Превращение механической энергии во внутреннюю. Явление диссипации механической энергии. Учет потерь мэ, кпд процесса.

Три состояния вещества. Агрегатные превращения с т.з. строения вещества. Кристаллические и аморфные вещества. Фазовые переходы кристаллических веществ с т.з. изменения ВЭ. Удельные характеристики фазовых переходов, их физический смысл. Расчет Q в процессах фазовых переходов. Графическая интерпретация.

В зависимости от условий одно и то же вещество может находиться в различных состояниях. Эти состояния называют агрегатными. Сами молекулы вещества в различных состояниях не отличаются. Следовательно, агрегатные состояния объясняются их расположением, взаимодействием и характером движения. Газы – расстояние между молекулами велико, притяжение мало. Кинетической энергии молекул достаточно, чтобы преодолеть молекулярное притяжение, газы разлетаются (не держат ни формы, ни объема). Твердые тела и жидкости – плотность больше, молекулы ближе. Кинетической энергии недостаточно для преодоления межмолекулярного притяжения. Жидкости держат объем, твердые – и форму и объем.

Отдавая или забирая энергию, тела переводят из одного агрегатного состояния в другое. Фаза – физически однородная часть вещества, отделенная от остальных частей границей раздела. Фазовый переход – плавление, отвердевание, испарение – переход от одного агрегатного состояния в другое при строго заданной температуре.

Кристаллические вещества – это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, в которых атомы расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку. Сохраняют форму и объем. Плавятся при определенной температуре. Многим присуще свойство анизотропии, то есть зависимость их свойств от направления.

Аморфные вещества (стекло, воск, парафин, вар) – не имеют определенной точки плавления. Размягчаются постепенно. Графики а) – плавление кристаллич. веществ, б) – плавление аморфных

 

 

 

Переход кристаллических веществ из твердой фазы в жидкую - плавление. Обратный процесс – кристаллизация. Точка (температура) плавления – температура, при которой тело плавится или отвердевает при постоянном давлении.

Почти все вещества при плавлении увеличивают объем и наоборот. Температура их плавления повышается при повышении давления (давление препятствует увеличению объема). Исключение – вода, чугун – у них все наоборот.

Для плавления телу необходимо передать некоторое количество теплоты. За счет этого у вещества массой т потенциальная или кинетическая? энергия атомов возрастает на величину

Удельная теплота плавления – количество теплоты, необходимое, чтобы кристаллическое тело 1 кг при температуре плавления и постоянном давлении полностью перешло в жидкое состояние.

При кристаллизации потенциальнаяили кинетическая? энергия атомов уменьшается на ту же величину и кол-во теплоты отводится к окружающим телам . Кинетическая энергия атомов при этом почти не меняется.

Переохлаждение – охлаждение жидкости ниже точки кристаллизации.

 

Из наблюдений известно, что количество жидкости, находящейся в открытом сосуде, уменьшается. Она не исчезает бесследно, а превращается в пар.

Явление превращения жидкости в пар, или переход из жидкой фазы в газообразную – парообразование. Наоборот – конденсация. Парообразование идет двумя путями – испарением и кипением.

Физика процесса - молекулы непрерывно движутся. Достаточно быстрая молекула, оказавшись на поверхности жидкости, может преодолеть притяжение соседних и вылететь из жидкости. Вылетевшие молекулы образуют над поверхностью жидкости пар. У оставшихся – изменяются скорости после соударений. Скорость испарения зависит от ряда причин.

Опыт – смачиваем бумагу эфиром и жидкостью. Эфир испарится быстрее. Следовательно, чем меньше силы притяжения между молекулами, тем быстрее испарение.

Опыт – одинаковый объем воды налили в блюдце и в кувшин с узким горлом. В блюдце вода испарится быстрее. Следовательно, скорость испарения зависит от площади поверхности.

Поскольку в жидкости всегда есть движущиеся молекулы, то испарение происходит при любой температуре. Но быстрее оно происходит при высокой температуре. Итак,

Испарение – парообразование с поверхности при любой температуре. Зависит от S поверхности, температуры, рода жидкости и внешнего давления. При испарении внутренняя энергия жидкости уменьшается, так как наиболее быстрые молекулы вылетают, а скорость оставшихся ниже. Температура оставшейся жидкости уменьшается.

Одновременно с испарением происходит обратный процесс – беспорядочно двигаясь над поверхностью жидкости, некоторые молекулы возвращаются в нее. Если испарение идет в закрытом сосуде, то сначала вылетевших молекул будет больше, чем вернувшихся. Плотность пара будет увеличиваться. С увеличением плотности папа будет увеличиваться и число молекул, вернувшихся обратно в жидкость. Наступает динамическое равновесие – число молекул, вылетающих из жидкости, равно числу возвращающихся в нее. Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным (и наоборот). При динамическом равновесии в закрытом сосуде масса жидкости не уменьшается, а в открытом – уменьшается, так как часть молекул пара рассеивается в воздухе и не возвращается обратно.

Так как одновременно с испарением часть молекул возвращается обратно, то это явление называют конденсацией (превращение пара в жидкость). Конденсация пара сопровождается выделением энергии.

 

Опыт – из нагретой колбы пар соприкасается с холодным стеклом и конденсируется. При этом выделяется энергия. Точные опыты показывают, что при конденсации пара выделяется столько же энергии, сколько пошло на его образование.

 

Кипение – парообразование по всему объему и с поверхности при определенной температуре. В жидкости при нагреве образуются пузырьки растворенного воздуха с парами жидкости внутри. Под действием выталкивающей силы пузырьки поднимаются и частично конденсируются в верхних холодных слоях. При прогреве всей жидкости пузырьки достигают поверхности, давление в них становится атмосферными пар из пузырьков выходит наружу. Каждое вещество кипит при определенной температуре.

Температура (точка) кипения – температура, при которой жидкость кипит при постоянном давлении ( и наоборот).

При парообразовании за счет подводимой теплоты потенциальная энергия молекул вещества массой т возрастает на

Удельная теплота парообразования L –количество теплоты, необходимое для превращения единицы массы жидкости в пар при температуре кипения.

L уменьшается с повышением температуры испаряющейся жидкости.

При конденсации потенциальная энергия молекул уменьшается на величину и соответственное количество теплоты отводится окружающим телам.

 

 

Теплообмен. Уравнение теплового баланса. Учет направлений процессов фазовых переходов при решении задач на УТБ. Примеры не алгоритмизированных задач.

Теплообмен - самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты от более нагретых тел (или участков тел) к менее нагретым (в общем случае перенос теплоты может вызываться также неоднородностью полей др.физических величин, напр., разностью концентраций - т. н. диффузионный термоэффект). Различают теплообмен теплопроводностью, конвективный и радиационный (излучением).

Теплопроводность – передача ВЭ от более нагретой части тела к менее нагретой или от тела к телу в результате теплового движения и взаимодействия молекул. Не происходит переноса вещества. Опыт – проволока на штативе, к ней воском прикреплены гвозди. Нагреваем один конец, гвозди отваливаются постепенно, от огня. Скорость колебаний молекул металла увеличивается при нагреве. Они передают ее соседним частицам и т.д. Следовательно - лучше в твердых телах, хуже в жидкостях, почти нет в газах. Самая низкая теплопроводность у вакуума.

Конвекция – передача ВЭ путем перемещения и перемешивания слоев жидкого и газообразного вещества. Естественная – нагрев, принудительная – нагрев с помешиванием. Опыт – вертушка над лампочкой или свечкой. Воздух нагревается, расширяется, становится менее плотным, сила Архимеда (со стороны холодного воздуха снизу вверх) больше, чем сила тяжести, воздух «всплывает» и вращает вертушку.

Излучение – передача внутренней энергии на расстоянии с помощью электромагнитных волн. Может происходить и в вакууме. Опыт – жидкостный манометр, резиновая трубка, теплоприемник, поднесли нагретый кусок металла, оставив воздушную прослойку. Воздух в теплоприемнике расширился, уровень жидкости опустился, без соприкосновения тел. После удаления нагретого металла жидкость вернулась на прежний уровень.

При теплопередаче изменяется ВЭ тела. Мерой ее изменения служит количество теплоты.

Количество теплоты - энергия, которую теряет или получает тело при теплопередаче. Оно идет на изменение ВЭ тела и на совершение телом работы над внешней средой . , сообщенное телу – положительно, отданное телом – отрицательно. А положительна, если тело совершает работу над внешней средой, отрицательна – если над телом совершается работа. Измеряется в Дж. или ккал,

Уравнение теплового баланса – в замкнутой системе, внутренняя энергия не изменяется, над системой работа не совершается. Внутри системы в процессе теплообмена одни тела нагреваются, другие охлаждаются, но суммарное количество теплоты, полученное системой, равно нулю. Q₁+Q₂+Q₃+….=0

Отдавая или забирая энергию, тела переводят из одного агрегатного состояния в другое. Фаза – физически однородная часть вещества, отделенная от остальных частей границей раздела

Фазовый переход — переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий. Любая смена агрегатного состояния вещества есть фазовый переход.

Наиболее часто рассматриваются фазовые переходы при изменении температуры, но при постоянном давлении. Именно поэтому часто употребляют термины «точка» (а не линия) фазового перехода, температура плавления и т. д.

Наиболее распространённые примеры фазовых переходов первого рода:

§ плавление и кристаллизация

§ испарение и конденсация

Наиболее распространённые примеры фазовых переходов второго рода:

§ прохождение системы через критическую точку

§ переход парамагнетик-ферромагнетик или парамагнетик-антиферромагнетик (параметр порядка — намагниченность)

§ переход металлов и сплавов в состояние сверхпроводимости

§ переход аморфных материалов в стеклообразное состояние

Под скачкообразным изменением свойств вещества имеется в виду скачок при изменении температуры и давления. В реальности же, воздействуя на систему, мы изменяем не эти величины, а её полную внутреннюю энергию.

Учет фазовых переходов - отдает или забирает энергию тело при переходе из одной фазы в другую.

Кристаллизация – отдает тепло, скорость молекул уменьшается, внутренняя энергия уменьшается.

Плавление – забирает тепло, скорость молекул увеличивается, как и расстояние между ними, внутренняя энергия увеличивается.

Аналогично с испарением – самые подвижные молекулы вылетают из жидкости, средняя скорость оставшихся ниже, внутренняя энергия уменьшается.

При конденсации – внутренняя энергия пара уменьшается.

Пример задачи с разными вариантами решения

В калориметр налито 2 кг воды, имеющей температуру 5 , и положен кусок льда массой 5 кг, имеющий температуру -40 . Определить температуру и объем содержимого калориметра после установления теплового равновесия. Теплоемкостью калориметра и теплообменом с внешней средой пренебречь.

Дано: , = 920 , C₁ = 4,2 , C₂ = 2,1 , = 330 ,

m₁ = 2 кг, , m₂ = 5 кг, .

Найти: , V.

Анализ:

Можно представить себе следующие случаи:

1. Весь лед растает, и температура смеси будет больше нуля.

2. Вся вода замерзнет, и температура смеси будет меньше нуля.

3. Температура смеси будет равна нулю, и часть льда растает.

4. Температура смеси будет равна нулю, и часть воды замерзнет.

Для того, чтобы понять, какой случай реализуется в данной задаче, необходимо сделать предварительные вычисления.

При охлаждении до = 0 вода отдает количество теплоты

кДж.

При нагревании льда до температуры плавления лед поглощает количество теплоты

кДж.

Если весь лед растает, он поглощает количество теплоты

кДж.

Если вся вода замерзнет, она отдаст количество теплоты

кДж.

Так как Q₂ > Q₁, то лед не может таять, и могут осуществиться случаи 2 или 4. Для осуществления случая 2 необходимо, чтобы Q₁ + Q₄ < Q₂

Q₁ + Q₄ = 702 кДж, Q₂ = 420 кДж.

Соответственно реализуется случай 4: температура смеси и часть воды замерзнет. Обозначим массу замерзшей воды m₃, и составим уравнение теплового баланса:

- количество теплоты, которое отдает вода, остывая до 0 .

- количество теплоты, которое отдает замерзающая вода.

- количество теплоты, полученное льдом при нагревании до 0 .

Отсюда

Из этого выражения находим массу замерзшей воды

После установления теплового равновесия, масса воды , и масса льда будет . Объем полученной смеси

 

Энергия топлива. Удельная теплота сгорания топлива, физический смысл. Превращение ВЭ в механическую. Тепловые двигатели. Паровой двигатель, ДВС, паровая турбина - устройство и принцип действия. КПД тепловых двигателей.

В процессе химического соединения ряда веществ перестраивается структура молекул, в результате резко увеличивается их кинетическая энергия. Такие процессы называют процессами горения, а вещества – топливо и окислитель.

Например, вода Н₂О – для разделения на атомы надо совершить работу и затратить энергию. При горении происходит соединение атомов в молекулы и энергия выделяется. Так атомы углерода, содержащиеся в топливе, при горении соединяются с двумя атомами кислорода и выделяется энергия.

При полном сгорании топлива массой т внутренняя энергия теплового движения молекул возрастает на величину

Удельная теплота сгорания топлива – скалярная физическая величина, равная количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг топлива при данном окислителе.

Явления перехода энергии в механических процессах рассматривались ранее.

Энергия движения переходит в потенциальную взаимодействия и обратно. При этом полная механическая энергия остается неизменной, если действуют только силы упругости и тяготения и отсутствуют силы трения.

При падении свинцового шара на доску с деформацией и нагреванием мы видели переход механической энергии во внутреннюю. След., механическая и внутренняя энергии могут переходить от одного тела к другому. При теплопередаче – более нагретое тело отдает, а холодное – получает энергию, внутренняя энергия топлива превращается в энергию движения. При переходе энергии от одного тела к другому или при превращении энергии из одного вида в другой энергия сохраняется.

Закон сохранения и превращения энергии – во всех явлениях в природе энергия не возникает и не исчезает. Она превращается из одного вида в другой с сохранением значения. Энергия солнечных лучей переходит во ВЭ почвы и микроорганизмов, нагретые воздушные массы двигаются и появляется ветер и т.д.

Тепловые двигатели – машины, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую энергию (или работу).Общая структура – нагреватель, рабочее тело, холодильник (атмосфера) Опыт – в пробирке с пробкой вскипятили воду – пробка вылетела. При замене пробирки на цилиндр, а пробки – на поршень получим простейший двигатель Джеймса Уатта.

Паровой двигатель — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала.

После этого расширенный пар может выпускаться в атмосферу или поступать в конденсатор. Полный цикл двигателя занимает один полный оборот и состоит из четырёх фаз - впуска, расширения (рабочая фаза), выпуска и сжатия В машинах одиночного действия поршень перемещался в одну сторону силой расширяющегося пара, обратно - под действием гравитации, или за счёт момента инерции вращающегося маховика. В паровых машинах двойного действия свежий пар поочередно подается в обе стороны рабочего цилиндра, в то время как отработанный пар с другой стороны цилиндра выходит в атмосферу или в конденсатор.

1 — Поршень, 3 — Ползун 4 — Шатун

5 — Коленчатый вал

6 — Эксцентрик для привода клапана

7 —маховик 8 — Золотник

Двигатель внутреннего сгорания - топливо сгорает внутри, в цилиндре. Состоит – цилиндр, поршень 3, шатун 4, вал 5, клапан 1 для горючего, клапан 2 для выпуска газов, свеча 6. Рабочий цикл за 4 хода – четырехтактный, впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. один ход поршня- полоборота вала.

1 такт поршень вниз, объем над ним увеличивается, в цилиндре разрежение, клапан 1 открывается, в цилиндр входит горючая смесь, клапан 1 закрывается.

2 такт вал поворачивается, поршень вверх, сжимает смесь. Смесь загорается от искры и образует газы, когда поршень в крайнем верхнем положении.

3 такт (рабочий ход) – газы давят на поршень, толкают его вниз. При этом двигатель совершает работу. Движение передается шатуну и далее коленчатому валу с маховиком. После толчка маховик по инерции перемещает поршень вверх. Сжатые газы открывают клапан 2 и выходят наружу.

4 такт – выпуск продуктов сгорания через клапан 2, газы вышли, поршень опускается, клапан 2 закрывается, клапан 1 открывается.

Паровая турбина – тип двигателя, в котором пар или нагретый газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Состоит – на вал 5 насажен диск 4, по ободу которого закреплены лопатки 2. Около лопаток расположены сопла1, в которые поступает пар 3 из котла. Струи пара оказывают давление на лопатки и вращают диск турбины. В современных – несколько дисков с лопатками на общем вале.

 

Любой тепловой двигатель превращает в механическую только часть энергии топлива. Рабочее тело при нагреве передает часть энергии атмосфере вместе с паром или выхлопными газами. Для характеристики экономичности двигателей ввели КПД.

КПД тепловых двигателей – отношение полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя.

 

Электризация тел. Электрический заряд. Два рода зарядов. Закон взаимодействия эл. зарядов. Способы электризации тел. Электрически замкнутая система. Закон Франклина. Делимость эл. заряда. Элементарный заряд. Электрон. Опыты Иоффе и Милликена (суть, результат).

Еще в древности заметили, что янтарь, натертый о шерсть, притягивает предметы. Аналогично – стеклянная палочка о шелк, эбонит о мех. Опыт – стеклянную палочку потереть о бумагу. Поднести к мелко нарезанной бумаге. Эти явления назвали электрическими (греч.-янтарь). А способность тел притягивать другие тела после натирания – электризацией.

Опыт – эбонитовую палочку потереть о сукно. Оба предмета будут притягивать к себе тела. След., при трении электризуются оба тела. Электрический заряд передается при соприкосновении.

Электрически нейтральное тело содержит равное число положит. и отрицат. зарядов. При соприкосновении нейтральность нарушается и телу сообщается электрический заряд. Такое тело называется наэлектризованным.

Они либо притягиваются, либо отталкиваются. 2 эбонитовые палочки натертые о мех, или 2 стеклянные, натертые о шелк– отталкиваются. Эбонитовая, натертая о мех притягивается к стеклянной, натертой о шелк.

Условились, что заряд на стеклянной палочке (натертой о шелк) – положительный, а эбонитовой (натертой о мех) – отрицательный.

Опыт – к эбонитовой палочке подносили наэлектризованные тела из различных веществ. Часть – притягивалась, часть отталкивалась. Следовательно, существует только два рода электрических зарядов – положительные и отрицательные.

Виды электризации: 1. Контакт опыт - с эбонитовой палочкой и металлической гильзой на нити. Коснулись гильзы эбонитом, гильза сначала притянулась, потом оттолкнулась. Гильза, коснувшись палочки, получила «-» заряд. Затем к гильзе поднесли стеклянную палочку – притянулись друг к другу.

На этом явлении основан электроскоп – простейший прибор для обнаружения зарядов. В нем металлический стержень с листочками пропущен через пластмассовую пробку и все вставлено в металлический корпус. Корпус закрыт стеклами. Если к незаряженному электроскопу поднести эбонитовую палочку, то лепестки разойдутся. Если к «+» заряженному электроскопу поднести тело с таким же зарядом, то лепестки разойдутся сильнее. Если к «+» заряженному электроскопу поднести тело с противоположным зарядом, то лепестки сойдутся.

Еще виды электризации - 2. Трение 3. Влияние 4. Под действием излучения

Электризация «через влияние»: чтобы сообщить заряд изолированному проводнику заряд необходимо:1. Приблизить к нему (не касаясь) заряженное тело. В нем произойдет разделение зарядов.2. Коснуться рукой дальнего от конца – заряд перейдет на Вашу руку, в тело, на пол и т.п., но не уйдет с другого, ближнего конца.3. Убрать руку и заряженное тело. Проводник заряжен зарядом, противоположным заряду тела. При электризации заряд имеют оба тела.

Электрический заряд – скалярная величина, характеризующая свойство тел вступать в электромагнитное взаимодействие (Кл).

По способности передавать эл.заряды вещества делятся на проводники (имеют в своей структуре свободные эл.заряды, которые могут перемещаться), диэлектрики (отсутствуют эл.заряды) и полупроводники (промежуточное место).

 

Опыты по притяжению и отталкиванию наэлектризованных тел позволяют предположить, что эл.заряды взаимодействуют. Причем взаимодействие зависит от расстояния (чем ближе – тем сильнее). Предположили, что действие одного тела на другое происходит через воздух. Но при проведении опыта, в котором заряженный электроскоп повестили в безвоздушное пространство, оказалось, что его лепестки также отталкиваются. Изучением этого вопроса занимались Фарадей и Максвелл. В результате исследований было установлено, что эл.заряды окружены эл.полем.

Электрическое поле (часть эл.магнитного) – особый вид материи, который создается эл.зарядами и воздействует на заряды одинаково, независимо от того, двигаются они или покоятся в данной инерциальной системе отсчета.

Электрическая сила (Кулоновская) – сила, с которой эл.поле действует на внесенный в него эл.заряд.

 

Закон взаимодействия электрических зарядов (закон Кулона) – два точечных неподвижных заряда взаимодействуют в вакууме с силой, прямопропорциональной произведению их зарядов и обратнопропорциональной квадрату расстояния между ними, где -коэффициент пропорциональности, - заряды, - расстояние между ними.

 

Делимость заряда. В обычном состоянии атомы нейтральны. Следовательно, электризацию нельзя объяснить их перемещением. Если предположить, что в природе существуют частицы, имеющие заряд, то при его делении должен быть какой-то предел и должна существовать частица с наименьшим зарядом.

Опыт – зарядим электроскоп, металлической проволокой соединим его с незаряженным. Заряд поделился. Снова к первому подключим незаряженный. Заряд снова поделился.

Опыт продолжили на крупинках из металла. Иоффе (русский) и Милликен (американец) брали наэлектризованные пылинки цинка. Заряд пылинок меняли несколько раз и вычисляли. Заряд каждый раз менялся. Но все изменения были больше в целое число раз некоторого наименьшего заряда. Вывод – к пылинке цинка присоединяется или отделяется только наименьший заряд. Есть заряженная частица, разделить заряд которой невозможно.

Элементарный заряд – электрон, минимальный стабильный заряд, равный 1,6*10^-19 Кл.

Делимость (квантование) электрического заряда – заряд любого тела кратен целому числу элементарных зарядов.

Если первоначало тело нейтрально, то число электронов равно числу протонов. Но при электризации тело получает либо избыток электронов, либо их недостаток. Из опыта установили, что заряд эбонитовой палочки, потертой о шерсть, по абсолютному значению равен заряду шерсти. След., при электризации заряды не создаются, а разделяются (переходят с одного тела на другое). При этом выполняется закон сохранения электрического заряда (закон Франклина) – алгебраическая сумма электрических зарядов остается постоянной при любых взаимодействиях в замкнутой системе .

Электрически замкнутая система – система, в которую извне не входят и не выходят наружу электрические заряды.

Зная строение атома, можно объяснить существование проводников и изоляторов. В атомах электроны находятся на разных расстояниях от ядра. Дальние притягиваются к ядру слабее. Особенно слабо удерживаются электроны в металлах, они покидают свое место и движутся между атомами. Это – свободные электроны. За счет них возникает ток.

Там, где электроны сильно удерживаются ядрами, свободных электронов нет и нет тока.

Также можно объяснить и явления притяжения и отталкивания. Опыт – не наэлектризованная гильза и заряженная палочка. В гильзе есть свободные электроны. Как только гильзу внесли в электрическое поле палочки, они придут в движение. Если палочка с «+» зарядом, то электроны перейдут на тот конец гильзы, который ближе к палочке. Этот конец зарядится отрицательно. На другом конце гильзы будет «+» (рис1). Ближний к палочке отрицательный конец гильзы притянется (рис2). Часть электронов при этом перейдет с гильзы на «+» палочку, на гильзе останется положительный заряд.

Если заряд передавать от заряженного к незаряженному телу и размеры тел одинаковы, то заряд разделится поровну. Если же одно из тел больше, то на него перейдет большая часть заряда. На этом основано заземление – тело при соприкосновении с Землей отдает почти весь заряд и становится нейтральным.

 

Вывод

- в центре атома находится плотное «+» ядро, диаметром –10^–15 м. Это ядро занимает только 10^–12 часть полного объема атома, но содержит весь «+» заряд и не менее 99% его массы. (колоссальная плотность порядка ρ ≈ 10¹⁵ г/см³.)

- заряд ядра должен быть равен суммарному заряду всех электронов, входящих в состав атом (заряд ядра равен номеру данного элемента в таблице Менделеева).

Резерфорд предложил планетарную модель атома -в центре «+» ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Атом в целом нейтрален. Вокруг ядра, подобно планетам, под действием кулоновских сил со стороны ядра вращаются электроны. Находиться в состоянии покоя электроны не могут, так как они упали бы на ядро.

Атом, потерявший один или несколько электронов, уже не нейтрален, а имеет «+» заряд - положительный ион. Если лишний электрон присоединяется к нейтральному атому. В этом случае атом приобретает «-» заряд и становится отрицательным ионом.

При трении тел "трутся" именно электронные облака атомов, из которых эти тела состоят. А так как электроны слабо связаны с ядрами своих атомов, то они могут "отрываться" от атомов и переходить на другое тело. В результате на нем возникает избыток электронов (и тело приобретает «-» заряд), а на первом теле – недостаток электронов («+» заряженным). Есть вещества, электроны которых так слабо связаны со своими атомами, что могут отделяться и без трения. Достаточно простого соприкосновения тел, и они становятся заряженными. Итак, электризация трущихся тел объясняется переходом части электронов от одного тела к другому, в результате чего тела заряжаются разноименно. Именно поэтому тела, наэлектризованные трением друг о друга, всегда притягиваются.

Если левую руку расположить так, чтобы составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а 4 вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующий на проводник с током.

Либо как результат векторного произведения на –результирующий вектор всегда перпендикулярен плоскости, в которой лежат два исходных вектора, модуль равен произведению модулей двух исходных векторов на синус угла между ними, направление определяется буравчиком, который вращается от первого вектора ко второму, а рукоятка лежит в плоскости первого и второго вектора.

 

Поскольку электрический ток – это движение заряженных частиц, то воздействие магнитного внешнего магнитного поля на проводник с током является воздействием поля на движущиеся частицы.

 

Сила Лоренца - сила, действующая со стороны внешнего магнитного поля на движущуюся электрически заряженную частицу.

Вывод можно сделать на основании закона Ампера. Сила Лоренца определяется, как отношение силы Ампера, действующей на участок проводника к числу упорядоченно движущихся заряженных частиц N в этом участке.

.

Сила тока в проводнике связана с зарядом частиц , их количеством , проходящим через поперечное сечение проводника и скорости движения .

По закону Ампера модуль силы Ампера .

 

Подставляем значение силы тока, считая, что N=n S Δ l – общее число частиц в рассматриваемом участке провода.

Таким образом, модуль силы Лоренка определяется как

Угол α – угол между направлением магнитной индукции внешнего поля и направлением скорости движения заряженной частицы.

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки - Если поставить левую руку так, чтобы составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а четыре пальца были бы расположены по направлению скорости движения положительного заряда (или против направления скорости отрицательного) то отогнутый большой палец укажет направление силы Лоренца

Направление силы Лоренца можно определить как результат векторного произведения на . Результирующий вектор всегда перпендикулярен плоскости, в которой лежат два исходных вектора, модуль равен произведению модулей двух исходных векторов на синус угла между ними, направление определяется буравчиком, который вращается от первого вектора ко второму, а рукоятка лежит в плоскости первого и второго вектора.

 

Вообще, если есть и электрическое, и магнитное поле, то на заряд действуют две силы – электрическая и магнитная . Полная сила, действующая на частицу, равна их сумме.