразования и одновременно модифицируют поверхность минерала. Таким образом, можно говорить о физическом характере распада анионных битумных эмульсий и о физико-химическом в случае катионных. [c.33]

    В растворителях с высокой диэлектрической проницаемостью участие растворителя в образовании ионов увеличивается за счет влияния диэлектрических свойств. В зависимости от значения диэлектрической проницаемости ионы, образовавшиеся в результате разрушения ионной решетки или гетеролиза полярной связи, либо ассоциированы, либо находятся в растворе в виде отдельных ионов, окруженных сольватной оболочкой. При использовании растворителей с низкой диэлектрической проницаемостью возникают преимущественно ионные ассоциаты и ионные пары, в которых два или более иона связываются электростатическими силами. Ассоциированные ионы образуют самостоятельные частицы и вследствие взаимного насыщения электрических зарядов не дают вклада в электрическую проводимость раствора. При переходе к среде с более высокой диэлектрической проницаемостью электростатическое притяжение между катионами и анионами в соответствии с законом Кулона (разд. 32.3.1) ослабляется и образуются отдельные, большей частью сольватированные ионы. При растворении полярных соединений в растворителе с высокой диэлектрической проницаемостью это состояние достигается без каких-либо промежуточных состояний. Процесс перехода ионных ассоциатов в свободные ионы называют диссоциацией. Весь процесс можно записать с помощью следующей схемы последовательных реакций [c.451]

    Весьма интересно влияние давления на ионное равновесие водных растворов электролитов. Исследования, выполненные при 25°С и при давлениях до 300 МПа, показали, что константы диссоциации целого ряда органических кислот в водных растворах возрастают при увеличении давления от атмосферного до 300 МПа в среднем в 3,5 раза, а для некоторых оснований (например, КН40Н) в 12…14 раз. Отсюда видно, что диссоциация исследованных соединений сопровождается уменьшением объема. Причиной этого является гидратация (в общем случае сольватация) образующихся ионов в гид-ратной (сольватной) оболочке, окружающей ион, молекулы растворителя расположены более плотно (электрический заряд на ионе), чем в объеме растворителя. Исследования показали, что уменьшение объема при диссоциации большинства кислот составляет 10…12 см /моль При более высоких давлениях константа диссоциации возрастает весьма сильно константа диссоциации ЫН40Н прн 45 °С увеличивается при росте давления от атмосферного до 1200 МПа более чем в 500 раз. Отсюда можно заключить, как возрастает химическая активность данного соединения в условиях высокого давления. В качестве еще одного примера возрастания степени диссоциации слабых электролитов с повышением давления можно привести данные, согласно которым константа диссоциации пиперидина в метиловом спирте при 45 С возрастает в 1000 раз при увеличении давления с атмосферного до 1200 МПа. [c.116]

    Довольно широкое применение для регистрации изменения давления в цилиндре двигателя внутреннего сгорания и в топливных трубопроводах получили индикаторы и датчики, основанные на пьезоэффекте. Однако их нельзя использовать для измерения давления, имеющего статическунз составляющую (например, при индицировании компрессорных цилиндров второй и более высоких ступеней, трубопроводов межступенчатой обвязки и т. п.), так как вследствие неизбежной утечки электрического заряда показания индикатора по статической составляющей будут искажены. Кроме того, применение пьезоэлектрических индикаторов требует динамической тарировки, что сопряжено со значительными трудностями. Индицирование цилиндров компрессора с помощью емкостных или индуктивных индикаторов производится редко, так как бывает практически трудно обеспечить термическую стабильность работы датчика, устранить влияние неравномерного прогрева мембраны и других деталей датчика и тем самым обеспечить необходимую точность измерений. [c.82]

    Результирующий эффект структурообразующего и структуроразрушающего влияния ионов зависит главным образом от размера и заряда рассматриваемого иона. Под влиянием относительно небольших однозарядных (Ь1+, Ма+, Н3О+, Р , ОН-) и многозарядных ионов (например, Са +, Ва2+, Mg2+, АР+, Ег +) образуется раствор с большей вязкостью, чем вязкость воды. Это позволяет сделать вывод, что результирующим эффектом является расширение протяженности областей упорядоченной структуры и ее упрочнение. В электрическом поле с высокой напряженностью у границы перечисленных ионов соседние молекулы воды поляризуются, становятся неподвижными и сжимаются вследствие электрострикции первичная гидратация, или ближняя гидратация по Самойлову [50]). С другой стороны, в электрическом поле ионов повышается упорядоченность молекул воды вне первого слоя молекул и снижается энтропия вторичная гидратация по Бокрису [51] или дальняя гидратация по Самойлову [50]), так как воздействие электрического поля высокой напряженности распространяется и на области с искаженной структурой. Энергия активации обмена молекул воды в непосредственной близости к этим ионам положительна [52], т. е. подвижность молекул воды в первичной гидратной оболочке ниже, чем в чистой воде или в других областях раствора, удаленных от иона положительная гидратация). [c.88]

    Необходимо проверить предположение о том, что значительная часть воды находится в связанном состоянии в той области макроиона, где величина электростатического потенциала высока. Если это так, то кинетической единицей в растворах многих электролитов является ион со сравнительно более прочно связанными молекулами воды. Определение параметра а, характеризующ его в видоизмененном уравнении Дебая — Хюккеля размер иона, подтверждает это предположение. В любом случае концепция ионного связывания , которую можно объяснить, исходя из описанной ранее модели гибридногЬ потенциала, требует присутствия воды между ионизован ным макроионом, несуш,им электрический заряд, и связан- ными противоионами. Только при этом условии удается четко разграничить влияние электростатического взаимо действия и влияние ассоциации ионов. [c.46]

    Модель не полностью соответствует реальным ионитам по следующим соображениям. Во-цервых, теперь хорошо известно, что кажущаяся степень ионного связывания за счет фиксированных ионов в полиионе сильно зависит от плотности зарядов. Нагасава и Райс [4] показали, что диссоциация карбоксильных групп полиэлектролита в основном определяется локальной плотностью зарядов, в то время как при связывании ионов полиэлектролитом большее значение имеет средняя плотность зарядов. В то же время локальная и средняя плотности зарядов оказываются одинаково важными при определении среднего электрического поля, которое зависит от фиксированных ионов. Следует ожидать, что слабосщитые иониты пли иониты с низкой плотностью зарядов ведут себя как растворимые полиэлектролиты. Для сильносшитых ионитов с высокой плотностью заряда влияние величины плотности заряда особенно велико, так как в таких ионитах имеются области с широким интервалом изменения локальной плотности заряда. При любой попытке объяснить свойства ионообменных смол необходимо учитывать изменение плотности заряда в ионите, а также существование области с изменяющейся степенью растяжения. [c.77]

    К кислотам относятся и положительно заряженные комплексные и сольватированные ионы, которые могут образоваться в водных и неводных растворах, а в отсутствие растворителя под влиянием различных факторов (электролитической и термической диссоциации, таутомеризации, поляризации, диспропорционирования, действия электрических зарядов, столкновения с атакующими их, основаниями и т. д.), и отрицательно заряженные соединения, комплексные и сольватированные ионы, характеризующиеся относительно более высокими константами кислотности по сравнению с их константами основности — HSO4-, h3PO4 , НООС—СОО- и т. д. [c.154]

    Если электропроводность материала обусловлена движением ионов, то прохождение тока через образец вызывает перенос вещества в нем. При этом выполняется закон Фарадея, согласно которому для выделения на электродах одного эквивалента вещества через электролит необходимо пропустить одно и то же количество электричества Р = 96 494 Кл Р — число Фарадея). В водных растворах электролитов этот перенос обнаруживается довольно просто, так как количество выделяющегося на электродах вещества может быть определено обычными методами анализа. В твердых кристаллах и стеклах с ионной проводимостью также удается наблюдать электролиз и таким образом устанавливать вид ионов и определять для различных ионов числа переноса, характеризующие долю переносимого данным ионом электрического заряда. В этих случаях применяют метод Тубанда [17], основанный на измерении массы приэлектродных участков образца вместе с электродами. Использование закона электролиза Фарадея при установлении типа проводимости жидких и твердых диэлектриков затруднительно вследствие их малой электропроводности. Для прохождения через эти диэлектрики количества электричества порядка 1 Кл необходимо либо исполь-аовать высокие напряжения, либо проводить электролиз при высокой температуре. При этом возникают осложнения, связаннню с необратимыми изменениями в образце под влиянием поля и температуры. Тем не менее, имеется ряд успешных попыток изучения электролиза в полимерах. [c.18]

    Обычно предполагается, что в случае сильных электролитов молекулы растворенного вещества почти полностью диссоциируют на ионы. Это допущение становится все более правильным по мере разбавления растворов. Ионы несут электрические заряды, и их взаимное влияние сказывается на значительных расстояниях. Обычные кулоновские силы уменьшаются обратно пропорционально квадрату расстояния, и по сравнению с ними силами притяжения и отталкивания, действующими на близких расстояних, можно пренебречь. Именно кулоновские силы обусловливают высокую степень упорядоченности распределения ионов в пространстве. [c.11]

    На рис. 31 приведена схема установки для электроокрашивания. Электрическое поле высокого напряжения создается между коронпрующпм краскораспыляющим устройством 4, к которому подается отрицательный заряд от высоковольтного выпрямителя 10, и окрашиваемым изделием, которое подвешено к конвейеру 6 и заземлено, как и положительный полюс выпрямителя. Лакокрасочный материал из бака 1 шестеренчатым насосом 2 по трубопроводу 3 подается на острую корони-рующую кромку краскораспылителя 4, где приобретает отрицательный электрический заряд, под влиянием электрического поля вытягивается с поверхности по направлению к окрашиваемому и положительно заряженному и.зделию, преобразуется в капли, которые отрываются, дробятся на мельчайшие частицы иод действием сил электрического поля до тех пор, пока силы по- [c.112]

    В заключение этой главы отметим, что в газе могут возникать объёмные заряды от распылённых в нём твёрдых или жидких частиц. Одной из причин этого явления может быть внешний фотоэффект, имеющий место на поверхности посторонних твёрдых частиц. В качестве примера можно указать на явления электризации воздуха в высоких облаках, состоящих из ледяных игл, или влияние пылинок, находящихся в газе, на некоторые явления при разрядах с острий (гл. XXI, 7). В явлениях атмосферного электричества значительную роль играет эффект зарядки водяных капель при их разбрызгивании и превращении крупных капель в мелкие. Этот эффект играет существенную роль при образовании скопления электрических зарядов в грозовых облаках и тучах. Разбивание капель происходит на границе быстрых восходящих токов воздуха в переднем крае тучи. [c.241]

    Таким образом, для образования униполярно заряженных аэрозолей при технических процессах используют две различные схемы. При первой из них распыление жидкости производится одним из рассмотренных выше механических способов (при истечении жидкости из отверстий под давлением, или в потоке воздуха, или при помощи вращающегося распылителя). После распыления жидкости (или порошка) заряд сообщается частицам посредством прохождения их через направленный поток ионов (в поле коронного разряда). При второй схеме само распыление производится с использованием не механических, а электрических сил (контактная зарядка, при которой жидкость контактирует с острой кромкой распылителя, находящейся под высоким напряжением на острой кромке происходит не только зарядка жидкости, но и дробление ее под действием электрических сил). Возможен и промежуточный способ, при котором электрические заряды наводятся на поверхность жидкой пленки перед ее распылением (индукционный способ) при этом электризация производится во время распыления, как и при контактном способе, но ее влияние на процесс распыления мало, и капли образуются главным образом в результате взаимодействия аэродинамических сил, сил поверхностного натяжения и вязкости, а электрические силы играют при этом второстепенную роль. [c.41]

    Для определения средней скорости частиц дисперсной фазы в таких случаях более пригоден пьезометрический метод, осно1ванный на использовании прямого пьезоэффекта. Он заключается в том, что под действием ударов, производимых частицами дисперсного материала, происходит механическая деформация пьезоэлемента, которая приводит к появлению электрических зарядов на его электродах. В основе пьезоэлектрического эффекта лелявление смещения состояний электрических и механических равновесий диэлектрического кристалла под влиянием внешних (в данном случае механических) воздействий. Пьезоэлемент обладает высокой чувствительностью и может измерять силовые воздействия в широком диапазоне. Пьезометрический датчик практически безынерционен. Поскольку движущиеся частицы дисперсной фазы при ударе о пьезоэлемент передают ему некоторое су.ммарное количество движения, с помощью такого датчика можно измерить усредненную скорость частиц, если их масса известна. [c.145]

    Не следует, однако, забывать, что в процессах эмульгирования роль других факторов, например дзета-потенциала, соотнощения объемов фаз и т. п., имеющих второстепенное значение, когда адсорбционная защитная пленка обладает высокой прочностью, может сильно возрасти для тех систем, где это не имеет места [74]. Образование адсорбционных слоев в эмульсиях должно в общем случае влиять одновременно и на междуфазное натяжение и на электрофоретическую подвижность, однако Поуней и Вуд [75] установили, чт подвижность капелек парафинового масла снижается до нуля в присутствии иодида лаурилпиридиния даже при таких незначительных концентрациях последнего, при которых междуфазное поверхностное натяжение не меняется. Знак электрического заряда на каплях эмульсии типа М/В может иногда изменяться на обратный в результате простого изменения значения pH, хотя на стабильность эмульсии это влияния не оказывает [76]. Кингом было также установлено, что если эмульгатор и электролит химически не взаимодействуют друг с другом, электрические факторы не определяют ни типа, ни стабильности эмульсии [77]. [c.347]

    Высокая концентрация в скелете ионообменника активных групп и противоионов, являющихся носителями электрических зарядов, по аналогии с концентрированными растворами электролитов невольно наталкивает на мысль объяснить отклонения от обычных закономерностей взаимным влиянием участвующих в обмене активных групп, как это и было сделано Глюкауфом и Китченером. Как известно, даже ионы равной валентности имеют одинаковую активность только в очень разбавленных растворах. По мере того как с увеличением концентрации раствора и величины ионов начинают действовать некулоно-вы силы взаимодействия (силы поляризации и дисперсии), появляются индивидуальные различия в поведении различных электролитов. Как видно из приводимых ранее рисунков, это находит свое отражение в отклонениях величин [c.154]

    Необходимо заметить, что такая электризация наблюдается только при особенно сухом воздухе и совершеппо сухих до])огах. В этих условиях автоцистерна имеет очень высокое сопротивление (норядка 10 ол), а этот фактор имеет очень большое влияние на скорость образования электрических зарядов. [c.217]

    На возможность существования связи между моющим действием и элек-трокинетическим потенциалом твердой фазы в растворах поверхностноактивных веществ указывали многие исследователи, Стенлей [99], измерив электрокинетический потенциал хлопковых, шерстяных и найлоновых волокон в растворах моющих веществ, получил кривую зависимости плотности заряда на волокне от концентрации раствора. Эта кривая имела вид типичной адсорбционной изотермы, количество же адсорбированного на волокнах поверхностноактивного вещества характеризовалось нелинейной зависимостью от изменения плотности заряда. Клинг с сотрудниками [100] измерил электрокинетический потенциал наиболее широко применяемых волокон и типичных твердых загрязнений в растворах моющих веществ. В отдельных работах было показано, что наибольшая эффективность моющего действия наблюдается в растворах, в которых волокно и твердые частицы загрязнений имеют высокий электрокинетический потенциал [101]. Однако в ряде случаев, особенно при использовании неионогенных моющих веществ, такая зависимость отсутствует, и, например, некоторые из этих веществ, имея низкий потенциал, обладают вместе с тем превосходной моющей способностью. Интересно отметить, что добавки метилцеллюлозы приводят к снижению потенциала частиц загрязнении и волокон, тогда как карбоксиметилцеллюлоза увеличивает его. Этот результат согласуется с эффективным действием последней в производственных процессах отмывки и слабым влиянием на них метилцеллюлозы. Независимо от этих работ Дошер [102] на большом числе примеров показал, что моющее действие неионогенных и катионактивных веществ по отмыванию угольных загрязнений, а также их стабилизирующая способность совершенно не соответствуют значениям электрокинетического потенциала. Отсутствие подобной связи между зарядом частиц и стабилизирующим действием наблюдалось и в неводных системах, содержащих твердые загрязнения и маслорастворимые поверхностноактивные вещества [102]. Несмотря на эти исключения, весьма вероятно, что для типичных анионактивных моющих средств электрический заряд волокон и частиц загрязнений играет значительную роль в их моющем действии. Интересно, что кривая зависимости электрокинетического потенциала от концентрации в системе жирный алкилсульфат натрия—хлопковое волокно резко идет вверх по достижении критической концентрации мицеллообразования, т. е. в той же области концентраций, где резко возрастает и моющее действие. [c.371]

    Согласно теории Мотта и Кабреры, скорость переноса электронов через окисный слой путем туннельного эффекта велика по сравнению со скоростью переноса ионов. Слой окисла при этом с двух сторон ограничен поверхностными зарядами (отрицательным на границе металл— газ и положительным на границе металл — окисел), между которыми образуется однородное электрическое поле. Контролирующей стадией суммарного процесса окисления по Мотту и Кабреру является перенос ионов металла под влиянием электрического поля при высоком градиенте потенциала. Эта теория позволяет получить обратный логарнфл1ическип закон роста пленки  [c.35]

    Осн. работы посвящены физикохимии аэродиснерсных систем. Разработал 0933—1939) методы исследования аэрозолей. Изучил условия возникновения в них электрических зарядов и влияние этих зарядов на устойчивость аэрозолей, законы фильтрации аэрозолей. Создал новый метод получения и разработал технологию произ-ва сверх-эффективных тонковолокнистых фильтрующих мат-лов (фильтры Петрянова 1936—1938), которые используются во многих отраслях пром-сти для особо высокой степени очистки газов. Широкое применение получили средства индивидуальной зашиты органов дыхания от аэрозолей, разработанные на основе фильтров Петрянова. Предложил материалы для защиты от производственных и бытовых шумов. Гл. редактор журн. Химия и жизнь (с 1964). [c.346]


Определение элементарного электрического заряда: Милликен и Эренхафт

‘) var head = document.getElementsByTagName(«head»)[0] var script = document.createElement(«сценарий») script.type = «текст/javascript» script.src = «https://buy.springer.com/assets/js/buybox-bundle-52d08dec1e.js» script.id = «ecommerce-scripts-» ​​+ метка времени head.appendChild (скрипт) var buybox = document.querySelector(«[data-id=id_»+ метка времени +»]»).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.вариант-покупки»)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка.querySelector(«.цена-варианта-покупки») подписка.classList.remove («расширенный») var form = подписка.querySelector(«.форма-варианта-покупки») если (форма) { вар formAction = form.getAttribute(«действие») document.querySelector(«#ecommerce-scripts-» ​​+ timestamp).addEventListener(«load», bindModal(form, formAction, timestamp, index), false) } var priceInfo = подписка.querySelector(«.Информация о цене») var PurchaseOption = переключатель.родительский элемент если (переключить && форма && priceInfo) { toggle.setAttribute(«роль», «кнопка») toggle.setAttribute(«tabindex», «0») toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) { var expand = toggle.getAttribute(«aria-expanded») === «true» || ложный toggle.setAttribute(«aria-expanded», !expanded) форма.скрытый = расширенный если (! расширено) { покупкаOption.classList.add(«расширенный») } еще { покупкаOption.classList.remove(«расширенный») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) { var weHasBrowserSupport = окно.выборка && Array.from функция возврата () { var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Buybox : ноль var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Modal : ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) { var modalID = «ecomm-modal_» + метка времени + «_» + индекс var modal = новый модальный (modalID) модальный.domEl.addEventListener(«закрыть», закрыть) функция закрыть () { form.querySelector(«кнопка[тип=отправить]»).фокус() } вар корзинаURL = «/корзина» var cartModalURL = «/cart?messageOnly=1» форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(cartURL, cartModalURL) ) var formSubmit = Buybox.перехват формы отправки ( Buybox.fetchFormAction(окно.fetch), Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный), функция () { form.removeEventListener («отправить», formSubmit, false) форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(cartModalURL, cartURL) ) форма.представить() } ) form.addEventListener («отправить», formSubmit, ложь) document.body.appendChild(modal.domEl) } } } функция initKeyControls() { document.addEventListener («нажатие клавиши», функция (событие) { если (документ.activeElement.classList.contains(«цена-варианта-покупки») && (event.code === «Пробел» || event.code === «Enter»)) { если (document.activeElement) { событие.preventDefault() документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { var buyboxWidth = buybox.смещениеШирина ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.опция покупки»)).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option.querySelector(«.цена-варианта-покупки») var form = option.querySelector(«.форма-варианта-покупки») var priceInfo = option.querySelector(«.Информация о цене») если (buyboxWidth > 480) { переключить.щелчок() } еще { если (индекс === 0) { переключать.щелчок() } еще { toggle.setAttribute («ария-расширенная», «ложь») form.hidden = «скрытый» priceInfo.hidden = «скрытый» } } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window.buyboxInitialized) вернуть window.buyboxInitialized = истина initKeyControls() })()

Милликен, первый физик, увидевший электрон

В 1923 году американский физик Роберт Эндрюс Милликен (1868-1953) был удостоен Нобелевской премии по физике ,

«за работу над элементарным зарядом электричества и фотоэлектрическим эффектом».

В своей Нобелевской лекции «Электрон и квант света с экспериментальной точки зрения» он упомянул об эксперименте , который позволил ему определить заряд электрона, оставив аудиторию убежденной, что он видел электроны:

«Тот, кто видел этот эксперимент, а за ним наблюдали сотни исследователей, буквально видел электрон».

Мы, физики, довольно часто говорим, что мы видим те вещи, над которыми работаем, какими бы маленькими или даже абстрактными они ни были.Однако мало кто сомневается, что внутри аппарата, которым пользовался Милликен, находился мир частиц  , с которым он настолько познакомился, что беззастенчиво заявил, что видит вещей в этом мире .

Физика требует экспериментов, точных измерений и, конечно же, выводов. В истории физики есть множество примеров решающих экспериментов. Одним из самых известных и важных из них был эксперимент, позволивший определить заряд электрона, проведенный Милликеном в 1909 году, который стал известен как эксперимент с каплей масла или просто эксперимент Милликена. Действительно, он считается одним из «самых красивых экспериментов в физике» и сыграл ключевую роль в измерении заряда электрона

Роберт Эндрюс Милликен (1868–1953). Кредиты: Википедия .

Роберт Эндрюс Милликен  родился в Моррисоне, штат Иллинойс (США) 22 марта 1868 . После окончания Оберлинского колледжа в Огайо (1891 г.), где ему особенно нравилось изучать греческий язык и математику, он прошел два курса элементарной физики, что пробудило в нем интерес к этой дисциплине.В 1893 году он получил стипендию в Колумбийском университете, где в 1895 году получил докторскую степень за диссертацию о поляризации света, излучаемого раскаленными поверхностями. Явление   , которое первоначально наблюдал (1824) Франсуа Араго , Милликен использовал расплавленное золото и серебро из Министерства финансов США для доказательства своего тезиса. Проведя год (1896) в Германии в университетах Берлина и Геттингена, он вернулся в Соединенные Штаты, чтобы принять приглашение от физика и коллеги, лауреата Нобелевской премии Альберта А.Майкельсона , чтобы стать его помощником в недавно основанной Лаборатории Райерсона в Чикагском университете. В конце концов он стал там лектором (1910 г.) и занимал эту должность до 1921 г. В течение своей жизни (он умер в 1953 г.) Милликен был профессором физики, директором физической лаборатории Norman Bridge и президентом Калифорнийский технологический институт (CALTECH).

Капля масла, чтобы «разоблачить» электрон

Милликен был ключевой фигурой в развитии физики в США в первой половине 20 века.Если бы потребовалось классифицировать его как физика, его аспект как физика-экспериментатора  , несомненно, должен был бы быть выделен, как и многочисленные важные открытия, которые он сделал, преимущественно в области оптики и молекулярной физики. Первым большим достижением Милликена было определение заряда электрона, для чего он использовал «метод масляной капли».   Дж. Дж. Томсон , английский физик, уже установил отношение заряда к массе электрона еще в 1897 году, но ни один из них по отдельности.Соответственно, если бы можно было определить отдельно одну из этих величин (заряд или массу), то и другую можно было бы легко вычислить. Милликен с помощью Харви Флетчера , одного из своих докторантов, использовал эксперимент с каплей масла для измерения заряда электрона (а вместе с ним и его массы). Когда в 1907 году Милликен начал длинную серию экспериментов, он уже десять лет работал в Чикагском университете, был женат, был отцом троих детей и собирался отпраздновать свое сорокалетие.Он заслужил большую известность как преподаватель физики, но еще не добился ничего примечательного как научный исследователь.

Фундаментальный электрический заряд  является одной из основных констант в физике, поэтому его точное определение необходимо для этой дисциплины. В своем эксперименте Милликен измеряет электрическую силу, действующую на маленькую каплю масла, которая была заряжена электрическим полем, созданным между двумя электродами, когда капля находилась в гравитационном поле.Поскольку электрическое поле было известно, можно было определить накопленный заряд на капле масла.

Схема прибора, который Милликен использовал для измерения заряда электрона. Кредиты: А. Белендес.

Брызги образовывали капли масла, некоторые из которых падали через небольшой зазор в однородное пространство с электрическим полем на две параллельные заряженные пластины. Микроскоп позволял наблюдать за конкретной каплей масла и узнавать ее массу, измеряя конечную скорость ее падения.Капля масла была заряжена рентгеновскими лучами, и, регулируя электрическое поле, можно было заставить ее оставаться в покое, в статическом равновесии, когда электрическая сила была равна противодействующей силе гравитации. Милликен, решая длинную и утомительную задачу, включавшую ряд сопутствующих экспериментов, повторил эксперимент много раз, в конце концов придя к выводу, что полученные результаты можно объяснить наличием одного элементарного заряда (значение которого он определил) и идентифицированные заряды были целыми кратными этому числу.

В 1909 году он послал в публикацию свою первую статью, в которой объяснял метод, названный им «капельным равновесным методом для определения заряда электрона e», озаглавленный «Новая модификация облачного метода определение элементарного электрического заряда и наиболее вероятного значения этого заряда» . Милликен включил свое личное мнение о надежности и достоверности каждого из своих 38 наблюдений. Он отметил семь «очень хороших» наблюдений двумя звездочками, десять «хороших» — одной звездочкой, а оставшиеся тринадцать «удовлетворительных» наблюдений оставил без пометки.Подлинный акт честности, в отношении которого историк науки Джеральд Холтон позже назовет «довольно необычным жестом в научных публикациях».  В сентябре 1910 года Милликен опубликовал в журнале Science вторую статью о заряде электронов под названием   «Выделение иона, точное измерение его заряда и исправление закона Стокса»   , первым, кто полностью объяснил свой метод «капельного равновесия».Три года спустя, в 1913 г. Милликен улучшил результаты, полученные для определения заряда электрона e = 4,774 ± 0,009 х 10 -10 электростатических единиц заряда (эсу), т.е. 1,592 х 10 -19 Кл (1 esu = 3,33564×10 -10 C), что немного ниже принятого в настоящее время значения 1,602 x 10 -19 C, скорее всего, потому, что Милликен использовал неточное значение вязкости воздуха.

Оригинальный аппарат, который Милликен использовал в своем эксперименте с каплями масла.Кредиты: Википедия .

Неожиданный союзник Эйнштейна

Но это был не единственный «решающий» эксперимент, проведенный дотошным Милликеном. В 1905 году в ходе своих Annus Mirabilis , Альберт Эйнштейн опубликовал статью под названием «Об эвристической точке зрения на создание и преобразование света». В этой статье Эйнштейн теоретически анализирует фотоэлектрический эффект, убедительно вводя понятие «кванта света» (позже переименованного в фотон ) и применяя идеи Макса Планка , прежде чем это сделал кто-либо из его коллег. , чтобы теоретически объяснить фотоэлектрический эффект.Сам Планк оказался одним из самых стойких критиков этой идеи квантов света , в то время как Милликен отверг идею Эйнштейна как «опрометчивую, чтобы не сказать глупую гипотезу», быстро приступил к работе по экспериментальному показу Эйнштейну ошибки из его путей. После десяти лет экспериментов (1916 г.) Милликен опубликовал свои результаты в журнале Physical Review в статье, озаглавленной «Прямое фотоэлектрическое определение h Планка» . Тем не менее, вопреки своему первоначальному замыслу, Милликен не только экспериментально подтвердил уравнение Эйнштейна для фотоэффекта, но и определил постоянную Планка , h. Вывод статьи Милликена 1916 года не оставляет сомнений:

«Уравнение фотоэлектричества Эйнштейна было подвергнуто тщательной проверке, и в каждом случае оно точно предсказывало наблюдаемые результаты».

Первый ряд слева: Альберт А.Майкельсон, Альберт Эйнштейн и Роберт А. Милликен в Калифорнийском технологическом институте в 1931 году / Источник: Библиотеки Смитсоновского института

Тем не менее, Милликен намеревался продемонстрировать своими экспериментами, что идея Эйнштейна о «квантах света» была ошибочной.  В статье под названием «Альберт Эйнштейн в день своего семидесятилетия» (1949 г.) в журнале Reviews of Modern Physics Милликен писал:

«Я провел десять лет своей жизни, проверяя это уравнение 1905 года Эйнштейна [фотоэлектрический эффект], и, вопреки всем моим ожиданиям, я был вынужден в 1915 году утверждать его однозначную экспериментальную проверку, несмотря на его необоснованность, так как оно, казалось, нарушало все, что мы знали об интерференции света».

14 ноября 1923 г. Милликен получил телеграмму от Шведской королевской академии наук, в которой сообщалось, что ему присуждена Нобелевская премия по физике   за работу над элементарным зарядом электричества и фотоэлектрическим эффектом , что сделало его он второй американец, получивший его. Текст телеграммы гласит:

.

5 г 2625 803R

СТОКГОЛЬМ 10:30 14 НОЯБРЯ 19:23

ДОКТОР МИЛЛИКЕН

ПАСАДЕНА КАЛИФАН

ВАМ ПРИСУЖДЕНА НОБЕЛЕВСКАЯ ПРЕМИЯ ПО ФИЗИКЕ ПОЖАЛУЙСТА, ТЕЛЕФОНОМ СООБЩИТЕ, МОЖЕТЕ ЛИ ВЫ ПРИСУТСТВОВАТЬ В СТОКГОЛЬМЕ 10 ДЕКАБРЯ

ХЕДЕРБАУМ, SECY АКАДЕМИЯ НАУК

Милликен принял участие в Третьей Сольвеевской конференции , проходившей в Брюсселе (1921 г.), и был удостоен почетных докторских степеней в двадцати пяти университетах мира .В дополнение к Нобелевской премии по физике он также был удостоен премии Комстока по физике Национальной академии наук, медали Эдисона и медали Хьюза Королевского общества , не говоря уже о множестве других наград. Милликен умер 19 декабря 1953 года в Сан-Марино, Калифорния, в возрасте 85 лет.

Аугусто Белендес

Профессор прикладной физики Университета Аликанте и член Испанского королевского физического общества

 

Библиография

Аскаррага, Х.А., «Наследие Альберта Эйнштейна (1879-1955)», OpenMind, 20 ноября 2015 г.

Белендес, А., «Эйнштейн 1905: от «квантов энергии» к «квантам света»», IYL2015-Blog, 23 ноября 2015 г.

Crease, R. P., Призма и маятник. Десять самых красивых экспериментов в Science  (Penguin, 2004).

Доменек, Ф., «Макс Планк, мессия квантовой физики», OpenMind, 23 апреля 2016 г.

Санчес Рон, Х.М.; Historia de la Física Cuántica I.El período fundacional  (1860–1926) (Crítica, Барселона, 2001).

«Август 1913 года: Роберт Милликен сообщает о результатах падения масла». Этот месяц в истории физики. Новости APS, август/сентябрь 2006 г. (том 15, номер 8).

«Создание первой Нобелевской премии в Калифорнийском технологическом институте: дорога Роберта Милликена в Стокгольм» (Архивы Калифорнийского технологического института).

«Роберт А. Милликен — биографический». Nobelprize.org.  Nobel Media AB 2014. Интернет. 12 апреля 2017 г.

Роберт Эндрюс Милликен, Википедия (проверено 16 апреля 2017 г.).

 

 

Этот месяц в истории физики

Август 1913 года: Роберт Милликен сообщает о своих результатах падения масла


Схема аппарата Милликена из его статьи Physical Review

Знаменитый эксперимент Роберта Милликена с каплей масла, о котором сообщалось в августе 1913 года, изящно измерил основную единицу электрического заряда. Этот эксперимент, являющийся большим шагом вперед по сравнению с предыдущими попытками измерить заряд электрона, был назван одним из самых красивых в истории физики, но он также является источником обвинений Милликена в научном недобросовестном поведении.

Роберт Милликен родился в 1868 году и вырос в сельской местности Айовы. Он был вторым сыном министра. Милликен учился в Оберлинском колледже, получил докторскую степень в Колумбийском университете, а затем провел год в Германии, прежде чем занять должность в Чикагском университете.

Примерно к 1906 году Милликен стал успешным педагогом и автором учебников, но он знал, что не провел ни одного исследования, имеющего большое научное значение, и стремился оставить свой след в качестве исследователя.

Дж.Дж. Томсон открыл электрон в 1897 г. и измерил отношение его заряда к массе. Следующим шагом было отдельное определение заряда электрона. Томсон и другие пытались измерить основной электрический заряд, используя облака заряженных капель воды, наблюдая, как быстро они падают под действием гравитации и электрического поля. Этот метод дал грубую оценку заряда электрона.

Милликен увидел возможность внести значительный вклад, улучшив эти измерения.Он понял, что попытка определить заряд отдельных капель может оказаться более эффективной, чем измерение заряда целых водяных облаков. В 1909 году он начал эксперименты, но вскоре обнаружил, что капли воды испаряются слишком быстро для точного измерения. Он попросил своего аспиранта Харви Флетчера придумать, как провести эксперимент с каким-нибудь веществом, которое испаряется медленнее.

Флетчер быстро обнаружил, что может использовать капли масла, полученные с помощью простого распылителя духов.Капли масла впрыскиваются в заполненную воздухом камеру и собирают заряд из ионизированного воздуха. Затем капли падают или поднимаются под совместным влиянием гравитации, вязкости воздуха и электрического поля, которое может регулировать экспериментатор. Экспериментатор мог наблюдать за каплями через специально сконструированный телескоп и определять, насколько быстро капля падает или поднимается. После многократного измерения подъема и падения капли Милликен смог рассчитать заряд капли.

В 1910 году Милликен опубликовал первые результаты этих экспериментов, которые ясно показали, что все заряды на каплях были целыми кратными фундаментальной единицы заряда.Но после публикации этих результатов венский физик Феликс Эренхафт заявил, что провел аналогичный эксперимент, измерив гораздо меньшую величину элементарного заряда. Эренхафт утверждал, что это подтверждает идею существования «субэлектронов».

Задача

Эренхафта побудила Милликена улучшить свой эксперимент и собрать больше данных, чтобы доказать свою правоту. Он опубликовал новые, более точные результаты в августе 1913 года в Physical Review . Он заявил, что новые результаты имеют только 0.2% неопределенности, значительное улучшение по сравнению с его предыдущими результатами. Приведенное Милликеном значение элементарного заряда, 1,592 x 10 -19 Кл, несколько ниже принятого в настоящее время значения 1,602 x 10 -19 Кл, вероятно, потому, что Милликен использовал неверное значение вязкости воздуха.

Оказалось, что это был прекрасный эксперимент, который довольно точно определил основную единицу электрического заряда и ясно и убедительно установил, что «субэлектронов» не существует.Милликен получил Нобелевскую премию 1923 года за эту работу, а также за определение значения постоянной Планка в 1916 году.

Но более поздний осмотр лабораторных журналов Милликена историками и учеными показал, что в период с февраля по апрель 1912 года он собрал данных о гораздо большем количестве капель масла, чем сообщил в газете. Это вызывает беспокойство, поскольку в статье за ​​август 1913 года прямо говорится в одном месте: «Следует также отметить, что это не избранная группа капель, а представляют собой все капли, над которыми проводились эксперименты в течение 60 дней подряд.Однако в другом месте статьи он пишет, что сообщаемые 58 капель — это те, «над которыми была сделана полная серия наблюдений». Кроме того, на полях его блокнота есть пометки типа «красота публикуется» или «что-то не так».

Милликен намеренно игнорировал данные, которые не соответствовали желаемым результатам? Возможно, из-за того, что он находился под давлением соперника и стремился оставить свой след как ученый, Милликен исказил свои данные. Некоторые назвали это явным случаем научного мошенничества.Однако другие ученые и историки внимательно изучили его записные книжки и пришли к выводу, что Милликен стремился к точности, сообщая только свои самые достоверные данные, не пытаясь намеренно ввести других в заблуждение. Например, он отвергал капли, которые были слишком большими и, следовательно, падали слишком быстро, чтобы их можно было точно измерить с помощью его оборудования, или слишком маленькими, что означало, что на них слишком сильно повлияло броуновское движение. Некоторые сбросы не имеют полных наборов данных, что указывает на то, что они были прерваны во время выполнения.

Сегодня трудно сказать, намеревался ли Милликен исказить свои результаты, хотя некоторые ученые изучили данные Милликена и подсчитали, что даже если бы он включил в свой анализ все капли, его измерение элементарного заряда совсем не изменилось бы.

Эта статья была опубликована в выпуске APS News за август/сентябрь 2006 г.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Определение элементарного электрического заряда, Leybold Products

Положения и условия

Спасибо, что посетили наш сайт.Настоящие условия использования применимы к веб-сайтам США, Канады и Пуэрто-Рико («Веб-сайт»), которыми управляет VWR («Компания»). Если вы заходите на веб-сайт из-за пределов США, Канады или Пуэрто-Рико, посетите соответствующий международный веб-сайт, доступный по адресу www.vwr.com, для ознакомления с применимыми условиями. На всех пользователей веб-сайта распространяются следующие условия использования веб-сайта (данные «Условия использования»). Пожалуйста, внимательно прочитайте настоящие Условия использования перед доступом к любой части веб-сайта или его использованием. Получая доступ к веб-сайту или используя его, вы подтверждаете, что прочитали, поняли и согласны соблюдать настоящие Условия использования с периодическими изменениями, а также Политику конфиденциальности Компании, которая настоящим включена в настоящие Условия. использования. Если вы не хотите соглашаться с настоящими Условиями использования, не открывайте и не используйте какую-либо часть веб-сайта.

Компания может пересматривать и обновлять настоящие Условия использования в любое время без предварительного уведомления, разместив измененные условия на веб-сайте. Ваше дальнейшее использование веб-сайта означает, что вы принимаете и соглашаетесь с пересмотренными Условиями использования.Если вы не согласны с Условиями использования (в которые время от времени вносятся поправки) или недовольны Веб-сайтом, вашим единственным и исключительным средством правовой защиты является прекращение использования Веб-сайта.

Использование на месте

Информация, содержащаяся на этом веб-сайте, предоставляется только в информационных целях. Несмотря на то, что на момент публикации информация считается верной, вы должны самостоятельно определить ее пригодность для вашего использования. Не все продукты или услуги, описанные на этом веб-сайте, доступны во всех юрисдикциях или для всех потенциальных клиентов, и ничто в настоящем документе не предназначено в качестве предложения или ходатайства в какой-либо юрисдикции или любому потенциальному клиенту, если такое предложение или продажа не соответствуют требованиям.

Покупка товаров и услуг

Настоящие Положения и условия применяются только к использованию Веб-сайта. Обратите внимание, что условия, касающиеся обслуживания, продажи продуктов, рекламных акций и других связанных с этим действий, можно найти по адресу https://us.vwr.com/store/content/externalContentPage.jsp?path=/en_US/about_vwr_terms_and_conditions.jsp. , и эти положения и условия регулируют любые покупки продуктов или услуг у Компании.

Интерактивные функции

Веб-сайт может содержать доски объявлений, чаты, группы новостей, форумы, сообщества, персональные веб-страницы, календари и/или другие средства обмена сообщениями или средствами связи, предназначенные для того, чтобы вы могли общаться с широкой общественностью или с группой ( совместно именуемые «Функция сообщества»).Вы соглашаетесь использовать Функцию сообщества только для публикации, отправки и получения сообщений и материалов, которые являются надлежащими и связаны с конкретной Функцией сообщества. Вы соглашаетесь использовать Веб-сайт только в законных целях.

A. В частности, вы соглашаетесь не делать ничего из следующего при использовании функции сообщества:

1. Порочить, оскорблять, беспокоить, преследовать, угрожать или иным образом нарушать законные права (такие как права на неприкосновенность частной жизни и публичность) других лиц.
2. Публиковать, публиковать, загружать, распространять или распространять любые неуместные, богохульные, клеветнические, нарушающие авторские права, непристойные, непристойные или незаконные темы, имена, материалы или информацию.
3. Загружать файлы, содержащие программное обеспечение или другие материалы, защищенные законами об интеллектуальной собственности (или правами на неприкосновенность частной жизни или публичность), если только вы не владеете правами на них или не контролируете их, или не получили все необходимые согласия.
4. Загружать файлы, содержащие вирусы, поврежденные файлы или любое другое подобное программное обеспечение или программы, которые могут нарушить работу чужого компьютера.
5. Перехват или попытка перехвата электронной почты, не предназначенной для вас.
6. ​​Рекламировать или предлагать продать или купить какие-либо товары или услуги для любых деловых целей, если такая Функция сообщества специально не разрешает такие сообщения.
7. Проводить или рассылать опросы, конкурсы, финансовые пирамиды или письма счастья.
8. Загружайте любой файл, опубликованный другим пользователем Элемента сообщества, о котором вы знаете или должны были бы знать, что он не может быть законно распространен таким образом или что у вас есть договорные обязательства по сохранению конфиденциальности (несмотря на его доступность на веб-сайте).
9. Фальсифицировать или удалять любые указания на авторство, юридические или другие надлежащие уведомления, обозначения прав собственности или ярлыки происхождения или источника программного обеспечения или других материалов, содержащихся в загружаемом файле.
10. Искажать связь с каким-либо лицом или организацией.
11. Участвовать в любых других действиях, которые ограничивают или препятствуют чьему-либо использованию Веб-сайта или которые, по определению Компании, могут нанести вред Компании или пользователям Веб-сайта или привлечь их к ответственности.
12. Нарушать любые применимые законы или правила или нарушать любой кодекс поведения или другие правила, которые могут применяться к какой-либо конкретной функции сообщества.
13. Собирать или иным образом собирать информацию о других, включая адреса электронной почты, без их согласия.

B. Вы понимаете и признаете, что несете ответственность за любой контент, который вы отправляете, вы, а не Компания, несете полную ответственность за такой контент, включая его законность, надежность и уместность. Если вы публикуете от имени или от имени вашего работодателя или другого лица, вы заявляете и гарантируете, что вы уполномочены делать это. Загружая или иным образом передавая материал в любую область Веб-сайта, вы гарантируете, что этот материал принадлежит вам или находится в общественном достоянии, или иным образом свободен от имущественных или других ограничений, и что вы имеете право размещать его на Веб-сайте.Кроме того, загружая или иным образом передавая материалы в любую область веб-сайта, вы предоставляете Компании безотзывное, безвозмездное право во всем мире публиковать, воспроизводить, использовать, адаптировать, редактировать и/или изменять такие материалы любым способом, в любые средства массовой информации, известные в настоящее время или обнаруженные в будущем, во всем мире, в том числе в Интернете и всемирной паутине, в рекламных, коммерческих, коммерческих и рекламных целях, без дополнительных ограничений или компенсации, если это не запрещено законом, и без уведомления, проверки или одобрения.

C. Компания оставляет за собой право, но не берет на себя никакой ответственности, (1) удалять любые материалы, размещенные на веб-сайте, которые Компания по своему собственному усмотрению считает несовместимыми с вышеизложенными обязательствами или иным образом неуместными по любой причине. ; и (2) прекратить доступ любого пользователя ко всему Веб-сайту или его части. Тем не менее, Компания не может ни просматривать все материалы до их размещения на Веб-сайте, ни гарантировать незамедлительное удаление нежелательных материалов после их размещения.Соответственно, Компания не несет ответственности за какие-либо действия или бездействие в отношении передач, сообщений или контента, предоставленных третьими лицами. Компания оставляет за собой право предпринимать любые действия, которые она сочтет необходимыми для защиты личной безопасности пользователей данного веб-сайта и общественности; однако Компания не несет ответственности перед кем-либо за выполнение или невыполнение действий, описанных в этом параграфе.

D. Несоблюдение вами положений (A) или (B) выше может привести к прекращению вашего доступа к Веб-сайту и может подвергнуть вас гражданской и/или уголовной ответственности.

Специальное примечание о контенте сообщества

Любой контент и/или мнения, загруженные, выраженные или отправленные через любую функцию сообщества или любой другой общедоступный раздел веб-сайта (включая защищенные паролем области), а также все статьи и ответы на вопросы, кроме контента, явно разрешенного Компании, являются исключительно мнением и ответственностью физического или юридического лица, представляющего их, и не обязательно отражают мнение Компании.Например, любое рекомендуемое или предлагаемое использование продуктов или услуг, доступных от Компании, которое публикуется через Функция сообщества, не является признаком одобрения или рекомендации со стороны Компании. Если вы решите следовать любой такой рекомендации, вы делаете это на свой страх и риск.

Ссылки на сторонние сайты

Веб-сайт может содержать ссылки на другие веб-сайты в Интернете. Компания не несет ответственности за содержание, продукты, услуги или практику любых сторонних веб-сайтов, включая, помимо прочего, сайты, связанные с Веб-сайтом или с него, сайты, размещенные на Веб-сайте, или рекламу третьих лиц, и не делает заявлений относительно их качество, содержание или точность.Наличие ссылок с веб-сайта на любой сторонний веб-сайт не означает, что мы одобряем, одобряем или рекомендуем этот веб-сайт. Мы отказываемся от всех гарантий, явных или подразумеваемых, в отношении точности, законности, надежности или достоверности любого контента на любом стороннем веб-сайте. Использование вами сторонних веб-сайтов осуществляется на ваш страх и риск и регулируется условиями использования таких веб-сайтов.

Права собственности на контент

Вы признаете и соглашаетесь с тем, что все содержимое Веб-сайта (включая всю информацию, данные, программное обеспечение, графику, текст, изображения, логотипы и/или другие материалы), а также его дизайн, выбор, сбор, размещение и сборка являются являются собственностью Компании и защищены законами США и международными законами об интеллектуальной собственности.Вы имеете право использовать содержимое веб-сайта только в личных целях или в законных деловых целях. Вы не можете копировать, изменять, создавать производные работы, публично демонстрировать или выполнять, переиздавать, хранить, передавать, распространять, удалять, удалять, дополнять, добавлять, участвовать в передаче, лицензировать или продавать любые материалы в Интернете. сайта без предварительного письменного согласия Компании, за исключением: (а) временного хранения копий таких материалов в оперативной памяти, (б) хранения файлов, которые автоматически кэшируются вашим веб-браузером для целей улучшения отображения, и (в) печати разумного количество страниц веб-сайта; при условии, что в каждом случае вы не изменяете и не удаляете какие-либо уведомления об авторских правах или других правах собственности, включенные в такие материалы.Ни название, ни какие-либо права интеллектуальной собственности на какую-либо информацию или материалы на Веб-сайте не передаются вам, а остаются за Компанией или соответствующим владельцем такого контента.

Товарные знаки

Название и логотип Компании, а также все соответствующие названия, логотипы, названия продуктов и услуг, встречающиеся на Веб-сайте, являются товарными знаками Компании и/или соответствующих сторонних поставщиков. Их нельзя использовать или повторно отображать без предварительного письменного согласия Компании.

Отказ от ответственности

Компания не несет никакой ответственности за материалы, информацию и мнения, представленные на Веб-сайте или доступные через него («Контент сайта»). Вы полагаетесь на Контент Сайта исключительно на свой страх и риск. Компания отказывается от какой-либо ответственности за травмы или убытки, возникшие в результате использования любого Контента Сайта.
ВЕБ-САЙТ, СОДЕРЖАНИЕ САЙТА, ​​ПРОДУКТЫ И УСЛУГИ, ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫЕ НА ВЕБ-САЙТЕ ИЛИ ДОСТУПНЫЕ ЧЕРЕЗ ЕГО, ПРЕДОСТАВЛЯЮТСЯ НА УСЛОВИЯХ «КАК ЕСТЬ» И «КАК ДОСТУПНО», СО ВСЕМИ ОШИБКАМИ.НИ КОМПАНИЯ, НИ ЛЮБОЕ СВЯЗАННОЕ С КОМПАНИЕЙ ЛИЦО НЕ ДАЕТ НИКАКИХ ГАРАНТИЙ ИЛИ ЗАЯВЛЕНИЙ В ОТНОШЕНИИ КАЧЕСТВА, ТОЧНОСТИ ИЛИ ДОСТУПНОСТИ ВЕБ-САЙТА. В ЧАСТНОСТИ, НО НЕ ОГРАНИЧИВАЯ ВЫШЕИЗЛОЖЕННОЕ, НИ КОМПАНИЯ, НИ ЛЮБОЕ СВЯЗАННОЕ С КОМПАНИЕЙ ЛИЦО НЕ ГАРАНТИРУЕТ И НЕ ЗАЯВЛЯЕТ, ЧТО ВЕБ-САЙТ, СОДЕРЖИМОЕ САЙТА ИЛИ УСЛУГИ, ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫЕ НА ВЕБ-САЙТЕ ИЛИ ЧЕРЕЗ ВЕБ-САЙТ, БУДУТ ТОЧНЫМИ, НАДЕЖНЫМИ, БЕЗОШИБОЧНЫМИ ИЛИ БЕСПЕРЕБОЙНЫМИ; ЧТО ДЕФЕКТЫ БУДУТ ИСПРАВЛЕНЫ; ЧТО ВЕБ-САЙТ ИЛИ СЕРВЕР, КОТОРЫЙ ДЕЛАЕТ ЕГО ДОСТУПНЫМ, НЕ СОДЕРЖАТ ВИРУСОВ ИЛИ ДРУГИХ ВРЕДНЫХ КОМПОНЕНТОВ; ИЛИ ЧТО ВЕБ-САЙТ БУДЕТ ОТВЕЧАТЬ ВАШИМ ПОТРЕБНОСТЯМ ИЛИ ОЖИДАНИЯМ.КОМПАНИЯ ОТКАЗЫВАЕТСЯ ОТ ВСЕХ ГАРАНТИЙ ЛЮБОГО РОДА, ЯВНЫХ ИЛИ ПОДРАЗУМЕВАЕМЫХ, ВКЛЮЧАЯ ЛЮБЫЕ ГАРАНТИИ КОММЕРЧЕСКОЙ ПРИГОДНОСТИ, ПРИГОДНОСТИ ДЛЯ КОНКРЕТНОЙ ЦЕЛИ И НЕНАРУШЕНИЯ ПРАВ.
НИ ПРИ КАКИХ ОБСТОЯТЕЛЬСТВАХ КОМПАНИЯ, ЕЕ ЛИЦЕНЗИАРЫ ИЛИ ПОДРЯДЧИКИ НЕ НЕСУТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ЗА ЛЮБОЙ УЩЕРБ ЛЮБОГО РОДА, ПО ЛЮБОЙ ПРАВОВОЙ ТЕОРИИ, ВОЗНИКШИЙ ИЗ ИЛИ В СВЯЗИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВАМИ ИЛИ НЕВОЗМОЖНОСТЬЮ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕБ-САЙТА, ​​СОДЕРЖИМОГО САЙТА, ЛЮБЫЕ УСЛУГИ, ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫЕ НА ИЛИ ЧЕРЕЗ ВЕБ-САЙТ ИЛИ ЛЮБОЙ ССЫЛОЧНЫЙ САЙТ, ВКЛЮЧАЯ ЛЮБЫЕ ПРЯМЫЕ, КОСВЕННЫЕ, СЛУЧАЙНЫЕ, ОСОБЫЕ, КОСВЕННЫЕ ИЛИ ШТРАФНЫЕ УБЫТКИ, ВКЛЮЧАЯ, ПОМИМО ПРОЧЕГО, ТРАВМЫ, УПУЩЕННУЮ ПРИБЫЛЬ ИЛИ УЩЕРБ В РЕЗУЛЬТАТЕ ЗАДЕРЖКИ, ПЕРЕРЫВА В ОБСЛУЖИВАНИИ , ВИРУСЫ, УДАЛЕНИЕ ФАЙЛОВ ИЛИ ЭЛЕКТРОННЫХ СООБЩЕНИЙ, ИЛИ ОШИБКИ, УПУЩЕНИЯ ИЛИ ДРУГИЕ НЕТОЧНОСТИ НА ВЕБ-САЙТЕ ИЛИ СОДЕРЖИМОМ САЙТА ИЛИ УСЛУГАХ, НЕЗАВИСИМО ОТ НЕБРЕЖНОСТИ СО СТОРОНЫ КОМПАНИИ И БЫЛА ИЛИ НЕ УВЕДОМЛЕНА КОМПАНИЯ О ВОЗМОЖНОСТИ ЛЮБОЙ ТАКОЙ УЩЕРБ, ЕСЛИ НЕ ЗАПРЕЩЕНО ПРИМЕНИМЫМ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВОМ.

Возмещение ущерба

Вы соглашаетесь ограждать и ограждать Компанию и ее должностных лиц, директоров, агентов, сотрудников и других лиц, связанных с Веб-сайтом, от любых и всех обязательств, расходов, убытков и издержек, включая разумные гонорары адвокатов, вытекающих из любое нарушение вами настоящих Условий использования, использование вами веб-сайта или любых продуктов, услуг или информации, полученных с веб-сайта или через него, ваше подключение к веб-сайту, любой контент, который вы отправляете на веб-сайт через любую Функция сообщества или нарушение вами каких-либо прав другого лица.

Применимое законодательство; Международное использование

Настоящие условия регулируются и толкуются в соответствии с законами штата Пенсильвания без учета каких-либо принципов коллизионного права. Вы соглашаетесь с тем, что любой иск по закону или справедливости, который возникает из настоящих Условий использования или относится к ним, будет подан исключительно в суды штата или федеральные суды, расположенные в Пенсильвании, и настоящим вы соглашаетесь и подчиняетесь личной юрисдикции таких судов для целей судебного разбирательства любого такого действия.
Настоящие Условия использования применимы к пользователям в США, Канаде и Пуэрто-Рико. Если вы заходите на веб-сайт из-за пределов США, Канады или Пуэрто-Рико, посетите соответствующий международный веб-сайт, доступный по адресу www.vwr.com, для ознакомления с применимыми условиями. Если вы решите получить доступ к этому веб-сайту из-за пределов указанной юрисдикции, а не использовать доступные международные сайты, вы соглашаетесь с настоящими Условиями использования и тем, что такие условия будут регулироваться и толковаться в соответствии с законами Соединенных Штатов и штата. Пенсильвании, и что мы не делаем заявлений о том, что материалы или услуги на этом веб-сайте подходят или доступны для использования в этих других юрисдикциях.В любом случае, все пользователи сами несут ответственность за соблюдение местного законодательства.

Общие условия

Настоящие Условия использования, в которые время от времени могут вноситься поправки, представляют собой полное соглашение и понимание между вами и нами, регулирующее использование вами Веб-сайта. Наша неспособность осуществить или обеспечить соблюдение какого-либо права или положения Условий использования не означает отказ от такого права или положения. Если какое-либо положение Условий использования будет признано судом компетентной юрисдикции недействительным, вы, тем не менее, соглашаетесь с тем, что суд должен приложить усилия для реализации намерений сторон, отраженных в этом положении, и других положений Условия использования остаются в полной силе.Ни курс дел или поведение между вами и Компанией, ни какие-либо торговые практики не должны рассматриваться как изменяющие настоящие Условия использования. Вы соглашаетесь с тем, что независимо от любого закона или закона об обратном, любой иск или основание для иска, вытекающие из или связанные с использованием Сайта или Условий использования, должны быть поданы в течение одного (1) года после такого требования или основания. действия возникло или будет навсегда запрещено. Любые права, прямо не предоставленные в настоящем документе, сохраняются за Компанией и для нее.Мы можем прекратить ваш доступ или приостановить доступ любого пользователя ко всему Сайту или его части без предварительного уведомления за любое поведение, которое мы, по нашему собственному усмотрению, считаем нарушением любого применимого закона или наносящим ущерб интересам другого пользователя. , стороннего поставщика, поставщика услуг или нас. Любые вопросы, касающиеся настоящих Условий использования, следует направлять на адрес [email protected]

Жалобы на нарушение авторских прав

Мы уважаем чужую интеллектуальную собственность и просим наших пользователей делать то же самое.Если вы считаете, что ваша работа была скопирована и доступна на Сайте таким образом, что это представляет собой нарушение авторских прав, вы можете уведомить нас, предоставив нашему агенту по авторским правам следующую информацию:

  • электронная или физическая подпись лица, уполномоченного действовать от имени владельца авторских прав;

  • описание защищенной авторским правом работы, права на которую были нарушены в соответствии с вашим заявлением;

  • указание URL-адреса или другого конкретного места на Сайте, где находится материал, который, по вашему мнению, нарушает авторские права;

  • ваш адрес, номер телефона и адрес электронной почты;

  • ваше заявление о том, что вы добросовестно полагаете, что оспариваемое использование не разрешено владельцем авторских прав, его агентом или законом; а также

  • ваше заявление, сделанное под страхом наказания за лжесвидетельство, о том, что приведенная выше информация в вашем уведомлении является точной и что вы являетесь владельцем авторских прав или уполномочены действовать от имени владельца авторских прав.

С нашим агентом для уведомления о нарушении авторских прав на Сайте можно связаться по адресу: [email protected]

Измерение заряда электрона и постоянной тонкой структуры путем подсчета электронов на конденсаторе

Abstract

Заряд электрона можно определить, просто поместив известное количество электронов на один электрод конденсатора и измерив напряжение, V s , через конденсатор. Если В с измеряется в единицах джозефсоновского вольта, а емкость измеряется в единицах СИ, то определяемой величиной является постоянная тонкой структуры.Недавние разработки, связанные с туннелированием одиночных электронов, SET, показали, как можно считать электроны, а также как сделать электрометр с достаточной чувствительностью для измерения заряда.

Ключевые слова: расчетный конденсатор, кулоновская блокада, заряд электрона, счет электронов, постоянная тонкой структуры, туннелирование одиночного электрона

1. Введение

Последние разработки одноэлектронных устройств [1,2,3,4, 5] сделал возможным новый и очень точный метод измерения заряда электрона.Эти устройства основаны на туннельных переходах металл/изолятор/металл, вольт-амперные характеристики которых ( ВАХ ) определяются отдельными событиями туннелирования электронов. Если с помощью такого устройства поместить n электронов на конденсатор емкостью C s и измерить результирующее напряжение V s , заряд электрона e можно определить через это напряжение. и емкость, ne = В с Кл с .На практике В с наиболее точно определяется с точки зрения напряжения, генерируемого джозефсоновским переходом, и, таким образом, эксперимент будет не определением e в единицах СИ, а измерением e с точки зрения джозефсоновский вольт [6]. В этой статье мы показываем, что такое измерение скоро станет возможным и что точный результат внесет полезный вклад в область фундаментальных физических констант.

1.1 Связь постоянной тонкой структуры с электрическим зарядом

Сначала мы рассмотрим, как это измерение соотносится с постоянной тонкой структуры a .Соотнося измеренное напряжение с джозефсоновским напряжением, а емкость с емкостью SI, измеренной в эксперименте с вычисляемым конденсатором [7], мы можем рассчитать постоянную тонкой структуры из следующих простых уравнений:

, где f i — частота, производящая шаги Джозефсона, а j — целое число, связанное с эффектом Джозефсона. (Обратите внимание, что в массиве Джозефсона j — это сумма всех целочисленных шагов каждого соединения.) Решение уравнения. (1) для e 2 / h α определяется выражением

α=μ0ce22h=jμ0cfiCs4n

(2)

где μ 0 — проницаемость вакуума, а C с должна измеряться в единицах СИ. В частности, емкость должна быть связана с экспериментом с вычисляемым конденсатором. В эксперименте с вычисляемым конденсатором изменение емкости на 0,5 пФ может быть измерено с точностью до 0,014 ppm [7] (1 ppm = l × 10 −6 ; все погрешности равны одному стандартному отклонению оценок). ).Эта емкость затем может быть соотнесена с точностью около уровня 0,01 ppm с конденсатором емкостью 10 пФ, который является стабильным и транспортабельным.

Если этот эксперимент по измерению e в единицах джозефсоновского вольта и расчетного конденсатора удастся реализовать с высокой точностью, он откроет новый путь к α . Этот новый подход аналогичен измерению α с помощью квантового эффекта Холла [8]. Хотя оба эксперимента требуют подключения к вычисляемому конденсатору, этот новый метод гораздо более прямолинеен.Изменение емкости на 0,5 пФ, используемое в большинстве расчетных экспериментов с конденсаторами, хорошо соответствует величине емкости, которую можно использовать для определения e ; для калибровки C s необходимо использовать только один или два трансформаторных моста с прецизионным коэффициентом трансформации. Напротив, в квантовом случае Холла цепочка калибровок может включать следующие промежуточные стандарты: 0,5 пФ, 10 пФ, 100 пФ, 1000 пФ, 100 кОм, 10 кОм, 1 кОм и 6453,2 Ом. Наиболее точное значение α , определенное из вычислимого конденсатора и квантового эффекта Холла, имеет погрешность 0.024 ppm [7,9], при этом 0,014 ppm приходится на расчетный конденсатор, а остальное — на цепочку промежуточных эталонов. Альтернативное определение α с использованием гиромагнитного отношения протонов в H 2 O и квантового эффекта Холла, но без вычисляемого конденсатора, имеет погрешность 0,037 ppm [9]. Однако эти два результата отличаются друг от друга на (0,10 ± 0,043) м.д. Значение α , определенное из аномального магнитного момента электрона и квантовой электродинамической теории (КЭД), имеет погрешность 0.007 ppm [10], и его значение находится между двумя значениями, не относящимися к КЭД. Следовательно, необъяснимая разница в 0,10 ppm в значениях, не относящихся к КЭД, ограничивает точность проверки теории КЭД. Любое измерение α этим новым методом SET на уровне 0,1 ppm или лучше было бы полезно в области фундаментальных констант [8].

1.2 Приборы СЭТ

К. К. Лихарев и его коллеги [1] уже давно являются сторонниками использования эффектов кулоновской блокады, возникающих при дискретном заряде электронов, для реализации прецизионного источника тока.Их новаторские идеи и эксперименты проложили путь к большей части недавнего прогресса. За последние несколько лет были продемонстрированы новые устройства, использующие туннельные переходы металл/изолятор/металл, которые могут позволить точное измерение заряда электрона e и, следовательно, α . К ним относятся электрометр [2], наблюдение туннельных колебаний одиночных электронов [3], источник тока «турникет» [4] и источник тока «насос» [5]. Представлен краткий набросок одноэлектронного туннелирования для описания работы электрометра и насоса.

Рассмотрим туннельный переход из нормального металла, смещенный источником тока и имеющий емкость C . Изменение энергии перехода после туннелирования электрона через барьер составляет 2 / 2 C – стоимость кулоновской энергии туннелирования. Если туннельное сопротивление перехода больше квантовой единицы сопротивления, R t h/e 2 , и тепловые флуктуации не маскируют зарядную энергию, кТл e 2 / 2 C , то возникает кулоновская блокада на переходе I–V характеристики, где вероятность туннелирования сильно снижается при | В | < e /2 C .При 50 мК и использовании 1 фФ для емкости перехода можно найти ( кТ )/( e 2 / 2 C ) ~ 1/20, поэтому температурные эффекты малы, но ими нельзя пренебречь. . Одноэлектронные устройства используют эту кулоновскую блокаду туннельного тока.

Электрометр Фултона-Долана (SET) [2] схематично показан на рис. Помимо событий туннелирования, электрод a между двумя переходами и затворным конденсатором Co представляет собой «остров», электрически изолированный от цепи.Электрометр обеспечивает очень высокий импеданс для измерения потенциала U . При постоянном смещении В проводимость прибора как функция напряжения на затворе является периодической с периодом ΔU = e/C 0 . Напряжения смещения В и U выбираются для максимальной чувствительности электрометра, чтобы ток прибора был линейно пропорционален малым изменениям потенциала U . Такие электрометры продемонстрировали чувствительность к заряду 1.5 × 10 −4 e /Гц 1/2 на частоте от 2 до 200 Гц [11].

На этой схеме показан электрометр, образованный двумя туннельными переходами, каждый из которых имеет емкость C . Вход потенциальный U соединенный с изолированным островом a через C o . Delsing et al.[3]. Geerligs et al [4] первыми продемонстрировали плоские плато и наблюдали ток с точностью лучше 1% с помощью турникетного устройства. Однако некоторые свойства устройства накачки позволяют предположить, что оно будет более точным при подсчете электронов, и поэтому мы набросаем схему его работы.

Электронный насос [5] (см. ) представляет собой устройство, подобное электрометру, в котором одиночный электрон последовательно туннелирует через «островки», обозначенные b и c. При заданном напряжении В контролируемое количество электронов может быть передано в любом направлении за счет соответствующего переключения напряжений затвора U 1 и U 2 на частоте f .Накачка также обеспечивает поток электронов со скоростью I = ef . Направление тока можно изменить, просто поменяв местами фазы U 1 и U 2 . Насос , основанный на четырех или пяти туннельных переходах, работающих на частоте 1–10 МГц, теоретически рассчитан на то, что он способен выдавать известный ток с погрешностью ниже уровня 1 ppm [12,13].

На этой схеме показан насос с тремя переходами, который перекачивает один электрон за цикл показанных волновых форм.Электрон сначала накачивается на остров b потенциалом U 1 , затем на c потенциалом U 2 .

Ток, создаваемый этими насосами, составляет всего около 10 90 129 −12 90 130 А, поэтому точные измерения будут проблемой. Прямое измерение путем измерения напряжения на высоком сопротивлении представляет собой проблему, поскольку метрологам сложно точно откалибровать требуемые высокие сопротивления. Конденсаторы, с другой стороны, уже были точно откалиброваны в диапазоне, который будет полезен в следующем эксперименте.

2. Экспериментальные конфигурации [14]

2.1 Измерение электрического заряда

e

показана одна возможная конфигурация, которая включает эти новые устройства SET для измерения электронного заряда. Стандартный конденсатор C s подключен к источнику тока (насосу), а также ко входу электрометра Фултона-Долана через конденсатор связи C c , образуя изолированный островок a. Используя электрометр в качестве нулевого детектора, напряжение В с подается на C с , чтобы поддерживать остров a при фиксированном потенциале (близком к земле), при этом электроны накачиваются на остров или из него.Паразитная емкость относительно земли, Кл г , ограничивает чувствительность электрометра до В с . Напряжение В с на конденсаторе регулируется таким образом, чтобы вход электрометра всегда имел один и тот же потенциал (близкий к земле). Таким образом, ток от насоса служит зарядным током конденсатора по мере увеличения напряжения. Конкретный пример показан на . При работе насоса на частоте 6,2 МГц в течение 10 с напряжение на стандартном конденсаторе емкостью 1 пФ будет заряжаться до 10 В с линейной скоростью, чтобы поддерживать постоянный вход электрометра.Мы останавливаем насос и измеряем сигнал 10 В, а также любое отклонение электрометра от нуля. После реверсирования насоса в течение 20 с напряжение достигает -10 В.

Предлагаемая схема измерения α . Напряжение В s , необходимое для поддержания постоянного потенциала островка при накачке n электронов на остров, можно использовать для измерения заряда электрона в терминах C s и В с .Электрометр контролирует потенциал на а.

Последовательность измерений для измерения α , показывающая потенциал В с как функцию времени.

Чтобы использовать конденсатор в качестве эталона, он должен иметь четко определенную емкость; таким образом, необходимо понимать, как измеряются прецизионные конденсаторы и при каких обстоятельствах они точно определены. показаны основные характеристики одной стороны стандартной перемычки, которая используется для сравнения конденсаторов C 1 и C 2 .Пунктирные линии представляют заземленный экран, который предотвращает воздействие потенциалов В 1 и В 2 на детектор, за исключением их соответствующих емкостей. Это экранирование имеет решающее значение для точного сравнения емкостей. Мост сбалансирован регулировкой потенциалов В 1 / В 2 = С 2 1 . C g1 и C g2 представляют паразитную емкость относительно земли.На балансировку моста не влияет C g1 , поскольку при балансировке моста на C g1 отсутствует напряжение. Однако C g1 влияет на чувствительность детектора, поэтому она должна быть небольшой. Емкость C г2 не влияет на баланс до тех пор, пока импеданс от источника до C 1 мал по сравнению с импедансом C г2 . Современные прецизионные эталоны емкости 10 пФ с C g1 = 200 пФ сравниваются при 0.01 ppm на частоте ω = 10 4 с −1 (1592 Гц) с использованием датчика комнатной температуры с коэффициентом шума 20 e/ Гц 1/2 . Электрометр SET должен иметь аналогичные шумовые характеристики при той же частоте и емкости. Ожидается дальнейшее улучшение чувствительности электрометра SET при измерении меньших емкостей.

Схема, показывающая половину моста, используемого для сравнения конденсаторов C 1 и C 2 .Потенциалы В 1 и В 2 обычно подаются прецизионным трансформатором. Влияние паразитных емкостей C g1 и C g2 обсуждается в тексте.

Ключом к этому эксперименту по измерению e с использованием конденсатора является замена детектора электрометром Фултона-Долана, как показано на рис. Размещая электрометр на 20 мК рядом с источником заряда, мы ожидаем меньше проблем, связанных с утечкой и меньшей паразитной емкостью на землю.Кроме того, мы рассчитываем получить выгоду от впечатляющей чувствительности этого устройства, значительно уменьшить утечку и при этом сделать хорошо определенный конденсатор, который можно калибровать на месте .

Из-за необходимости экранирования стандартного конденсатора проще вначале разместить этот конденсатор на отдельной микросхеме, чем электрометр и насос. Поскольку многослойная технология внедряется в процесс изготовления переходов, этот конденсатор можно разместить на том же кристалле.Размещение его на отдельном чипе приводит к некоторым практическим ограничениям при оптимальном выборе для C s . Чувствительность электрометра приблизительно определяется как C c /( C s + C g ), где C g представляет все остальные емкости относительно земли. Эта схема из двух микросхем увеличит C g , но мы ожидаем, что она останется около 1 пФ. Выбор C s как малого увеличивает V s и максимизирует чувствительность электрометра.Емкость 1 пФ для C s представляет собой практический компромисс.

Калибровка емкости требует подключения к комнатной температуре. Тем не менее, электрометр Фултона-Долана все же можно было использовать с помощью переключателя калибровочного входа, показанного на рис. Обратите внимание, что необходимо соблюдать осторожность, чтобы емкость между островом и землей была низкой.

2.2 Мост с двумя насосами

Еще один интересный эксперимент (см. ) состоит в том, чтобы два источника тока (нарисованные в виде двух четырехпереходных «насосов» на рис. ) питали остров a с общей емкостью около 10 фФ.Затем с помощью электрометра измеряют состояние заряда островка а. Эта геометрия не будет измерять e , но позволит очень точно сравнить два источника тока. Любая разница в токе от двух источников будет проявляться как накопление заряда островка. Емкость островка выбрана достаточно большой, чтобы значительно уменьшить взаимодействие двух насосов, но достаточно малой, чтобы по-прежнему иметь разрешение по одному заряду. Поскольку ошибка обнаруживается как интегрированный заряд на острове, для получения исключительно высокой точности требуется совсем немного времени.Также было бы интересно сравнить частоту ошибок «насоса» и «турникета».

Мостовая схема, используемая для сравнения двух контуров насосов. Электрометр обнаруживает любое накопление заряда на острове а.

3. Будущие перспективы

Новый прецизионный метод измерения постоянной тонкой структуры с помощью уравнений. (1) и (2) были описаны. В настоящее время эксперименты SET использовались для определения токов только на уровне от 0,1 до 1,0%, поэтому предсказывать окончательную точность метода рискованно.Основываясь на теоретических предсказаниях [12,13], мы ожидаем, что количество электронов может быть измерено с точностью до 1 ppm в четырехпереходном насосе. Пятиходовой насос должен быть еще более точным. В настоящее время электрические стандарты, необходимые для поддержки этого измерения, по-видимому, не ограничивают его точность. Например, эталоны емкости 10 пФ сравниваются между национальными лабораториями около уровня 0,02 промилле, а эталоны напряжения Зенера 10 В также сравниваются с точностью 0,02 промилле. В первых экспериментах такая точность, вероятно, не будет достигнута, но многое из физики мы узнаем об устройствах SET, когда мы сделаем еще одно точное определение α .

Роберт Милликен: Эксперимент с каплей масла

Открытие электрона В конце 19 века не существовало общепринятой модели атома. Большинство физиков полагали, что атом неделим, хотя открытие радиоактивности поставило под сомнение это в умах некоторых физиков.

В то же время считалось, что электрический заряд, как и масса, бесконечно делим.

Чтобы объяснить связь между электричеством и материей, некоторые ученые в конце 19 века утверждали, что должна существовать фундаментальная единица электричества.В 1891 году ирландский физик Джордж Стони ввел термин «электрон» для описания этой наименьшей единицы отрицательного заряда.

В 1897 г. Дж. Дж. Томсон, английский физик, провел серию экспериментов с катодными лучами и, наблюдая, что пучок света в электронно-лучевой трубке притягивается положительным зарядом и отталкивается отрицательным зарядом, он пришел к выводу, что лучи состоят потока мелких электрически отрицательно заряженных частиц, масса которых более чем в тысячу раз меньше массы атома водорода.Томсон открыл электрон. С этого момента становится все более очевидным, что атомы не являются элементарными частицами, а на самом деле состоят из более мелких частиц.

В результате своих экспериментов Томсон смог измерить отношение заряда к массе электрона; однако он не мог самостоятельно точно измерить заряд или массу.

Независимое измерение заряда электрона было достигнуто Милликеном в его знаменитом эксперименте 1909 года, а с результатами Томсона также было получено значение массы электрона.

Этот эксперимент называется «эксперимент с каплей масла», и это была первая успешная научная попытка обнаружить и измерить эффект отдельной субатомной частицы.

За это и его работу над фотоэлектрическим эффектом Роберт Милликен получил Нобелевскую премию по физике в 1923 году.

Эксперимент с каплей масла
Упрощенная схема эксперимента Милликена с каплей масла
Схема эксперимента следующая. Распылитель впрыскивает в верхнюю камеру мелкодисперсный туман из капель масла.Некоторые из этих мельчайших капелек попали через отверстие в верхнем этаже в нижнюю камеру аппарата. Милликен сначала позволил им падать, пока они не достигли предельной скорости из-за сопротивления воздуха. С помощью микроскопа он измерил их конечную скорость и по формуле вычислил массу каждой капли масла.

Затем Милликен применил заряд к падающим каплям, облучив нижнюю камеру рентгеновскими лучами. Это привело к ионизации воздуха, что в основном означает, что частицы воздуха потеряли электроны.Часть капель масла захватила один или несколько дополнительных электронов и стала отрицательно заряженной.

Прикрепив батарею к пластинам нижней камеры, он создал электрическое поле между пластинами, которое воздействовало на заряженные капли масла; он регулировал напряжение так, чтобы сила электрического поля просто уравновешивала силу тяжести на капле, и капля зависала в воздухе. Некоторые капли захватили больше электронов, чем другие, поэтому для их остановки потребуется более сильное электрическое поле.

Частицы, которые не захватили ни одного из этих дополнительных электронов, не подвергались влиянию электрического поля и падали на нижнюю пластину под действием силы тяжести.

Когда капля подвешена, ее вес &nbsp м · г &nbsp точно равен приложенной электрической силе, произведению электрического поля и заряда q · E .

Значения E (приложенное электрическое поле), m (масса капли, которая уже была рассчитана Милликеном) и g (ускорение свободного падения) — все это известные значения.Таким образом, очень легко получить значение q , заряда капли, используя простую формулу:

m · g = q · E
Милликен повторил эксперимент много раз, каждый раз меняя силу заряда x. -лучи ионизируют воздух, так что каждый раз различное количество электронов прыгает на молекулы масла. Он получил различные значения q.

Заряд q на капле всегда был кратен 1 . 59 x 10 -19 Кулоны. Это менее чем на 1% ниже принятого сегодня значения: 1 . 602 x 10 -19 C.

Повторить эксперимент с каплей масла
Реальное устройство, использованное в эксперименте Милликена с каплей масла
Предупреждение : Этот эксперимент должен проводиться под наблюдением учителя или взрослого, знакомого с химическими веществами, электричеством и мерами безопасности.

В первоначальном эксперименте Милликен ионизировал воздух рентгеновскими лучами, что могло быть очень опасно и нанести вред вашему здоровью.Сегодня в подобных экспериментах вместо этого используются альфа-частицы низкого уровня, испускаемые торием-232, для ионизации воздуха. Торий-232 в настоящее время классифицируется как канцероген, а также представляет опасность для пользователя.

Наш разумный совет — использовать установленное лабораторное оборудование для безопасного проведения этого эксперимента.

Этот эксперимент требует некоторых навыков в механике, физике и электричестве, и это довольно дорого и сложно провести должным образом, но не слишком сильно, чтобы отпугнуть целеустремленного ученика.

Внимательно прочитайте ссылки на эксперименты и убедитесь, что вы понимаете основные принципы. Побродите по Интернету и проконсультируйтесь в местной библиотеке. Подумайте о том, чтобы купить набор для экспериментов с каплями масла для своего эксперимента — ссылки на научные материалы приведены в разделе ссылок.

Прежде чем начать, проконсультируйтесь со своими учителями и другими знающими взрослыми и экспертами.

Внешние ссылки Эксперимент с каплей масла
Эксперимент Милликена с каплей масла — Билл Уиллис
Эксперимент Милликена с каплями масла — Кэтрин Х.Колвелл — PhysicsLab
Определение заряда электрона — Джон Л. Парк
Аппарат Милликена с каплями масла — PASCO
Роберт Эндрюс Милликен 1868-1953 — AIP
Эксперимент Милликена с каплями масла — Университет Дрездена
Эксперимент Милликена с каплями масла — Университет Торонто
В защиту Роберта Эндрюса Милликена — Калифорнийский технологический институт
Эксперимент Милликена с каплями масла — GR Delpierre, BT Sewell, Physichem
Эксперимент с каплями масла — Википедия
Эксперимент Милликена с каплями масла — Майк Ли и Ли Бернетт, Davidson College
Измерение e: использование аппарата Милликена

Моделирование эксперимента с каплями масла
Моделирование эксперимента Милликена с каплей масла — Магнус Карлссон

Купить набор для экспериментов с каплями масла
Аппарат Millikan Oil Drop — PASCO

Биографии Роберта Милликена
Роберт Эндрюс Милликен — Нобелевский фонд
Роберт Эндрюс Милликен (1868-1953) — AIP
Роберт Эндрюс Милликен — Corrosion Doctors

Дж.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.