Понятие электрического заряда и его свойства

Элементной базой ЭВМ первого поколения (1945-1950 гг.) были вакуумные электронные лампы. Главным недостатком электронных ламп было то, что устройства на их основе были очень громоздкими. Для питания ламп необходимо было подводить дополнительную энергию для нагрева катода, а образованное ими тепло отводить. С середины ХХ века лампы практически полностью вытеснились транзисторами.

Следующим крупным шагом в истории ЭВМ стало изобретение транзистора в 1947 году. О компьютерах на транзисторах обычно говорят как о «втором поколении», которое доминировало в 1950-х и начале 1960-х годов. Например, IBM 1620 на транзисторах была размером с офисный стол. Однако ЭВМ второго поколения по-прежнему были довольно дороги и поэтому использовались только университетами, правительствами, крупными корпорациями.

Бурный рост использования компьютеров связан с т. н. «3-им поколением» вычислительных машин. Начало этому этапу положило изобретение интегральных схем (1958 г.), которые независимо друг от друга разработали лауреат Нобелевской премии Джек Килби (германиевые) и Роберт Нойс (кремниевые).

Появление микропроцессоров привело к разработке микрокомпьютеров — небольших недорогих компьютеров, которыми могли владеть небольшие компании или отдельные люди. Микрокомпьютеры, представители четвертого поколения, первые из которых появились в 1970-х, стали повсеместным явлением в 1980-х и позже.

Дальнейший прогресс современного этапа развития электродинамики связан с созданием квантовой теории поля.

Квантовая теория поля (КТП) — квантовая теория систем с бесконечным числом степеней свободы (физических полей). КТП, возникшая как обобщение квантовой механики в связи с проблемой описания процессов порождения, поглощения и взаимных превращений элементарных частиц, нашла затем широкое применение в теории твёрдого тела, атомного ядра и других систем и является теперь основным теоретическим методом исследования квантовых систем.

КТП оказалась единственной пока теорией, способной описать и предсказать поведение элементарных частиц при высоких энергиях (то есть при энергиях, существенно превышающих их энергию покоя). Можно выделить следующие основные вехи в разработке современной теории поля:

1863 г. Максвелл — создана теория электромагнетизма.

1900 г. Макс Планк – создана квантовая теория излучения.

1905 г. А. Эйнштейн – разработана фотонная теория света.

1915 г. А. Эйнштейн — сформулировал общую теорию относительности.

1923 г. Луи де Бройль — предположил, что корпускулярно-волновой дуализм свойственен не только свету, но и веществу.

1925 г. Вернер Гейзенберг — разработал «матричную механику».

1928 г. Поль Дирак — дал релятивистский вариант квантовой механики и предсказал существование позитрона, положив начало квантовой электродинамике.

В 1932 г. после открытия Чедвиком нейтрона было установлено, что ядра атомов состоит из протонов и нейтронов.

1940-е гг. квантовая электродинамика как последовательная квантовая теория поля была создана Фейнманом, Швингераом, Томонагой, Дайсоном.

В 1967 году Саламом и Вайнбергом была создана теория электрослабого взаимодействия.

В 1973 году была предложена теория сильного взаимодействия (квантовая хромодинамика).

Развитие электромагнетизма привело к появлению различных приложений в области техники. Были созданы электрические генераторы, мощные трансформаторы и другие устройства, применяемые для создания и передачи электрической энергии на большие расстояния.

Тесты к лекции №1.

Тест 1.1. Благодаря какому материалу электрон получил свое название?

£ Янтарю

£ Эбониту

£ Меди

£ Цинку

Тест 1.2. Электромагнитную теорию поля разработал …

£ Джемс Клерк Максвелл

£ Майкл Фарадей

£ Василий Владимирович Петров

£ Андре-Мари Ампер

Тест 1.3. Класс "изоляторов" открытых И. В. Курчатовым:

£ Сегнетоэлектрики

£ Ферромагнетики

£ Диэлектрики

£ Полупроводники

Тест 1.4. С чем связано имя советского академика Л. А. Арцимовича:

£ Работы по управляемому термоядерному синтезу

£ Создание теории проводимости

£ Открытие электрической дуги

£ Работы о кривизне Вселенной

Тест 1.5. Кто первым зарегистрировал космическое радиоизлучение?

£ Джек Килби

£ Роберт Нойс

£ Карл Янский

£ Гроут Ребер

£ Гульельмо Маркони

Заряд и поле. Закон Кулона. Напряженность поля[11]

2.1. Понятие электрического заряда и его свойства.

2.2. Закон Кулона.

2.3. Электрическое поле и его характеристики.

2.1. Понятие электрического заряда и его свойства

Во многих науках существуют базовые понятия, которым нельзя дать определения, но можно описать их свойства. В геометрии таким понятием является точка, в электродинамике – заряд.

Электрический заряд, источник электромагнитного поля, связанный с материальным носителем; внутренняя характеристика элементарной частицы, определяющая ее электромагнитное взаимодействие. Вся совокупность электрических и магнитных явлений есть проявление существования, движения и взаимодействия электрического заряда [1].

Рассмотрим ряд опытов, иллюстрирующих основные свойства заряженных тел [8,9].

Опыт 2.1. Взаимодействие электрических зарядов[8,9]

Оборудование:

1. Станиолевые гильзы на нитях.

2. Два штатива.

3. Стеклянная и эбонитовая палочки.

4. Шелк, шерсть.

Рис. 2.1.

Ход работы:

1.Подвесьте на стойках на небольшом расстоянии друг от друга две гильзы.

2.Отрегулируйте длину нити – гильзы должны висеть на одном уровне.

3.Зарядите одну из них. Другую начинайте приближать. В первый момент они притянутся друг к другу, прикоснутся и резко разлетятся в разные стороны. Продолжайте сближать до полного их соприкосновения, однако гильзы останутся разведенными, под углом друг к другу. Еще раз убеждаемся: одинаково заряженные тела отталкиваются.

4.Между гильзами поместите палочку, имеющую тот же знак заряда, – гильзы разойдутся на больший угол. Перемещайте палочку – и гильзы будут ее «сопровождать». В этом опыте мы имеем три одинаково заряженных тела, отталкивающихся друг от друга.

Выводы: одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

Опыт 2.2.Электризация трением. [8,9]

Цель работы:

Демонстрация явления электризации тел трением.

Оборудование:

1.  Демонстрационный электроскоп

2.  Цилиндр Фарадея

3.  2 плексигласовых диска (с мехом и без)

Рис2.2.

1.  Потерев один плексигласовый диск о другой, по очереди вносят диски в цилиндр Фарадея, не касаясь его стенок и дна, таким образом не передавая заряд на электроскоп.

2.  При вносе любого из дисков отклонение происходит на один и тот же угол. Обратите внимание, после извлечения заряженного диска, хорошо видно, что на электроскопе заряда не остается.

3.  Если сложить оба диска вместе и внести их в цилиндр Фарадея, то никакого отклонения у электроскопа не возникает.

Выводы: По модулю оба полученных заряда одинаковы, и их суммарный заряд равен нулю.

Опыт 2.3. Электростатическая индукция[8,9]

Оборудование:

1. Штатив изолирующий с легко вращающейся насадкой.

2. Стеклянная и эбонитовая палочки.

3. Шелк, шерсть.

4. Деревянная линейка.

Рис. 2.3.

Ход работы:

1.Поднесите наэлектризованную палочку к деревянной линейке-«карусели».

2.Линейка поляризуется и начнет притягиваться к палочке. С помощью заряженной палочки вы можете заставить линейку вращаться.

Выводы: наблюдается электризация через влияние (на расстоянии).

Положительные и отрицательные заряды внутри линейки перераспределяются и она ведет себя как заряженное тело, хотя количество зарядов того и другого знака в ней одинаково.

Опыт 2.4.Электризация через влияние.

Цель работы: продемонстрировать электризацию через влияние.

Оборудование:

1.  2 металлических цилиндра.

2.  2 электроскопа

3.  Шелк, шерсть.

4.  Стеклянная палочка

Рис.2.4.

Ход работы.

1.  Вся система находится в разряженном состоянии.

2.  Натираем мехом стеклянную палку, подносим ее к одному из цилиндров. Видим, что показания электроскопов отличаются от нуля, после чего раздвигаем цилиндры.

3.  Затем, поднеся палку к одному из электроскопов, наблюдаем, что его показания увеличиваются. Проделав то же с другим электроскопом, мы обнаружим, что его показания уменьшаются.

4.  Если свести эти два цилиндра вместе, то показания электроскопов уменьшаются до нуля.

Выводы: Один из цилиндров заряжен положительно(показания электроскопа увеличиваются), один-отрицательно(показания электроскопа уменьшаются). При сведении цилиндров заряды компенсируют друг друга.