Закон сохранения заряда

Закон сохранения энергии

Энергия — это универсальная мера различных форм движенияи взаи­модействия. Энергия, отданная одним телом другому, всегда равна энергии, полученной другим телом. Для количественной оценки процесса обмена энергиеймежду взаимодействующими телами в механике вводится понятие работы силы, вызывающей движение.

Кинетическая энергия механической системы — это энергия меха­нического движения этой системы. Сила, вызывающая движение тела, совершает работу, а энергия движущегося тела возрастает на величину затраченной работы. Как известно, тело массой т, движущееся со ско­ростью v, обладает кинетической энергией Е = mv²/2.

Потенциальная энергия — это механическая энергия системы тел, которые взаимодействуют посредством силовых полей, например по­средством гравитационных сил. Работа, совершаемая этими силами, при перемещении тела из одного положения в другое не зависит от траектории движения, а зависит только от начального и конечного по­ложения тела в силовом поле.

Такие силовые поля называют потенциальными, а силы, действующие в них, — консервативными. Гравитационные силы являются кон­сервативными силами, а потенциальная энергия тела массой т, поднятого навысоту h над поверхностью Земли, равна

Е_ПОТ = mgh

где g — ускорение свободного падения.

Полная механическая энергия равна сумме кинетической ипотен­циальной энергии:

Е = Е_КИН + Е_ПОТ

Закон сохранения механической энергии (1686 г., Лейбниц) гласит, что в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется неизменной во времени. При этом могут происходить превращения кинетической энергии в потенциальную и обратно в эквивалентных количествах.

Существуют еще один вид систем, в которых механическая энергия может уменьшаться за счет преобразования в другие формы энергии. Например, при движении системы с трением часть механической энергии уменьшается за счет трения. Такие системы называются диссипативными, то есть системами, рассеивающими механическую энергию. В таких системах закон сохранения полной механической энергии несправедлив. Однако при уменьшении механической энергии всегда возникает эквивалентное этому уменьшению количество энергии другого вида. Таким образом, энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она лишь превращается из одного вида в другой. Здесь проявляется свойство неуничтожимости материи иее движения.

Электрические заряды — это источники электромагнитного поля. Вся совокупность электрических явлений есть проявление существования движения и взаимодействия электрических зарядов.

В конце XIX в. английским физиком Томсоном был открыт электрон — носитель отрицательного элементарного электрического заряда (-1,6 • 10^-19 Кл), а в начале XX в. Резерфорд открыл протон, обладающий таким же по величине элементарным положительным зарядом. Поскольку каждая частица характеризуется определенным, присущим ей электрическим зарядом, закон сохранения заряда можно рассматривать как следствие сохранения числа частиц, если при этом не происходит взаимопревращения частиц.

При электризации физических тел число заряженных частиц не меняется, а происходит лишь их перераспределение в пространстве. В общем закон сохранения заряда можно сформулировать так:

► в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов системы остается неизменной во времени, какие бы процессы ни происходили внутри этой замкнутой системы.

Такое понятие существовало в физике давно, а в 1843 г. М. Фарадей экспериментально подтвердил этот закон. Как и другие законы сохра­нения, закон сохранения зарядасправедлив на всех структурныхуровнях материального мира.

Закон сохранения заряда вместе с законом сохранения энергии ха­рактеризует устойчивость электрона. Оп не может превратиться само­произвольно в более тяжелую частицу или в более легкую.

В первом случае это не позволяет закон сохранения энергии, а во втором — закон сохранения заряда.

Дата добавления: 2014-01-06