Обладают ли электрическим зарядом протоны нейтроны электроны: Ядро атома — Plasma.com

Содержание

Какими электрическими зарядами обладают электрон и нейтрон — Строй Обзор

На чтение 7 мин Просмотров 98 Опубликовано

Ответ оставил Гость

Ответ : ДЭлектрон всегда заряжен отрицательно , протон положительно , а нейтрон — не имеет заряда

Если ответ на твой вопрос отсутствует, или он не полный, то рекомендуем найти информацию через поиск на сайте.

Что такое атом? В переводе на русский язык атом означает неделимый. Долгое время никто не мог опровергнуть это утверждение. И наконец, в конце 19-го века было доказано, что атом делится на более мелкие частицы, главными из которых являются электроны, протоны и нейтроны.

При изучении этих частиц оказалось, что протоны и электроны обладают электрическими зарядами, причем заряды их равны по величине, но противоположны по знаку. Заряд электрона относится к тому электричеству, которое назвали отрицательным, а заряд протона – к тому, которое назвали положительным.

Масса электрона меньше массы протона примерно в 1840 раз.

Так как электроны и протоны электрически заряжены, они подчиняются закону о взаимодействии электрических зарядов: одноименные отталкиваются (протон с протоном и электрон с электроном), а разноименные притягиваются(протон с электронном).

Нейтрон — третья частица в составе атома, по массе равна протону, однако нейтрон не обладает электрическим зарядом. Говорят, что он электрически нейтрален, отсюда и его название – нейтрон.

Как было сказано выше, атом имеет очень сложное строение, но для первого раза можно ограничиться следующим упрощенным представлением о его строении.

В центре атома находится ядро, оно состоит из протонов и нейтронов, следовательно оно заряжено положительно. Вокруг ядра, на внушительном расстоянии, в сотни тысяч раз превосходящем его размеры, вращаются электроны.

Так как в каждом атоме число электронов равно числу протонов, то он считается электрически нейтральным.

Самый простой по строению атом – атом водорода, его ядро состоит из одного протона, вокруг которого вращается один электрон.

Атомы различных веществ отличаются один от другого числом протонов, нейтронов и электронов.

Что такое ион? Если каким-нибудь образом атом потеряет один или несколько электронов, он станет положительно заряженным, такой атом будет называться положительным ионом, а если же атом приобретет один или несколько электронов, он будет называться отрицательным ионом, ибо он будет отрицательно заряженным.

Электрическое поле. Учеными было установлено существование особого вида материи – поля. Вокруг электрических зарядов тоже присутствует поле, называемое электрическим. Характерной особенностью этого поля является механическая сила, действующая на электрические заряды, находящиеся в этом поле. Чаще всего электрическое поле изображают на рисунках в виде стрелок, показывающих направление, в котором бы двигался под действием сил этого поля свободный положительный заряд. Также эти линии еще называют силовыми. В действительности никаких линий не существует.

Проводники и изоляторы. В различных веществах электроны связаны со своими атомами по-разному, в некоторых связь прочна, в некоторых – нет. Электроны, которые плохо связаны с атомами и которые могут легко покинуть их, называются свободными. Если в одной из точек вещества, в котором присутствуют свободные электроны, создать их избыток, а в другом – недостаток, то они, сохраняя хаотичное движение, начнут всей массой перемещаться в ту точку, сторону, где электронов недостаточно. Это движение в одну сторону будет называться электрическим током. Вещества, в которых есть наличие свободных электронов, называются проводниками электрического тока. В остальных веществах, например слюде, резине, электроны, наоборот, очень крепко связаны со своими атомами и при нормальных условиях не смогут покинуть их, в таких веществах ток никогда не возникнет, поэтому они называются непроводниками, или изоляторами.

Идёт приём заявок

Подать заявку

Для учеников 1-11 классов и дошкольников

Контрольный тест — 8 класс

по теме «Электрические явления»

1 вариант max баллов — 15

1. Какими электрическими зарядами обладают электрон и протон?

А. Электрон-отрицательным, протон-положительным

Б. Электрон-положительным, протон- отрицательным

В. Электрон и протон -положительным

Г. Электрон и протон-отрицательным

Д. Электрон-отрицательным, протон не имеет заряда

2. Каков знак заряда qₒ, если направления сил взаимодействия положительного электрического заряда q с электрическим зарядом qₒ показаны на рисунке?

А. Положительный Б. Отрицательный В. Нейтральный

Г. Знак заряда может быть и положительный, и отрицательный

3.Упорядоченным движением каких частиц создается электрический ток в металлах?

А. Положительных ионов Б. Отрицательных ионов В. Электронов

Г. Положительных и отрицательных ионов и электронов

4. Как называется единица измерения силы тока?

А. Джоуль Б. Кулон В. Ампер Г. Вольт Д. Ом

5. Какой формулой выражается закон Ома для участка цепи?

А . A=IUt Б . P=UI В . I=U/R Г . I=q/t Д .U=A/q

6. По какой формуле вычисляется работа электрического тока?

А . A=IUt Б . P=UI В . I=U/R Г . I=q/t Д .U=A/q

7. 1 На рисунке в электрическую цепь

включены четыре электрические лампы.

4 Какие из них включены параллельно?

2 А. Только лампы 2 и 3

Б. Только лампы 1 и 4

В. Лампы 1, 2 и 3

3 Г. Все четыре лампы

8. Определите мощность тока в электрической лампе, включенной в сеть напряжением 220 В, если известно, что сопротивление нити накала лампы 484 Ом.

9. На здании школы установлен ветряной двигатель, вращающий вал электрогенератора мощностью 0,6 кВт. Сколько ламп, рассчитанных на напряжение

12 В и силу тока 2А, может питать эта ветроэлектростанция?

10. Последовательно с нитью накала радиолампы сопротивлением 4 Ом включен резистор, сопротивление которого 2 Ом. Определите их общее сопротивление, общее напряжение и напряжение отдельно на радиолампе и резисторе, если сила тока в цепи равна 3 мА.

Контрольный тест — 8 класс

по теме «Электрические явления»

2 вариант max баллов — 15

1. Какими электрическими зарядами обладают электрон и нейтрон?

А. Электрон-отрицательным, нейтрон — положительным

Б. Электрон-положительным, нейтрон — отрицательным

В. Электрон и нейтрон -положительным

Г. Электрон и нейтрон — отрицательным

Д. Электрон-отрицательным, нейтрон не имеет заряда

2. Каков знак заряда q˳, если направления сил взаимодействия положительного электрического заряда q с электрическим зарядом qₒ показаны на рисунке?

А. Положительный Б. Отрицательный В. Нейтральный

Г. Знак заряда может быть и положительный, и отрицательный

3. Будут ли взаимодействовать близко расположенные электрические заряды в безвоздушном пространстве, например на Луне, где нет атмосферы?

А. Нет, поскольку вокруг каждого электрического заряда существует электрическое поле

Б. Да, поскольку вокруг каждого электрического заряда существует электрическое поле

В. Нет, поскольку вокруг каждого электрического заряда не существует электрическое поле

Г. Да, поскольку вокруг каждого электрического заряда не существует электрическое поле

4. Как называется единица измерения напряжения?

А. Джоуль Б. Кулон В. Ампер Г. Вольт Д. Ом

5. Какой формулой выражается закон Джоуля Ленца?

А . A=IUt Б . P=UI В . I=U/R Г . Q=I²Rt Д .U=A/q

6. По какой формуле вычисляется мощность электрического тока?

А . A=IUt Б . P=UI В . I=U/R Г . I=q/t Д .U=A/q

7. 1 На рисунке в электрическую цепь

включены четыре электрические лампы.

4 Какие из них включены последовательно?

2 А. Только лампы 2 и 3

Б. Только лампы 1 и 4

В. Лампы 1, 2 и 3

3 Г. Все четыре лампы

8. Какое количество теплоты выделяется в проводнике сопротивлением 100 Ом за 20с при напряжении на участке цепи 2 В?

9. Определите силу тока, проходящего через реостат, изготовленный из никелиновой проволоки длиной 50м и площадью поперечного сечения 1 мм², если напряжение на зажимах реостата равно 45 В. Удельное сопротивление никелина 0,4 (Ом· мм²) / м.

10. В цепь включены параллельно два проводника. Сопротивление одного равно 150 Ом, другого — 30 Ом. В каком проводнике сила тока больше; во сколько раз, если проводники включены под напряжение 220 В?

  • Мякишева Валентина ВасильевнаНаписать 3766 23.02.2016

Номер материала: ДВ-476097

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения авторов.

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако редакция сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Закон сохранения электрического заряда — формулы, определение

Электрический заряд

Электрический заряд

— это физическая величина, которая определяет способность тел создавать электромагнитное поле и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.

Мы состоим из клеток, клетки состоят из молекул, молекулы в свою очередь состоят из атомов, а атомы — из ядра и электронов. Ядро состоит из протонов и нейтронов.

Протон — это частица, которая заряжена положительно, нейтрон — нейтрально, а электрон — отрицательно. Электроны вращаются по орбитам, которые во много раз больше, чем размер электрона.

Размер электрона с размером орбиты можно сравнить так: представьте футбольный мяч и футбольное поле. Во сколько раз поле больше мяча, во столько же раз орбита больше, чем электрон.

Как мы уже выяснили, электрические заряды бывают положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются:

А вот измерять Электрический заряд мы будем в Кулонах [Кл]. Нет, не тех, что болтаются на цепочке. Шарль Кулон — это физик, который изучал электромагнитные явления.

Электризация

Чтобы разобраться с тем, как тело приобретает электрический заряд и сохраняет его, нам для начала нужно поближе познакомиться с протоном и электроном. Протон — ленивый и неповоротливый — он точно не будет никуда перемещаться, если мы не переместим атом целиком.

А вот электрон — парень подвижный, и ему перебежать с одного атома на другой — ничего не стоит.

Мы поговорим о двух типах электризации: электризация соприкосновением и электризация трением.

  • Электризация соприкосновением — это процесс, при котором мы берем два проводящих тела: отрицательно заряженное и нейтральное.

Свободные электроны переходят с незаряженного тела на нейтральное. А если мы возьмем положительно заряженное тело вместо отрицательного, то свободные электроны перейдут с нейтрального тела, чтобы уравновесить заряды.

  • Электризации трением — это когда мы берем два незаряженных тела и трем их друг о друга.

Электроны переходят от одного тела к другому и в отличии от электризации соприкосновением заряжаются противоположными по знаку и равными по модулю зарядами.

То есть при соприкосновении заряд раздают одного знака и поровну. Как если бы ты поделился с другом конфетами, которых у тебя с избытком.

При трении наоборот — заряды у тел будут разных знаков, но также в одинаковом количестве. Например, у вас есть равное количество денег в рублях и долларах, и у меня аналогичная ситуация с той же суммой. Вы решили лететь в США, а мне как раз доллары не нужны. Чтобы не ходить в банк, мы можем просто поменяться. Тогда у вас будут только доллары, а у меня — только рубли. Главное, договориться про курс 🙂

Давайте решим пару задач по этой теме.

Задачка один

Из какого материала может быть сделан стержень, соединяющий электрометры, изображённые на рисунке?

А. Стекло

Б. Эбонит

Решение:

Он может быть сделан либо из проводника, либо из диэлектрика. Проводник пропускает через себя заряды, а диэлектрик — нет. Если мы посмотрим на показания электрометров, то увидим, что они отличаются.

Как мы помним, при соприкосновении заряды уравниваются по величине (один электрометр делится конфетами с другим). В данном случае никто ни с кем не делился, это значит, что стержень не пропускает — он диэлектрик. И стекло, и эбонит являются диэлектриками. Значит подходят оба варианта!

Ответ: стержень может быть сделан как из стекла, так и из эбонита.

Задачка два

В процессе трения о шёлк стеклянная линейка приобрела положительный заряд. Как при этом изменилось количество заряженных частиц на линейке и шёлке при условии, что обмен при трении не происходил?

А) количество протонов на стеклянной линейке

Б) количество электронов на шёлке

Решение:

Вспомните, как мы охарактеризовали протон: он ленивый и неподвижный! Значит количество протонов ни на стеклянной линейке, ни на шелке измениться просто не может. Мы же не отламываем кусок линейки вместе с атомами, из которых она состоит. А вот электроны охотно перемещаются. Нам известно, что линейка приобрела положительный заряд. Получается, электроны сбежали от нее к шелку. Следовательно, количество электронов на шелке увеличилось.

Ответ: количество протонов на стеклянной линейке не изменилось, а количество электронов на шелке увеличилось.

Классический курс физики для 10 класса поможет разобраться в законе сохранения заряда и других непростых темах.

Электростатическая индукция

Кажется, с электризацией разобрались. Теперь разберемся, что произойдет, если мы поднесем одно тело к другому, но не вплотную. Произойдет такое явление, как электростатическая индукция — явление перераспределения зарядов в нейтрально заряженных телах.

Давай разбираться на примере задачи:

На нити подвешен незаряженный металлический шарик. К нему снизу поднесли положительно заряженную палочку. Как изменится при этом сила натяжения нити?

Решение:

Здесь важно подчеркнуть, что незаряженный — значит заряжен нейтрально. То есть в теле равное количество положительных и отрицательных зарядов.

Электроны металлического шарика будут перемещаться вниз и притягиваться к поднесенной положительной палочке. В результате шарик притягивается к палочке, следовательно, сила натяжения нити увеличивается.

Ответ: сила натяжения нити увеличивается

Поляризация диэлектрика

Давайте возьмем два, на первый взгляд, одинаковых задания из ЕГЭ.

Задание 1

Если к незаряженному металлическому шару поднести, не касаясь, точечный положительный заряд, то на стороне шара, ближайшей к заряду, появится отрицательный заряд. Как называется это явление?

Мы только что это разобрали: это электростатическая индукция.

Задание 2

Если к незаряженному диэлектрическому шару поднести, не касаясь, точечный положительный заряд, то на стороне шара, ближайшей к заряду, появится отрицательный заряд. Как называется это явление?

Кажется, что очень похоже на электростатическую индукцию, но это явление будет называться поляризация. В чем разница:

В первом случае — это проводник, а во втором — диэлектрик. Если не вдаваться в подробности, то поляризация диэлектрика — процесс, очень похожий по природе своей на электростатическую индукцию, только происходит в непроводящих материалах.

Закон сохранения электрического заряда

И последнее, о чем мы сегодня поговорим — этот закон сохранения заряда

Звучит он так:

Алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется.

Закон сохранения заряда

q1 + q2 + q3 + … + qn = const

q1, q2, q3, …, qn — заряды электрически замкнутой системы [Кл]

Задачка раз

У нас есть два металлических шарика. Один имеет положительный заряд 2q, а другой — отрицательный −3q. Шарики соприкасаются, после чего их разъединяют. Каков конечный заряд каждого шарика?

Решение:

Для решения этой задачи нам нужно найти алгебраическую сумму зарядов.

2q − 3q = −1q.

Это суммарный заряд шариков и до, и после и во время взаимодействия.

Так как суммарный заряд сохраняется, но шарики соприкоснулись, суммарный заряд разделится между всеми шариками поровну. То есть нам нужно суммарный заряд просто поделить на количество шариков — на 2.

−1/2 = −0,5q.

И это ответ к нашей задаче.

Ответ: конечный заряд каждого шарика будет равен −0,5 Кл.

Задачка два

Металлическая пластина, имевшая положительный заряд, по модулю равный 10е, при освещении потеряла шесть электронов. Каким стал заряд пластины?

Решение:

У положительно заряженной пластины 10e забрали 6 электронов. Заряд одного электрона равен −е. Спасемся математикой и посчитаем:

q = q₀ − 6(−e) = 10e + 6e = 16e

Красный знак «минус» образуется из-за того, что мы «отнимаем» электроны, а зеленый — из-за того, что электрон отрицательный. «Минус на минус» дает плюс, поэтому мы получаем 10e + 6e = 16е.

Ответ: 16е

Задачка три

Имеются два одинаковых проводящих шарика. Одному из них сообщили электрический заряд +8q, другому −4q. Затем шарики привели в соприкосновение и развели на прежнее расстояние. Какими стали заряды у шариков после соприкосновения?

Решение:

По закону сохранения заряда сумма зарядов в замкнутой системе остается постоянной.

+8q − 4q = + 4q

Два шарика привели в соприкосновение и развели, значит их суммарный заряд разделится между шариками поровну.

+4q/2 = +2q

Ответ: заряд каждого шарика равен 2q.

Закон Кулона и связь с гравитацией

Мы уже упоминали Шарля Кулона. В честь него названа единица измерения заряда — Кулон. Он придумал закон о взаимодействии зарядов.

Закон Кулона

k — коэффициент пропорциональности

(Н · м2)/Кл2

(Н · м2)/Кл2 — электрическая постоянная

— диэлектрическая проницаемость среды — показывает во сколько раз сила электростатического взаимодействия в вакууме больше силы в среде (в вакууме равна 1)

q1 — заряд первого тела [Кл]

q2 — заряд второго тела [Кл]

r — расстояние между телами [м]

F — сила электростатического взаимодействия (кулоновская) [Н]

Мы уже знаем, что заряды бывают положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные — притягиваются. Это значит, что сила направлена туда же, куда заряд будет стремиться двигаться.

Например, у положительного заряда сила будет направлена в сторону отрицательного, если он есть где-то поблизости, и от положительного, так как одноименные заряды отталкиваются.

Согласно третьему закону Ньютона, силы одной природы возникают попарно, равны по величине, противоположны по направлению. Если взаимодействуют два неодинаковых заряда, сила, с которой больший заряд действует на меньший (В на А) равна силе, с которой меньший действует на больший (А на В).

Интересно, что у различных законов физики есть некоторые общие черты. Вспомним закон тяготения. Сила гравитации также обратно пропорциональны квадрату расстояния, но уже между массами. И невольно возникает мысль, что в этой закономерности таится глубокий смысл. До сих пор никому не удалось представить тяготение и электричество, как два разных проявления одной и той же сущности.

Сила и тут изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния, но разница в величине электрических сил и сил тяготения поразительна. Пытаясь установить общую природу тяготения и электричества, мы обнаруживаем такое превосходство электрических сил над силами тяготения, что трудно поверить, будто у тех и у других один и тот же источник. Нельзя говорить, что одно действует сильнее другого, ведь все зависит от того, какова масса и каков заряд.

Рассуждая о том, насколько сильно действует тяготение, мы не вправе говорить: «Возьмем массу такой-то величины», потому что мы выбираем ее сами. Но если мы возьмем то, что предлагает нам сама Природа: ее собственные числа и меры, которые не имеют ничего общего с нашими дюймами, годами — с любыми нашими мерами, вот тогда мы можем сравнивать.

Мы возьмем элементарную заряженную частицу, например, электрон. Две элементарные частицы, два электрона, за счет электрического заряда отталкивают друг друга с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними, а за счет гравитации притягиваются друг к другу опять-таки с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния.

Закон всемирного тяготения

F — сила тяготения [Н]

M — масса первого тела (часто планеты) [кг]

m — масса второго тела [кг]

R — расстояние между телами [м]

G — гравитационная постоянная

G = 6,67 · 10−11м3 · кг−1 · с−2

Тяготение относится к электрическому отталкиванию, как единица к числу с 42 нулями. Да, это огромное число! Исследователи перебирали все большие числа, чтобы понять — откуда это взялось. Одно из таких больших чисел — это отношение диаметра Вселенной к диаметру протона — как ни удивительно, это тоже число с 42 нулями. Нормально так перебрали.

Если вы смотрели Рика и Морти, то знаете о теории параллельных вселенных и о том, что эти вселенные расширяются. Из-за расширения вселенной постоянная сила тяготения меняется. Хотя эта гипотеза еще не опровергнута, у нас нет никаких свидетельств в ее пользу. Наоборот, некоторые данные говорят о том, что постоянная сила тяготения не менялась таким образом. Это громадное число по сей день остается загадкой.

От расширяющихся вселенных и мультиков перейдем к чему-то более приземленному — к задачам.

Задачка раз

Расстояние между двумя точечными электрическими зарядами уменьшили в 3 раза, каждый из зарядов увеличили в 3 раза. Во сколько раз увеличился модуль сил электростатического взаимодействия между ними?

Решение:

Возьмем закон Кулона.

Если расстояние уменьшилось в 3 раза, то знаменатель уменьшился в 9 раз. Каждый из зарядов увеличился в три раза, значит числитель увеличился в 9 раз. Уменьшаем знаменатель в 9 раз, тем самым увеличивая всю дробь в 9 раз, увеличиваем числитель в 9 раз, получаем, что вся дробь увеличилась в 81 раз. И это ответ.

Ответ: модуль сил электростатического взаимодействия увеличится в 81 раз.

Задачка два (последняя!)

Два одинаковых маленьких отрицательно заряженных металлических шарика находятся в вакууме на достаточно большом расстоянии друг от друга. Модуль силы их кулоновского взаимодействия равен F1. Модули зарядов шариков отличаются в 5 раз.

Если эти шарики привести в соприкосновение, а затем расположить на прежнем расстоянии друг от друга, то модуль силы их кулоновского взаимодействия станет равным F2. Определите отношение F2 к F1.

Решение:

Для начала найдем заряд шариков после соприкосновения.

По закону Кулона найдем силу F1:

Теперь по закону Кулона найдем силу F2:

И находим отношение сил

Ответ: отношение сил равно 1,8.

1.1 Протоны. Нейтроны. Электроны. Изотопы — ЗФТШ, МФТИ

Из курса химии средней школы вы знаете, что атом состоит из ядра и электронной оболочки. Ядро состоит из нуклонов — протонов и нейтронов, электронная оболочка — из электронов. Эти частицы называются элементарными.

В целом атом электронейтрален, так как заряды ядра и электронной оболочки компенсируют друг друга: число протонов в ядре равно числу электронов в электронной оболочке.

Таблица 1. Основные характеристики элементарных частиц

Частица

Символ

Масса

Заряд*

кг

а. е. м.

Электрон

`e^-`

`9,109*10^(-31)`

`1//1837`

`–1`

Протон

`p^+`

`1,673*10^(-27)`

`1`

`+1`

Нейтрон

`n^0`

`1,675*10^(-27)`

`1`

`0`

*    Величина заряда электрона и протона равна `1,60*10^(-19)` Кл.{14}\mathrm{N}$$.

важнейшая характеристика атома, лежащая в основе его современного определения.

В Периодической системе Д.И. Менделеева порядковый номер элемента определяется именно зарядом ядра.

При обозначении элемента он ставится как левый нижний индекс.

Атомы с одинаковым зарядом ядра могут иметь разное количество нейтронов, то есть разные массы. Разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковый заряд ядра, но разные массы, называют изотопами.

Изотопы одного и того же элемента имеют одинаковые химические свойства, так как масса атома не играет существенной роли непосредственно в формировании этих свойств.

Из чего состоят атомы / «Естествознание»

 
04

Количество протонов в атоме всегда равно количеству электронов: суммарный заряд ядра компенсируется суммарным зарядом электронной оболочки, поэтому в целом атомы электронейтральны, т. е. не имеют электрического заряда, как и любые образуемые ими молекулы.

05 В химических превращениях в незначительной степени участвуют только электронные оболочки: атомы могут обмениваться друг с другом несколькими электронами, объединять их, предоставлять друг другу во временное пользование и т. п. При этом остальные электроны, а также ядра — наиболее важная часть атомов — остаются нетронутыми. Таким образом, атому можно дать два взаимодополняющих определения:
06

Количество протонов, определяющее величину заряда ядра, и есть основной признак, определяющий принадлежность атома к тому или иному элементу. Другими словами, химический элемент — это совокупность атомов, обладающих одним и тем же зарядом ядра. Заряд ядра совпадает с номером элемента в периодической системе Д. И. Менделеева (рис. 2).

07

Рис. 2

Алюминий содержит 13 протонов, поэтому его ядро имеет заряд, равный 13

   
08

Как мы уже знаем, атомы одного элемента отличаются друг от друга массой. За массу атома отвечают в основном нуклоны — любой из них тяжелее электрона более чем в 1 800 раз; фактически, вся масса атома сосредоточена в ядре. Поэтому разные атомы одного элемента должны содержать разное количество нейтронов: это и объясняет их различие в массах. Атомы одного элемента, обладающие разным количеством нейтронов, называются изотопами. Например, элемент литий имеет два изотопа: с тремя и четырьмя нейтронами (рис. 3).

СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ

Еталлы, как и все окружающие нас тела, состоят из отдельных невидимых даже в самый сильный микро­скоп частиц, называемых атомами. Но атомы в свою очередь построены из ещё более мелких частиц: протонов, электронов и нейтронов. Протоны и электроны имеют электрические заряды: протон — положительный заряд, а электрон — отрицательный, нейтрон же не имеет никакого электрического заряда.

Если два протона «находятся близко, они отталкива­ются друг от друга, так как они заряжены одноимённым электричеством. Так же ведут себя и два электрона. На­против, протон и электрон притягиваются друг к другу, причём силы взаимного притяжения протона и электрона равны между собой, т. е. протон обладает элементарным электрическим зарядом, равным заряду электрона.

Атом в нормальном состоянии, т. е. когда он содержит одинаковое количество протонов и электронов, не обла­дает электрическим зарядом. Но бывают такие состояния атома, когда он приобретает или теряет электроны. Тогда атом становится электрически заряженным. При избытке электронов атом заряжен отрицательным электричеством, а при нехватке электронов он заряжен положительным электричеством. Вот такие атомы, в которых имеется из­быток или недостаток электронов, называются ионами.

Как же располагаются элементарные частицы в атоме?

В настоящее время считают, что атом построен следую­щим образом. Протоны и нейтроны составляют ядро, на­ходящееся в центре атома. Вокруг ядра обращаются электроны, которые образуют электронную обо­лочку атома. В каждом атоме количество электронов равно количеству протонов.

Электроны в электронной оболочке расположены слоями. В каждом слое может поместиться лишь опреде* лённое количество электронов. Первый слой, окружающий непосредственно ядро, может вместить лишь два элект­рона, второй слой — 8, третий — от 8 до 18 электронов. Каждый новый слой электронов при переходе от одного атома к другому образуется обычно после заполнения близлежащего к ядру внутреннего слоя.

Например, ядро атома натрия, как установлено, имеет 11 протонов, а его 11 электронов распределены в трёх оболочках: в первой — 2, во второй — 8 и в третьей —

1 электрон.рые расположены в пяти оболочках: в первой — 2, во второй — 8, в третьей—18, в четвёртой — 8, в пятой — 1 электрон. Ещё более слож­ное строение имеет атом урана. Его ядро содержит 92 про­тона, а в электронной оболочке имеется 92 электрона.

Протон и нейтрон почти одинаковы по весу, а электрон почти в 1840 раз легче протона. Значит, основная масса атома содержится в его ядре. Чем большее количество нейтронов и протонов содержится в ядре, тем больший вес имеет атом.

Вес атома, например, в граммах выражать очень не­удобно: потребовалось бы писать десятки нулей после за­пятой. Поэтому ввели понятие об относительном весе ато­мов, об атомном весе. Вначале за единицу был при­нят атомный вес водорода; с ним сравнивали атомные веса всех других элементов.

Стройную систему химических элементов создал вели­кий русский химик Д. И. Менделеев в 1869 году, на основе открытого им периодического закона.

Сущность закона Менделеева состоит в том, что все химические элементы, расположенные один за другим в порядке возрастания атомных весов, образуют ряд, в ко­тором химические свойства элементов через определённое количество элементов периодически повторяются.

Д. И. Менделеев расположил химические элементы в своей таблице так, что элементы, помещённые в одних и тех же вертикальных столбцах, обладают сходными хими­ческими свойствами. Зная место элемента в таблице, мож­но определить большинство химических свойств элемента и его соединений. Каждый химический элемент в таблице Менделеева имеет порядковый номер. Его теперь называют числом Менделеева. Этот номер указывает число протонов в ядре. В одни и те же вертикаль­ные столбцы таблицы попадают атомы с одинаковым числом электронов во внешней оболочке.

В зависимости от числа электронов во внешней оболоч­ке меняются химические и физические свойства элемента.

Атомы одного и того же элемента, отличающиеся друг от друга лишь числом нейтронов в ядре, называются изо­топами. «Изотоп» — греческое слово. Оно обозначает «занимающий одно и то же место». Изотопы каждого эле­мента располагаются в одной и той же клетке таблицы Менделеева, поскольку заряд ядра (количество прогонов) у изотопов одного и того же элемента одинаков. Металлы в отличие от жидких и газообразных тел в обычных усло­виях являются кристаллическими телами. Кристалл — это правильная фигура, ограниченная пло­скими поверхностями.

Внутреннее строение кристаллов в настоящее время изучено довольно хорошо с помощью рентгеновских лу­чей. Освещая ими кристаллы, получают рентгенограмму, т. е. картину на фотопластинке, по которой определяют расположение атомов в кристаллической решётке и рас­стояния между ними. Рентгенограммы показали, что ионы металлов «укладываются» в кристалле примерно так же, как располагаются в ящике твёрдые шары.

Атомы разных металлов образуют неодинаковые кри­сталлические решётки. Чаще всего встречаются три типа решёток.

Первый тип — кубическая объёмноцентрированная ре­шётка (рис. 1). Атомы металла в такой решётке нахо­дятся в вершинах и центре куба. Каждый атом окружён

Рис. 1. Кубическая объёмноцентрированная кристаллическая решётка

Металла.

Восемью атомами. Такую решётку имеют металлы вана­дий, вольфрам, молибден, литий, хром и другие.

Второй тип решётки — кубическая гранецентрирован — иая (рис. 2). Атомы металла в ней расположены по вер­шинам граней куба. Такой решёткой обладают, напри­мер, алюминий, свинец, золото, серебро, никель, торий.

Третий тип — гексагональная (шестиугольная) плотно упакованная решётка (рис. 3). Она встречается у цинка, магния, кадмия, бериллия.

На рис. 1—3 атомы условно изображены в виде ша­риков. В зависимости от типа решётки атомы занимают в ней больше или меньше места. Например, в кубической объёмноцентрированной решётке атомы занимают 68% пространства, а в кубической гранецентрированной—74%.

Расположение атомов в кристаллической решётке ока­зывает большое влияние на свойства металла.

У некоторых металлов кристаллическая решётка может перестраиваться из одного типа в другой. Например, чис­тое железо при температурах ниже 910° имеет кубическую
объёмноцентрированную решётку, а выше 910° решётка становится гранецентрированной. Свойством изменять кри­сталлическую решётку обладают и такие металлы, как олово, уран, титан, таллий, цирконий, лантан, церий.

Рис. 2. Кубическая гранецентрированная решётка металла.

Свойство веществ образовывать решётки разной фор­мы называют аллотропией; в переводе с греческого

Рис. 3. Гексагональная (шестиугольная) плотно упакованная решётка.

Языка это слово означает «другой поворот», «другое свой­ство». Общеизвестна аллотропия у кристаллического углерода. Он может находиться в виде графита и в виде алмаза. Графит и алмаз построены из атомов углерода; отличие их только в строении кристаллической решётки. А какая огромная разница в свойствах! Графит — мягкий,

Непрозрачный минерал чёрного цвега, алмаз, напротив, прозрачен, бесцветен и твёрд.

Атомы в кристаллической решётке металлов располо­жены столь близко друг к другу, что их внешние элект­роны имеют возможность двигаться не только вокруг одного атома, а вокруг многих атомов. Следовательно, внешние электроны, распределяющиеся в металле равно­мерно, свободно перемещаются по всему куску металла, образуя своеобразный электронный газ.

Таким образом, любой металл представляет собой решётку из правильно располо­женных положительных ионов, заполнен­ную электронным газом. Высокая прочность ме­таллов и объясняется наличием электронного газа, кото­рый обволакивает все ионы, превращая металлический кристалл как бы в одно целое.

Ионы, находящиеся в определённых местах (узлах) кри­сталлической решётки, могут совершать, однако, движе­ние — колебание. В ненагретом металле колебания ионов замедлены, в нагретом — ионы испытывают сильное коле­бание. Чем выше температура, тем сильнее раскачи­ваются ионы. Наконец, наступает момент, когда силы взаимодействия уже не могут удержать ионы в узлах кристаллической решетки и она разрушается; металл из твёрдого состояния переходит в жидкое. Это и есть тем­пература плавления.

Если два расплавленных металла тщательно переме­шать, то после затвердевания получится сплав этих ме­таллов. Сплавы получаются и при сплавлении металла с неметаллом, например железа с углеродом, алюминия с кремнием и т. д. Свойства полученного сплава зависят не только от того, какие элементы входят в сплав, но и от внутреннего строения, или, как говорят, структуры сплава. Сплав является тоже кристаллическим телом.

Строение сплавов может быть различно. Составные части сплава могут образовать либо механическую смесь, либо твёрдый раствор, либо химиче­ское соединение. Но есть сплавы, в которых име­ются одновременно и механические смеси, и твёрдые рас­творы, и химические соединения.

Механическая смесь получается в том случае, когда составные части не взаимодействуют химически, а нахо­дятся в сплаве в виде самостоятельных мелких кристал­

Ликов.—ф —

0) Атом тда

Т Атом ткеля

Рис. 4. Кристаллическая решётка твёрдого раствора замещения.

Оказывается, что подобные однородные системы переменного состава образуются и в твёрдых телах. Их называют твёрдыми растворами. В них атомы растворённого вещества и раство­рителя «рассеяны», перемешаны между собой. В кристаллической решётке вещества, являющегося растворителем, некоторые его атомы замещаются атомами растворённого вещества (рис. 4). Такие растворы называются твёр­дыми растворами замеще­ния. Их образуют при сплавле­нии, например, металлы медь и никель, железо и хром, зо­лото и медь, серебро и золото, медь и платина и др.

Замещение одних атомов другими в кристаллической решётке происходит в том случае, если атомы растворяе­мого металла близки по своим размерам атомам раство* рителя. Если разница в размерах атомов превышает 15%, твёрдый раствор замещения образоваться не может.

При очень большой разнице в размерах атомов обра­зуются твёрдые растворы внедрения. Они чаще всего получаются тогда, когда металл растворяет в себе неметаллические элементы, атомы которых значительно меньше атомов металла. Самым распространённым спла­вом, построенным по типу твёрдых растворов внедрения, является сплав железа с углеродом; этот сплав назы­вается сталью. При образовании твёрдого раствора внедрения атомы внедряющегося элемента располагаются
в промежутках кристаллической решётки между атомами растворителя. Кристаллическая решётка твёрдого рас­твора внедрения показана на рис. 5.

А много ли можно растворить одного металла в дру­гом? Неограниченная растворимость присуща далеко не всем металлам. В меди, например, может раствориться сколько угодно никеля, точно так же и в никеле можно растворить любое количество меди. Растворителем счи­тают тот металл, которого больше в сплаве по весу.

О йтом дзота

Рис. 5. Кристаллическая решётка твёрдого раствора внедрения.

Многие металлы обладают ограниченной раст­воримостью. Например, в алюминии можно раство­рить не более 5,5% меди по весу. При большем количе­стве медь находится в спла­ве в виде отдельных нераст — ворённых частиц. Чем выше температура твёрдого раст­вора, тем больше меди мож­но растворить в алюминии (но не более 5,5%).При ох­лаждении этого сплава медь выделяется в виде мельчай­ших, очень твёрдых и хруп­ких частиц.

Какова природа этих ча­стиц? Оказывается — это не чистая медь, а её х и м и ч е — ское соединение с алюминием. Избыток меди в сплаве взаимодействует с алюминием химически. Кристаллики любого химического соединения в сплаве имеют вполне определённый состав. Так, например, при образовании химических соединений: железа с углеродом, называемого карбидом железа, три атома железа химически связаны с одним атомом углерода; алюминия с медью—два атома алюминия сое­динены с одним атомом меди. Для образования карбидов вольфрама или ванадия нужно, чтобы соотношение ато­мов этих металлов и атомов углерода было равно 1 : 1, а в карбиде хрома 23 атома хрома взаимодействуют с ше­стью атомами углерода.

Кристаллические решётки химических соединений очень сложны. При сильном разогревании сплава кри­сталлы химических соединений могут растворяться в твёр-

Дом растворе сплава, а при снижении температуры нагре­вания образовываться вновь.

Сплавы, применяемые в технике, имеют сложный хи­мический состав. Высокопрочные стали, например, имеют в своем составе до десятка различных химических эле­ментов. Чем сложнее состав и строение сплава, тем раз­нообразнее его свойства.

Редкие металлы, вводимые в состав сталей и сплавов, улучшают их качество, коренным образом изменяют пер­воначальные свойства сплавов, так как они часто обра­зуют кристаллы химических соединений, упрочняющих твёрдый раствор.

Металлурги пользуются редкими металлами для того, чтобы выплавленные стали и сплавы были более прочны, более твёрды, обладали нужной пластичностью, упруго­стью, жароупорностью, химической’ стойкостью и т. д. О том, какие это свойства и как они изменяются при до­бавке редких металлов, будет рассказано ниже.

С Реди редких металлов имеются такие, которые обла­дают особым физическим свойством — радиоактивно­стью. К ним относится радий, торий, уран. Изучение их на­чалось с конца XIX века. В 1898 году молодой …

М Ного лет назад, исследуя золу, получающуюся при сжигании каменного угля, химики обнаружили в её составе 46 химических элементов. В их числе было немало редких и рассеянных элементов. Исследование морских …

В прежние времена, когда наука и техника были на низ­ком уровне развития, природа для человека была единственным источником, откуда он брал в готовом виде всё, что ему нужно было для …

Положительный заряд — протон — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Положительный заряд — протон

Cтраница 1

Положительный заряд протона равен по абсолютному значению элементарному заряду.  [1]

Поскольку положительный заряд протона и Отрицательный заряд электрона совпадают по абсолютному значению и равны элементарному заряду, в нейтральном атоме число электронов в оболочке всегда равно числу про тонов в ядре. Таким образом, известный заряд ядра Определяет число электронов в оболочке нейтрального атома. Химические евойства элементов в основном зависят от чиела электронов, содержащихся в наиболее удаленной От ядра оболочке, следовательно, общий заряд ядра атома является важнейшим признаком индивидуальности химических элементов.  [2]

Это объясняется тем, что положительные заряды протонов уравновешиваются отрицательными зарядами электронов.  [3]

Превращению протона в нейтрон должно, очевидно, сопутствовать появление частицы, которая приобретет положительный заряд протона. Такая частица называется позитроном. Само собой разумеется, что электрон ( негатрон) и позитрон имеют одинаковую массу.  [4]

Совершенно очевидно, что сила притяжения между уклонами — должна быть очень большой на малых расстояниях, превосходящей отталкивание, обусловленное положительными зарядами протонов, тогда как на больших расстояниях такие силы должны быть слабее электростатического отталкивания.  [5]

Речь идет о заряде не как динамической величине, а как о величине маркировочной ( может быть, лучше было бы говорить электрическое число), представляет собой число единиц электрического заряда ( в единицах положительного заряда протона), присущего частице.  [6]

Речь идет о заряде не как динамической величине, а как о величине маркировочной ( может быть, лучше было бы говорить электрическое число), представляет собой число единиц электрического заряда ( в единицах положительного заряда протона), присущего частице.  [7]

Атомы с нарушенным равновесием называются ионами. В случае, когда преобладает положительный заряд протона, ионы положительны; когда же преобладают отрицательные заряды электронов, отрицательны. Процесс образования ионов называют ионизацией.  [8]

Электроны так же, как и протоны, являются заряженными частицами. Но заряд электрона противоположен заряду протона — он несет наименьший отрицательный заряд, равный по величине положительному заряду протона.  [9]

Электроны так же, как и протоны, являются заряженными частицами. Но заряд электрона противоположен заряду протона — он несет наименьший отрицательный заряд, равный по величине положительному заряду протона.  [10]

Один грамм массы содержит 6 02 1023 атомных единиц массы. Протон и электрон обладают электрическим зарядом. Положительный заряд протона равен 1 6 10 — 19 кулона.  [11]

На рис. 23 — 4 указаны все известные изотопы элементов периодической системы: устойчивые изотопы представлены цветными точками графика, а радиоактивные изотопы-черными точками. Обращает на себя внимание тот факт, что в ядрах устойчивых изотопов, после Н и Не, число протонов никогда не превышает числа нейтронов и что большинство устойчивых изотопов обладает избытком нейтронов по сравнению с протонами. Нейтроны как бы разбавляют положительные заряды протонов и способствуют устойчивости ядра, противодействуя отталкиванию между зарядами протонов.  [12]

Атомы азота и кислорода в исходных гидридах имеют свободные электронные пары, которые и образуют координационную связь с протоном. Вновь образовавшаяся связь ковалентна и равноценна остальным. При образовании комплексного гидрид-катиона положительный заряд протона принадлежит всему иону в целом.  [13]

Основной процесс радиоактивного распада видится наиболее просто, когда нейтрон находится в одиночестве, за пределами атома. В течение нескольких минут нейтрон распадается, выбросив электрон и преобразуясь в протон. Электрический заряд при этом сохраняется, потому что положительный заряд протона и отрицательный заряд электрона взаимоуничтожаются.  [14]

Основной процесс радиоактивного распада видится наиболее просто, когда нейтрон находится в одиночестве, за пределами атома. В течение нескольких минут нейтрон распадается, выбросив электрон и преобразуясь в протон. Электрический заряд при этом сохраняется, потому что положительный заряд протона и отрицательный заряд электрона взаимоуни-чтожаются.  [15]

Страницы:      1    2

Урок по теме «Строение атома» по курсу «Основы физики и химии» в 5-м классе

Цели урока:

  • закрепление понятий «тело» и «вещество», «молекулы» и «атомы»;
  • формирование понятия о строении атома;
  • формирование понятия о частицах, входящих в состав атома;
  • формирование умений применять полученные знания к решению задач, умений отличать атомы от ионов, закрепление полученных знаний;
  • развитие мышления и интеллекта учащихся, воспитание интереса к предмету.

Оборудование:

  • несколько тел, изготовленных из разных веществ, плакат «Строение атома»,
  • диск «Естествознание — 5»,
  • автоматизированное рабочее место учителя.

План урока:

  1. Организационный момент.
  2. Актуализация знаний.
  3. Изучение темы.
  4. Закрепление.
  5. Домашнее задание.
  6. Итоги урока.

Ход урока

Актуализация знаний.

Повторим, что мы узнали на предыдущих уроках:

  • Что изучает физика?
  • Что такое тело?
  • Что такое вещество?
  • Назовите вещества, из которых сделаны представленные тела (перед детьми стоят тела, изготовленные из разных веществ)?
  • Из чего состоит вещество?
  • Из чего состоят молекулы?

Изучение темы.

Вам уже известно, что все молекулы состоят из атомов. Почему же тогда мы не видим эти атомы? Да, действительно, атомы настолько малы, что ни один микроскоп не позволяет увидеть, как они устроены. И всё же ученым удалось узнать от строении атомов.

Самое важное открытие в исследовании строения атома сделал Эрнест Резерфорд. На основе опытов он установил, что атом состоит из ядра и движущихся вокруг него электронов. Для того, чтобы выяснить, как устроено ядро, мы посмотрим небольшой фильм, и вы перечислите все составные части ядра.

(Демонстрация фильма «Строение атома. Ионы» (часть 2) с диска «Естествознание — 5»)

Итак, обсудим:

1. Как устроено ядро (Оно состоит из протонов и нейтронов)?

Верно. Кроме того, протоны и электроны притягиваются друг к другу. Именно поэтому электроны, двигаясь вокруг ядра, не отрываются от него. Взаимодействие протонов и электронов называется электрическим, и говорят, что у этих частиц существуют электрические заряды.

2. Как заряжены все перечисленные частицы (протон — положительно, электрон — отрицательно, нейтрон — не имеет электрического заряда)?

Сделаем в тетради рисунок: (зарисовывается модель строения атома).

3. Как изменяется заряд и масса ядра с увеличением числа нейтронов и протонов (если увеличивается число нейтронов, то возрастает только масса ядра, а если растет число протонов, то возрастает и заряд, и масса ядра)?

4. Влияет ли число электронов на заряд и массу ядра (нет, так как электроны не входят в состав ядра)?

5. Какой заряд имеет ядро (положительный, так как в его состав входят положительно заряженные протоны)?

6. Какой заряд имеет атом (атом не заряжен: количество электронов, движущихся вокруг ядра, равно количеству протонов в ядре).

Изменение состава ядра происходит только в сложных ядерных реакциях. Вместе с тем существует множество физических и химических явлений, в процессе которых от атома отрываются электроны или, наоборот, к атому присоединяются дополнительные электроны. В результате этого образуются частицы называемые ионами.

Чтобы выяснить, как атомы превращаются в ионы, посмотрим фильм:

(Демонстрация фильма «Строение атома. Ионы» (часть 6) с диска «Естествознание — 5»)

7. Обладают ли ионы электрически зарядом (да)?

8. В каком случае образуется положительный ион (если атом теряет электроны, так как в этом случае число положительно заряженных частиц становится больше, чем число отрицательно заряженных частиц)?

9. В каком случае образуется отрицательный ион (если атом получает дополнительные электроны, так как в этом случае число отрицательно заряженных частиц становится больше, чем число положительно заряженных частиц)?

Верно, причем чем больше электронов потерял или приобрел атом, тем больше величина заряда иона. Составим в тетради схему:

А теперь попытаемся самостоятельно определить заряд иона, воспользовавшись электронной моделью:

(Работа с моделью «Строение атома. Ионы» (часть 6, часть 7) с диска «Естествознание — 5»)

Закрепление:

Итак, что вы узнали сегодня на уроке:

  1. Какие частицы входят в состав ядра атома?
  2. Назовите частицы, движущиеся вокруг ядра?
  3. Обладают ли электрическим зарядом протоны, нейтроны и электроны?
  4. В ядре частицы: 7 протонов и 7 нейтронов. Вокруг ядра движутся 6 электронов. Как называется такая частица?
  5. В ядре частицы: 8 протонов и 8 нейтронов. Вокруг ядра движутся 9 электронов. Как называется такая частица?

Домашнее задание:

Стр.29 — 31 (Гуревич А.Е., Физика и химия. 5 — 6 класс).

Итоги урока: обсуждение результатов урока, выставление оценок учащимся.

протонов, нейтронов и электронов | Глава 4: Периодическая таблица и связь

  • Покажите изображение острия карандаша и то, как атомы углерода выглядят на молекулярном уровне.

    Проецирование изображения Карандашное масштабирование.

    Учащиеся должны быть знакомы с частями атома из главы 3, но повторение основных моментов, вероятно, является хорошей идеей.

    Задайте учащимся вопросы, например, следующие:

    Из каких трех различных крошечных частиц состоит атом?
    Протоны, нейтроны и электроны.
    Что из этого находится в центре атома?
    Протоны и нейтроны находятся в центре (ядре) атома. Вы можете упомянуть, что водород — единственный атом, который обычно не имеет нейтронов. Ядро большинства атомов водорода состоит всего из 1 протона. Небольшой процент атомов водорода имеет 1 или даже 2 нейтрона. Атомы одного и того же элемента с разным числом нейтронов называются изотопами. Они будут обсуждаться в Уроке 2.
    Что вращается вокруг ядра атома?
    Электроны
    Какой из них имеет положительный заряд, отрицательный заряд и отсутствие заряда?
    Протон — положительный; электрон — отрицательный; нейтрон — без заряда.Заряды протона и электрона точно такого же размера, но противоположны. В нейтральном атоме одинаковое количество протонов и электронов точно компенсируют друг друга.

    Примечание. На рисунке показана простая модель атома углерода. Он иллюстрирует некоторую основную информацию, такую ​​как количество протонов и нейтронов в ядре. Это также показывает, что количество электронов равно количеству протонов. Эта модель также показывает, что некоторые электроны могут быть ближе к ядру, а другие дальше.Одна из проблем с этой моделью заключается в том, что она предполагает, что электроны вращаются вокруг ядра по идеальным кругам в одной плоскости, но это не так. Более широко принятая модель показывает электроны как более трехмерное «электронное облако», окружающее ядро. Учащиеся познакомятся с этими идеями более подробно на уроке 3. Но для большей части нашего изучения химии на уровне средней школы модель, показанная на иллюстрации, будет очень полезной. Кроме того, в большинстве случаев использования этой модели атома ядро ​​будет отображаться в виде точки в центре атома.

  • Покажите анимацию и объясните, что протоны и электроны имеют противоположные заряды и притягиваются друг к другу.

    Проецируйте анимацию «Протоны и электроны».

    Объясните учащимся, что два протона отталкиваются друг от друга и что два электрона отталкиваются друг от друга. Но протон и электрон притягиваются друг к другу. Другими словами, одинаковые или «подобные» заряды отталкиваются друг от друга, а противоположные заряды притягиваются друг к другу.

    Поскольку противоположные заряды притягиваются друг к другу, отрицательно заряженные электроны притягиваются к положительно заряженным протонам. Скажите учащимся, что именно это притяжение удерживает атом вместе.

    Спроектируйте анимацию «Атом водорода».

    Объясните учащимся, что в атоме водорода отрицательно заряженный электрон притягивается к положительно заряженному протону. Это притяжение и удерживает атом вместе.

    Скажите учащимся, что водород — простейший атом.В нем всего 1 протон, 1 электрон и 0 нейтронов. Это единственный атом, в котором нет нейтронов. Объясните, что это простая модель, показывающая движение электрона вокруг ядра.

    Нажмите на кнопку «Показать облако» и объясните учащимся, что это другая модель. Он показывает электрон в пространстве, окружающем ядро, которое называется электронным облаком или энергетическим уровнем. Невозможно знать местонахождение электрона, а только область, где он, скорее всего, находится.Электронное облако или энергетический уровень показывает область вокруг ядра, где, скорее всего, находится электрон.

    Примечание: любознательные студенты могут спросить, как положительно заряженные протоны могут находиться так близко друг к другу в ядре: почему они не отталкиваются друг от друга? Это большой вопрос. Ответ выходит далеко за рамки введения в химию для средней школы, но вы можете сказать одно: существует сила, называемая «сильной силой», которая удерживает вместе протоны и нейтроны в ядре атома.Эта сила намного сильнее силы отталкивания одного протона от другого.

    Еще один хороший вопрос: почему электрон не врезается в протон? Если их притягивает друг к другу, почему бы им просто не столкнуться? Опять же, подробный ответ на этот вопрос выходит за рамки изучения химии в средней школе. Но упрощенный ответ связан с энергией или скоростью электрона. По мере приближения электрона к ядру его энергия и скорость увеличиваются. В конце концов он движется в области, окружающей ядро, со скоростью, достаточной для того, чтобы уравновесить притяжение, притягивающее его, и поэтому электрон не врезается в ядро.

    Раздайте каждому учащемуся лист с заданиями.

    Предложите учащимся ответить на вопросы об иллюстрации на листе с заданиями. Учащиеся записывают свои наблюдения и отвечают на вопросы о деятельности в листе деятельности. Разделы «Объясните это с помощью атомов и молекул» и «Возьми это» Дальнейшие разделы рабочего листа будут выполняться в классе, в группах или индивидуально, в зависимости от ваших инструкций.

  • Выполните задание, чтобы показать, что электроны и протоны притягиваются друг к другу.

    Учащиеся могут увидеть доказательства зарядов протонов и электронов, выполняя задание со статическим электричеством.

    Примечание. Когда два материала трутся друг о друга в результате действия статического электричества, один материал имеет тенденцию терять электроны, а другой материал имеет тенденцию приобретать электроны. При этом человеческая кожа имеет тенденцию терять электроны, в то время как пластиковый пакет, сделанный из полиэтилена, имеет тенденцию приобретать электроны.

    Вопрос для расследования

    Что заставляет объекты притягиваться или отталкиваться друг от друга?

    Материалы для каждой группы

    • Пластиковый пакет для продуктов
    • Ножницы

    Процедура, часть 1

    1. Заряженный пластик и заряженная кожа
      1. Вырежьте 2 полоски из пластикового пакета для продуктов так, чтобы каждая была шириной около 2–4 см и длиной около 20 см.
      2. Крепко держите пластиковую полоску за один конец. Затем возьмитесь за пластиковую полоску между большим и указательным пальцами другой руки, как показано на рисунке.

      3. Быстро потяните верхнюю руку вверх так, чтобы пластиковая полоска прошла сквозь пальцы. Сделайте это три или четыре раза.
      4. Позвольте полоске свисать. Затем поднесите к нему другую руку.
      5. Напишите «притягивать» или «отталкивать» в таблице на рабочем листе, чтобы описать, что произошло.

    Ожидаемые результаты

    Пластик будет притягиваться к вашей руке и двигаться к ней. Студенты могут заметить, что пластик также притягивает их руки и рукава. Сообщите учащимся, что позже в этом уроке они будут исследовать, почему пластиковая полоска также притягивается к незаряженным (нейтральным) поверхностям.

    Примечание. Если учащиеся обнаруживают, что их пластиковая полоска не двигается к руке, значит, она недостаточно заряжена.Пусть они попробуют зарядить свою пластиковую полоску, удерживая ее на брюках или рубашке, а затем быстро потянув другой рукой. Затем они должны проверить, притягивается ли пластик к их одежде. Если нет, учащиеся должны снова попробовать зарядить пластик.

  • Покажите учащимся модели, сравнивающие количество протонов и электронов в пластике и коже до и после их трения друг о друга.

    Скажите учащимся, что пластиковая полоска и их кожа состоят из молекул, состоящих из атомов.Предложите учащимся предположить, что пластик и их кожа нейтральны — что у них такое же количество протонов, как и электронов.

    Проецировать изображение Заряженный пластик и рука.

    Укажите, что до того, как ученики протянули пластик между пальцами, количество протонов и электронов в каждом из них было одинаковым. Затем, когда студенты протягивали пластик сквозь пальцы, электроны с их кожи попадали на пластик. Поскольку в пластике больше электронов, чем протонов, он имеет отрицательный заряд.Поскольку их пальцы отдали часть электронов, их кожа теперь имеет больше протонов, чем электронов, поэтому она имеет положительный заряд. Положительная кожа и отрицательный пластик притягивают друг друга, потому что положительное и отрицательное притягиваются.

  • Предложите учащимся исследовать, что происходит, когда натертую пластиковую полоску держат рядом со столом или стулом.

    Процедура, часть 2

    1. Заряженный пластик и нейтральный стол
      1. Зарядите одну пластиковую полоску так же, как и раньше.
      2. На этот раз поднесите пластиковую полоску к столу или стулу.

      3. Напишите в таблице «притягивать» или «отталкивать».

    Ожидаемые результаты

    Пластик движется к столу.

    Объясните учащимся, почему пластик притягивается к столу. Ответ занимает пару шагов, поэтому вы можете помочь учащимся, нарисовав или спроецировав увеличенную иллюстрацию пластика и стола.

    После протягивания пластика между их пальцами пластик получает дополнительные электроны и отрицательный заряд. Стол имеет такое же количество протонов, как и электронов, и является нейтральным. Когда пластик приближается к столу, отрицательно заряженный пластик отталкивает электроны от поверхности стола. Это делает поверхность стола возле пластика слегка положительной. Отрицательно заряженный пластик притягивается к этой положительной области, поэтому пластик движется к ней.

  • Предложите учащимся зарядить два кусочка пластика и подержать их рядом друг с другом, чтобы проверить, отталкиваются ли электроны друг от друга.

    Попросите учащихся сделать прогноз:

    • Как вы думаете, что произойдет, если вы зарядите две полоски пластика и поднесете их друг к другу?

    Процедура, часть 3

    1. 2 шт. заряженного пластика
      1. Зарядите две пластиковые полоски
      2. Медленно поднесите две пластиковые полоски друг к другу.
      3. Напишите «притягивать» или «отталкивать» в таблице на рабочем листе.

    Ожидаемые результаты

    Полоски будут отдаляться или отталкиваться друг от друга. Поскольку на обеих полосках есть дополнительные электроны, каждая из них имеет дополнительный отрицательный заряд. Так как одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, полоски удаляются друг от друга.

    Спросите студентов:

    Что произошло, когда вы поднесли два куска пластика друг к другу?
    Концы полос отошли друг от друга.
    Используйте свои знания об электронах и зарядах, чтобы объяснить, почему это происходит.
    Каждая полоска имеет дополнительные электроны, поэтому обе они заряжены отрицательно. Поскольку заряды отталкиваются, кусочки пластика отталкиваются друг от друга.
  • Предложите учащимся применить свое понимание протонов и электронов, чтобы объяснить, что происходит, когда заряженный воздушный шар подносится к листу бумаги.

    Материалы для каждой группы

    • Надутый воздушный шар
    • Маленькие кусочки бумаги размером с конфетти

    Процедура

    • Потрите шарик о волосы или одежду.
    • Медленно поднесите шарик к маленьким кусочкам бумаги.

    Ожидаемые результаты

    Кусочки бумаги подпрыгнут и прилипнут к воздушному шару.

    Спросите студентов:

    Что вы наблюдали, когда подносили заряженный шар к бумажкам?
    Кусочки бумаги поднялись и застряли на воздушном шаре.
    Используйте свои знания об электронах, протонах и зарядах, чтобы объяснить, почему это происходит.
    Когда вы трёте шарик о волосы или одежду, он собирает дополнительные электроны, придавая шарику отрицательный заряд. Когда вы подносите воздушный шар к бумаге, электроны из воздушного шара отталкивают электроны в бумаге. Поскольку на поверхности бумаги находится больше протонов, это положительное изменение. Электроны все еще находятся на бумаге, просто не на поверхности, поэтому в целом бумага нейтральна.Противоположности притягиваются, поэтому бумага движется вверх к шарику.

    Покажите симуляцию «Воздушные шары и статическое электричество» из Университета Колорадо на сайте технологий физического образования в Боулдере.

    В симуляции поставить галочки «показывать все заряды» и «Стена». Снимите все остальное.

    В этой симуляции вы можете немного потереть воздушный шар о свитер и увидеть, что часть электронов из свитера переместится на воздушный шар.Это придает воздушному шару отрицательный заряд. Поскольку свитер потерял часть электронов, в нем больше протонов, чем электронов, поэтому он имеет положительный заряд. Если вы подвинете шарик к свитеру, он притянется. Это похоже на перемещение заряженной пластиковой полоски к ткани, о которую ее натирали.

    Вы также можете переместить воздушный шар к стене. Избыточный отрицательный заряд на воздушном шаре отталкивает отрицательный заряд на поверхности стены. Это оставляет больше положительного заряда на поверхности стены.Отрицательно заряженный шарик притягивается к положительному участку стены. Это похоже на перемещение заряженной пластиковой полоски к пальцу.

  • Продемонстрируйте, как электроны могут притягивать поток воды.

    Либо выполните следующую демонстрацию, либо покажите видеоролик «Воздушный шар и вода».

    Материалы для демонстрации

    Процедура

    1. Потрите шарик о рубашку или штаны, чтобы придать ему статический заряд.
    2. Включите кран, чтобы была очень тонкая струя воды.
    3. Медленно поднесите заряженную часть шара к струе воды.

    Ожидаемые результаты

    Струя воды должна искривляться, притягиваясь к воздушному шару.

    Спросите студентов:

    Что вы наблюдали, когда заряженный шар держали рядом с потоком воды?
    Струя воды наклонилась к воздушному шару.
    Используйте свои знания об электронах, протонах и зарядах, чтобы объяснить, почему это происходит.
    Когда вы трёте шарик о волосы или одежду, он собирает дополнительные электроны, придавая шарику отрицательный заряд. Когда вы подносите воздушный шар к потоку воды, электроны из воздушного шара отталкивают электроны в воде. Поскольку больше протонов находится на поверхности воды, это положительное изменение. Противоположности притягиваются, поэтому вода движется к шарику.
  • 4.4: Свойства протонов, нейтронов и электронов

    Цели обучения

    • Опишите расположение, заряды и массы трех основных субатомных частиц.
    • Определите количество протонов и электронов в атоме.
    • Определить единицу атомной массы (а.е.м.).

    Атомная теория Дальтона многое объяснила о материи, химических веществах и химических реакциях. Тем не менее, это было не совсем точно, потому что, вопреки тому, во что верил Дальтон, атомы на самом деле могут быть разбиты на более мелкие субъединицы или субатомные частицы.Мы очень подробно говорили об электроне, но нас интересуют еще две частицы: протоны и нейтроны. Мы уже узнали, что Дж. Дж. Томсон открыл отрицательно заряженную частицу, названную электроном . Резерфорд предположил, что эти электроны вращаются вокруг положительного ядра. В последующих экспериментах он обнаружил, что в ядре есть меньшая положительно заряженная частица, называемая протоном . Существует также третья субатомная частица, известная как нейтрон.

    Электроны

    Электроны — один из трех основных типов частиц, из которых состоят атомы. В отличие от протонов и нейтронов, состоящих из более мелких и простых частиц, электроны — это фундаментальные частицы, не состоящие из более мелких частиц. Они относятся к типу фундаментальных частиц, называемых лептонами. Все лептоны имеют электрический заряд \(-1\) или \(0\). Электроны чрезвычайно малы. Масса электрона составляет всего около 1/2000 массы протона или нейтрона, поэтому электроны практически не вносят вклад в общую массу атома.Электроны имеют электрический заряд \(-1\), который равен, но противоположен заряду протона, который равен \(+1\). Все атомы имеют такое же количество электронов, как и протоны, поэтому положительные и отрицательные заряды «уравновешиваются», делая атомы электрически нейтральными.

    В отличие от протонов и нейтронов, которые находятся внутри ядра в центре атома, электроны находятся вне ядра. Поскольку противоположные электрические заряды притягиваются друг к другу, отрицательные электроны притягиваются к положительному ядру.Эта сила притяжения заставляет электроны постоянно двигаться через пустое пространство вокруг ядра. Рисунок ниже представляет собой распространенный способ представления структуры атома. Он показывает электрон как частицу, вращающуюся вокруг ядра, подобно тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. Однако это неправильная точка зрения, поскольку квантовая механика демонстрирует, что электроны более сложны.

    Рисунок \(\PageIndex{1}\): Электроны намного меньше, чем протоны или нейтроны. Если бы электрон имел массу пенни, то протон или нейтрон имели бы массу большого шара для боулинга!

    протонов

    Протон — одна из трех основных частиц, составляющих атом.{-15}\) метров.

    Как вы уже догадались из названия, нейтрон нейтрален. Другими словами, он не имеет никакого заряда и поэтому не притягивается и не отталкивается от других объектов. Нейтроны есть в каждом атоме (за одним исключением) и связаны вместе с другими нейтронами и протонами в атомном ядре.

    Прежде чем двигаться дальше, мы должны обсудить, как различные типы субатомных частиц взаимодействуют друг с другом. Когда дело доходит до нейтронов, ответ очевиден.Поскольку нейтроны не притягиваются и не отталкиваются от объектов, они на самом деле не взаимодействуют с протонами или электронами (кроме того, что связываются с протонами в ядре).

    Несмотря на то, что электроны, протоны и нейтроны являются субатомными частицами всех типов, они не имеют одинакового размера. Когда вы сравниваете массы электронов, протонов и нейтронов, вы обнаружите, что электроны имеют чрезвычайно малую массу по сравнению с протонами или нейтронами. С другой стороны, массы протонов и нейтронов довольно схожи, хотя технически масса нейтрона немного больше массы протона.Поскольку протоны и нейтроны намного массивнее электронов, почти вся масса любого атома приходится на ядро, которое содержит все нейтроны и протоны.

    Таблица \(\PageIndex{1}\): свойства субатомных частиц
    Частица Символ Масса (а.е.м.) Относительная масса (протон = 1) Относительный заряд Местоположение
    протон р + 1 1 +1 внутри ядра
    электрон е 5.45 × 10 −4 0,00055 −1 вне ядра
    нейтрон п 0 1 1 0 внутри ядра

    В таблице \(\PageIndex{1}\) приведены свойства и расположение электронов, протонов и нейтронов. В третьем столбце показаны массы трех субатомных частиц в «атомных единицах массы».» Единица атомной массы (\(\text{аму}\)) определяется как одна двенадцатая массы атома углерода-12. Полезны единицы атомной массы (\(\text{аму}\)) , потому что, как вы можете видеть, масса протона и масса нейтрона почти точно равны \(1\) в этой системе единиц.

    Отрицательные и положительные заряды равной величины компенсируют друг друга. Это означает, что отрицательный заряд электрона идеально уравновешивает положительный заряд протона. Другими словами, нейтральный атом должен иметь ровно один электрон на каждый протон.Если нейтральный атом имеет 1 протон, он должен иметь 1 электрон. Если нейтральный атом имеет 2 протона, он должен иметь 2 электрона. Если нейтральный атом имеет 10 протонов, он должен иметь 10 электронов. Вы поняли идею. Чтобы быть нейтральным, атом должен иметь одинаковое количество электронов и протонов.

    Резюме

    • Электроны — тип субатомных частиц с отрицательным зарядом.
    • Протоны — это тип субатомных частиц с положительным зарядом. Протоны связаны вместе в ядре атома в результате сильного ядерного взаимодействия.
    • Нейтроны – это тип субатомных частиц без заряда (они нейтральны). Как и протоны, нейтроны связаны с ядром атома в результате сильного ядерного взаимодействия.
    • Протоны и нейтроны имеют примерно одинаковую массу, но они оба намного массивнее электрона (примерно в 2000 раз массивнее электрона).
    • Положительный заряд протона равен по величине отрицательному заряду электрона. В результате нейтральный атом должен иметь равное количество протонов и электронов.
    • Атомная единица массы (а.е.м.) – это единица массы, равная одной двенадцатой массы атома углерода-12

    Взносы и ссылки

    Эта страница была создана на основе контента следующих авторов и отредактирована (тематически или подробно) командой разработчиков LibreTexts в соответствии со стилем, презентацией и качеством платформы:

    Наука об электричестве — Управление энергетической информации США (EIA)

    Все состоит из атомов

    Чтобы понять электричество, полезно знать некоторые основные сведения об атомах.Атомы являются строительными блоками Вселенной. Все во Вселенной состоит из атомов — каждая звезда, каждое дерево и каждое животное. Человеческое тело состоит из атомов. Воздух и вода тоже состоят из атомов. Атомы настолько малы, что миллионы из них поместились бы на булавочной головке.

    Атомы состоят из еще более мелких частиц

    Центр атома называется ядром . Ядро состоит из частиц, называемых протонами и нейтронами . Электроны вращаются вокруг ядра в оболочках . Если бы ядро ​​было размером с теннисный мяч, атом был бы размером со сферу диаметром около 1450 футов, или размером с один из крупнейших спортивных стадионов в мире. Атомы в основном пустое пространство.

    Если бы невооруженным глазом можно было увидеть атом, он немного напоминал бы крошечное скопление шаров, окруженных гигантскими невидимыми пузырями (или оболочками ). Электроны будут находиться на поверхности пузырьков, постоянно вращаясь и двигаясь, чтобы оставаться как можно дальше друг от друга.Электроны удерживаются в своих оболочках электрическими силами.

    Протоны и электроны атома притягиваются друг к другу. Они оба несут электрический заряд . Протоны имеют положительный заряд (+), а электроны имеют отрицательный заряд (-). Положительный заряд протонов равен отрицательному заряду электронов. Противоположные заряды притягиваются друг к другу. Атом находится в равновесии, когда он имеет равное количество протонов и электронов.Нейтроны не несут заряда, и их количество может варьироваться.

    Число протонов в атоме определяет вид атома, или элемента , которым он является. Элемент – это вещество, состоящее из атомов одного типа. Периодическая таблица элементов показывает элементы с их атомными номерами — количеством протонов, которые они имеют. Например, каждый атом водорода (Н) имеет один протон, а каждый атом углерода (С) имеет шесть протонов.

    Электричество — это движение электронов между атомами

    Электроны обычно остаются на постоянном расстоянии от ядра атома в точных оболочках.Ближайшая к ядру оболочка может содержать два электрона. Следующий снаряд может вместить до восьми. Внешние оболочки могут вместить еще больше. Некоторые атомы с большим количеством протонов могут иметь до семи оболочек с электронами.

    Электроны в ближайших к ядру оболочках обладают сильной силой притяжения к протонам. Иногда электроны в самых внешних оболочках атома не имеют сильной силы притяжения к протонам. Эти электроны могут быть вытолкнуты со своих орбит.Приложение силы может заставить их смещаться от одного атома к другому. Эти движущиеся электроны и есть электричество.

    Статическое электричество существует в природе

    Молния — это форма электричества. Молния — это электроны, перемещающиеся из одного облака в другое, или электроны, прыгающие из облака на землю. Испытывали ли вы когда-нибудь шок, когда касались предмета после прогулки по ковру? От этого объекта к вам прыгнул поток электронов. Это называется статическое электричество .

    Вы когда-нибудь заставляли волосы стоять прямо, потирая их воздушным шариком? Если да, то вы стерли часть электронов с воздушного шара. Электроны переместились в ваши волосы из воздушного шара. Электроны пытались уйти подальше друг от друга, двигаясь к кончикам ваших волос. Они толкались или отталкивались друг от друга и заставляли ваши волосы двигаться. Как противоположные заряды притягиваются друг к другу, так и заряды отталкиваются.

    Последнее рассмотрение: 17 декабря 2021 г.

    Обзор | Безграничная физика

    Электрический заряд в атоме

    Атомы содержат отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные протоны; количество каждого из них определяет чистый заряд атома.

    Цели обучения

    Определите факторы, определяющие чистый заряд атома

    Ключевые выводы

    Ключевые моменты
    • Протон — положительно заряженная частица, находящаяся в ядре атома. Электрон имеет [латекс]\frac{1}{1836}[/латекс], умноженную на массу протона, но имеет равный и противоположный отрицательный заряд.
    • Элементарный заряд — заряд протона или электрона — примерно равен 1,6×10-19 Кл.
    • В отличие от протонов, электроны могут перемещаться от атома к атому.Если атом имеет равное количество протонов и электронов, его суммарный заряд равен 0. Если он получает дополнительный электрон, он становится отрицательно заряженным и известен как анион. Если он теряет электрон, он становится положительно заряженным и известен как катион.
    Ключевые термины
    • ядро ​​: массивная положительно заряженная центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов

    Обзор атомных электрических зарядов

    Атомы, основные строительные блоки всех молекул, состоят из трех типов частиц: протонов, нейтронов и электронов.Из этих трех типов субатомных частиц два (протоны и электроны) несут суммарный электрический заряд, а нейтроны нейтральны и не имеют суммарного заряда.

    И протоны, и электроны имеют квантованный заряд. То есть величина их соответствующих зарядов, которые равны друг другу, равна 1. Эта стандартная величина равна примерно 1,6×10 -19 кулонов.

    Протоны

    протонов находятся в центре атома; они вместе с нейтронами составляют ядро.Протоны имеют заряд +1 и массу в 1 атомную единицу массы, что примерно равно 1,66×10 -24 грамма. Количество протонов в атоме определяет идентичность элемента (например, атом с 1 протоном — это водород, а атом с двумя протонами — это гелий). Таким образом, протоны относительно стабильны; их количество меняется редко, только в случае радиоактивного распада.

    Электроны

    Электроны находятся на периферии атома и имеют заряд -1.Они намного меньше протонов; их масса составляет [латекс]\frac{1}{1836}[/latex] а.е.м. Обычно при моделировании атомов протоны и нейтроны считаются стационарными, а электроны движутся в пространстве вне ядра подобно облаку. Отрицательно заряженное электронное облако указывает области пространства, где вероятны электроны. Структура электронного облака чрезвычайно сложна и не имеет значения для обсуждения электрического заряда в атоме. Более важным является тот факт, что электроны лабильны; то есть они могут передаваться от одного атома к другому.Именно благодаря электронному переносу атомы становятся заряженными.

    Ионы

    В основном состоянии атом будет иметь равное количество протонов и электронов и, таким образом, будет иметь суммарный заряд, равный 0. Однако, поскольку электроны могут передаваться от одного атома к другому, атомы могут стать заряженными. Атомы в таком состоянии известны как ионы.

    Если нейтральный атом присоединяет электрон, он становится отрицательным. Такой ион называется анионом.

    Если нейтральный атом теряет электрон, он становится положительным.Такой ион называется катионом.

    Постоянный поток электронов называется током. Ток — это то, что течет по электрическим проводам и питает электронные устройства, от лампочек до телевизоров.

    Электрический заряд : Краткий обзор атомов, ионов и электрического заряда.

    Планетарная модель атома : Маленькие электроны вращаются вокруг большого и относительно неподвижного ядра протонов и нейтронов.

    Свойства электрических зарядов

    Электрический заряд — фундаментальное физическое свойство материи, имеющее множество параллелей с массой.

    Цели обучения

    Описывать свойства электрического заряда, такие как его релятивистская инвариантность и его сохранение в замкнутых системах

    Ключевые выводы

    Ключевые моменты
    • Заряд измеряется в кулонах (Кл), что составляет 6,242×10 18 e, где e — заряд протона. Заряды могут быть положительными или отрицательными, поэтому сингулярный протон имеет заряд 1,602×10 -19 Кл, а электрон имеет заряд -1.602×10 −19 С.
    • Электрический заряд, как и масса, сохраняется. Сила, создаваемая двумя зарядами, имеет ту же форму, что и сила, создаваемая двумя массами, и, подобно гравитации, сила электрического поля является одновременно консервативной и центральной.
    • Электрический заряд является релятивистским инвариантом. То есть заряд (в отличие от массы) не зависит от скорости. В то время как масса частицы будет экспоненциально возрастать по мере приближения ее скорости к скорости света, заряд останется постоянным.
    Ключевые термины
    • кулон : В Международной системе единиц производная единица электрического заряда; количество электрического заряда, переносимого током в 1 ампер, протекающим в течение 1 секунды.Символ: C
    • гравитация : Результирующая сила на поверхности Земли, сила притяжения земных масс и центробежная псевдосила, вызванная вращением Земли.
    • электрическое поле : область пространства вокруг заряженной частицы или между двумя напряжениями; он воздействует на заряженные объекты поблизости.

    Свойства электрического заряда

    Электрический заряд, как масса и объем, является физическим свойством материи. Его единица СИ известна как кулон (C), что соответствует 6.242×10 18 e , где e — заряд протона. Заряды могут быть положительными или отрицательными; сингулярный протон имеет заряд 1,602×10 -19 Кл, а электрон имеет заряд -1,602×10 -19 Кл

    Инвариантность

    Как и масса, электрический заряд в замкнутой системе сохраняется. Пока система непроницаема, количество заряда внутри нее не будет ни увеличиваться, ни уменьшаться; его можно только передать. Однако электрический заряд отличается от других свойств, таких как масса, тем, что является релятивистским инвариантом.То есть заряд не зависит от скорости . Масса частицы будет расти экспоненциально по мере приближения ее скорости к скорости света, однако ее заряд останется постоянным.

    Независимость электрического заряда от скорости была доказана в эксперименте, в котором одно быстро движущееся ядро ​​гелия (два протона и два связанных вместе нейтрона) имело тот же заряд, что и два отдельных медленно движущихся ядра дейтерия (один протон и два нейтрона, связанных вместе).2}[/latex ]

    , где π и [латекс]\epsilon_0[/латекс] являются константами.Это известно как закон Кулона.

    Закон Кулона : Силы (F 1 и F 2 ) в сумме дают общую силу, которая вычисляется по закону Кулона и пропорциональна произведению зарядов q 1 и q 2 , и обратно пропорциональна квадрату расстояния (r 21 ) между ними.

    Формула силы тяготения имеет точно такую ​​же форму, что и закон Кулона, но относится к произведению двух масс (а не зарядов) и использует другую константу.Оба действуют в вакууме и являются центральными (зависят только от расстояния между силами) и консервативными (независимыми от выбранного пути). Однако следует отметить, что при сравнении аналогичных терминов взаимодействие на основе заряда существенно больше, чем взаимодействие на основе массы. Например, электрическое отталкивание между двумя электронами примерно в 10 42 раз сильнее, чем их гравитационное притяжение.

    Разделение заряда

    Разделение зарядов, часто называемое статическим электричеством, представляет собой создание пространства между частицами с противоположными зарядами.

    Цели обучения

    Определите факторы, которые могут привести к разделению заряда

    Ключевые выводы

    Ключевые моменты
    • Поскольку электроны лабильны (т. е. могут переходить от атома к атому), возможно «разделение зарядов». Это явление часто называют статическим электричеством.
    • Разделение зарядов может быть вызвано трением, давлением, теплом и другими зарядами.
    • Разделение заряда может достигать критического уровня, при котором он разряжается.Молния — типичный пример.
    Ключевые термины
    • сброс : акт сброса накопленного заряда
    • статическое электричество : электрический заряд, накапливающийся на изолированном теле, часто из-за трения
    • ядро ​​: массивная положительно заряженная центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов

    Вся материя состоит из атомов, состоящих из отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных протонов.В основном состоянии каждый атом имеет нейтральный заряд — его протоны и электроны равны по количеству, и он существует без постоянного диполя. Поскольку электроны лабильны (т. е. могут переноситься от атома к атому), возможно возникновение явления «разделения зарядов» (часто называемого статическим электричеством).

    Статическое электричество : Из-за трения между ее волосами и пластиковой горкой девушка слева создала разделение зарядов, в результате чего ее волосы притянулись к горке.

    В химии это разделение зарядов иллюстрируется просто переносом электрона от одного атома к другому при образовании ионной связи. В физике есть много других случаев разделения зарядов, которые нельзя описать как формальные химические реакции. Возьмем, к примеру, трение воздушного шарика о волосы. Как только вы оттянете шарик, ваши волосы встанут дыбом и «тянутся» к шарику. Это связано с тем, что электроны от одного перешли к другому, в результате чего один стал положительным, а другой отрицательным.Таким образом, противоположные заряды притягиваются. Похожий пример можно увидеть на слайдах детской площадки (как показано на рис. ).

    Разделение зарядов может быть создано не только трением, но и давлением, теплом и другими зарядами. И давление, и тепло увеличивают энергию материала и могут привести к тому, что электроны вырвутся на свободу и отделятся от своих ядер. Между тем заряд может притягивать электроны к ядру или отталкивать их от него. Например, соседний отрицательный заряд может «оттолкнуть» электроны от ядра, вокруг которого они обычно вращаются.Разделение зарядов часто происходит в природе. Он может иметь экстремальный эффект, если достигает критического уровня, при котором он разряжается. Молния — типичный пример.

    Поляризация

    Диэлектрическая поляризация — это явление, возникающее при разделении положительных и отрицательных зарядов в материале.

    Цели обучения

    Определите два способа возникновения поляризации на молекулярном уровне

    Ключевые выводы

    Ключевые моменты
    • Диэлектрики — это изоляторы, способные поляризоваться электрическим полем.То есть их заряды не могут течь свободно, но все же могут быть вызваны неравномерным перераспределением.
    • Электрические поля, воздействующие на атомы, будут отталкивать электроны от поля. В случае полярных молекул их отрицательные концы будут направлены в сторону от поля, а положительные концы будут направлены к полю.
    • Мгновенная поляризация возникает, когда ионы в результате естественных случайных колебаний распределяются асимметрично, так что одна область более плотна с одним типом иона, чем с другим.
    Ключевые термины
    • дипольный момент : Векторное произведение заряда на любом полюсе диполя и расстояния между ними.
    • диэлектрик : Электроизолирующий или непроводящий материал, рассматриваемый в связи с его электрической восприимчивостью (т. е. его свойством поляризации при воздействии внешнего электрического поля).
    • изолятор : Вещество, не пропускающее тепло (теплоизолятор), звук (акустический изолятор) или электричество (электрический изолятор).

    Понятие полярности очень широкое и может применяться к молекулам, свету и электрическим полям. Для целей этого атома мы сосредоточимся на его значении в контексте того, что известно как диэлектрическая поляризация — разделение зарядов в материалах.

    Диэлектрики

    Диэлектрик — это изолятор, который может быть поляризован электрическим полем, то есть это материал, в котором заряд не течет свободно, но в присутствии электрического поля он может сдвигать распределение своего заряда.Положительный заряд в диэлектрике будет мигрировать к приложенному полю, а отрицательный заряд сместится. Это создает слабое локальное поле внутри материала, которое противодействует приложенному полю.

    Различные материалы по-разному реагируют на индуцированное поле в зависимости от их диэлектрической проницаемости. Эта константа есть степень их поляризуемости (степень, до которой они становятся поляризованными).

    Атомная модель

    Самый простой взгляд на диэлектрики включает рассмотрение их заряженных компонентов: протонов и электронов.Если к атому приложено электрическое поле, электроны в атоме будут мигрировать в сторону от приложенного поля. Однако протоны остаются относительно открытыми для поля. Это разделение создает дипольный момент, как показано на рис.

    .

    Реакция атома на приложенное электрическое поле : При приложении электрического поля (Е) электроны дрейфуют от поля. Их среднее положение смещено от среднего положения протонов (которые не двигались) на расстояние d.Дипольный момент атома представлен M.

    .

    Дипольная поляризация

    На молекулярном уровне поляризация может происходить как с диполями, так и с ионами. В полярных связях электроны сильнее притягиваются к одному ядру, чем к другому. Одним из примеров дипольной молекулы является вода (H 2 O), которая имеет изогнутую форму (угол HOH составляет 104,45 °) и в которой кислород оттягивает электронную плотность от атомов H, оставляя H относительно положительным и О относительно отрицательно, как показано на рис.

    Молекула воды : вода является примером дипольной молекулы, которая имеет изогнутую форму (угол HOH составляет 104,45 °) и в которой кислород оттягивает электронную плотность от атомов H, оставляя H относительно положительным, а O относительно отрицательный.

    Когда диполярная молекула подвергается воздействию электрического поля, молекула выравнивается с полем, с положительным концом к электрическому полю и отрицательным концом от него.

    Ионная поляризация

    Ионные соединения – это те, которые образуются из постоянно разделенных зарядов ионов.Например, поваренная соль (NaCl) образуется из ионов Na + и Cl , которые формально не связаны друг с другом химической связью, но очень сильно взаимодействуют друг с другом благодаря противоположным зарядам.

    Ионы по-прежнему свободны друг от друга и, естественно, будут двигаться случайным образом. Если они движутся асимметрично и приводят к большей концентрации положительных ионов в одной области и большей концентрации отрицательных ионов в другой, образец ионного соединения будет поляризован — явление, известное как ионная поляризация. .

    Статическое электричество, заряд и сохранение заряда

    Электрический заряд — это физическое свойство, величина которого постоянно сохраняется; он может накапливаться в веществе, что создает статическое электричество.

    Цели обучения

    Сформулировать правила, применимые к созданию и разрушению электрического заряда

    Ключевые выводы

    Ключевые моменты
    • Электрический заряд — это физическое свойство материи, создаваемое дисбалансом количества протонов и электронов в веществе.
    • Заряд можно создать или уничтожить. Однако любое создание или устранение заряда происходит при соотношении положительных и отрицательных зарядов 1:1.
    • Статическое электричество — это накопление избыточного электрического заряда на поверхности объекта.
    Ключевые термины
    • электрический заряд : Квантовое число, определяющее электромагнитные взаимодействия некоторых субатомных частиц; по соглашению электрон имеет электрический заряд -1, а протон +1, а кварки имеют дробный заряд.
    • сброс : акт сброса накопленного заряда
    • статическое электричество : электрический заряд, накапливающийся на изолированном теле, часто из-за трения

    Электрический заряд — это физическое свойство материи. Он создается дисбалансом количества протонов и электронов в веществе. Вещество заряжено положительно, если в нем больше протонов, чем электронов, и отрицательно заряжено, если в нем больше электронов, чем протонов.В обоих случаях заряженные частицы будут испытывать силу в присутствии другого заряженного вещества.

    Заряды одного знака (положительный и положительный или отрицательный и отрицательный) будут отталкивать друг друга, тогда как заряды противоположного знака (положительный и отрицательный) будут притягиваться, как показано на рис.

    .

    Заряд отталкивания и притяжения : Заряды одного знака (положительный и положительный или отрицательный и отрицательный) будут отталкивать друг друга, тогда как заряды противоположного знака (положительный и отрицательный) будут притягиваться.{18}[/latex] элементарные заряды. (Элементарный заряд — это величина заряда протона или электрона.)

    Сохранение заряда

    Заряд, как и материя, практически постоянен во Вселенной и во времени. В физике закон сохранения заряда — это принцип, согласно которому электрический заряд нельзя ни создать, ни уничтожить. Чистое количество электрического заряда, количество положительного заряда за вычетом количества отрицательного заряда во Вселенной, всегда сохраняется.

    Для любого конечного объема закон сохранения заряда (Q) можно записать в виде уравнения непрерывности:

    [латекс]\text{Q}(\text{t}_2)=\text{Q}(\text{t}_1)+\text{Q}_{\text{in}}-\text{Q }_{\text{out}}[/латекс]

    где Q ( t 1 ) заряд в системе в данный момент времени, Q ( t 2 ) заряд в той же системе в более позднее время, Q in — это заряд, поступивший в систему между двумя периодами, а Q out — это объем заряда, покинувший систему между двумя периодами.

    Это не означает, что отдельные положительные и отрицательные заряды не могут быть созданы или уничтожены. Электрический заряд переносится субатомными частицами, такими как электроны и протоны, которые могут создаваться и разрушаться. Например, когда частицы разрушаются, разрушается равное количество положительных и отрицательных зарядов, сохраняя общее количество зарядов неизменным.

    Статическое электричество

    Статическое электричество — это накопление избыточного электрического заряда на поверхности объекта.Он может быть создан в результате контакта между материалами, повышения давления или тепла или наличия заряда. Статическое электричество также может создаваться трением между воздушным шаром (или другим предметом) и человеческими волосами (см. ). Его можно наблюдать в грозовых облаках в результате повышения давления; молния (см. ) — это разряд, возникающий после того, как заряд превышает критическую концентрацию.

    Статическое электричество : Из-за трения между ее волосами и пластиковой горкой девушка слева создала разделение зарядов, в результате чего ее волосы притянулись к горке.

    Молния : Молния — яркий пример естественного разряда статического электричества.

    Проводники и изоляторы

    По способности проводить ток материалы делятся на проводники и изоляторы.

    Цели обучения

    Определите проводники и изоляторы среди обычных материалов

    Ключевые выводы

    Ключевые моменты
    • Удельное сопротивление, физическое свойство, которое измеряет способность материала проводить ток, является основным фактором, определяющим, является ли вещество проводником или изолятором.
    • Проводники содержат электрические заряды, которые при воздействии на них разности потенциалов движутся к тому или иному полюсу. Этот поток заряда представляет собой электрический ток.
    • Изоляторы — это материалы, в которых внутренний заряд не может свободно течь и, следовательно, не может проводить электрический ток в заметной степени при воздействии электрического поля.
    Ключевые термины
    • проводник : Материал, содержащий подвижные электрические заряды.
    • изолятор : Вещество, не пропускающее тепло (теплоизолятор), звук (акустический изолятор) или электричество (электрический изолятор).
    • удельное сопротивление : Обычно сопротивление материала электрическому току; в частности, степень сопротивления материала потоку электричества.

    Обзор

    Все материалы можно разделить на изоляторы или проводники на основе физического свойства, известного как удельное сопротивление.

    Изолятор — это материал, в котором при воздействии электрического поля электрические заряды не протекают свободно — он имеет высокое удельное сопротивление. И наоборот, проводник — это материал, который допускает протекание электрических зарядов в одном или нескольких направлениях — его удельное сопротивление низкое.

    Проводники

    Все проводники содержат электрические заряды, которые при воздействии на них разности потенциалов движутся к тому или иному полюсу. Положительные заряды в проводнике будут мигрировать к отрицательному концу разности потенциалов; отрицательные заряды в материале будут двигаться к положительному концу разности потенциалов. Этот поток заряда представляет собой электрический ток.

    Ионные вещества и растворы могут проводить электричество, но наиболее распространенными и эффективными проводниками являются металлы.Медь обычно используется в проводах из-за ее высокой проводимости и относительно недорогой цены. Однако позолоченные провода иногда используются в тех случаях, когда необходима особенно высокая проводимость.

    У каждого проводника есть предел мощности или количества тока, который он может нести. Обычно это ток, при котором тепло, выделяющееся из-за сопротивления, плавит материал.

    Изоляторы

    Изоляторы представляют собой материалы, в которых внутренний заряд не может свободно течь и, следовательно, не может проводить электрический ток в заметной степени при воздействии электрического поля.

    Хотя идеального изолятора с бесконечным удельным сопротивлением не существует, такие материалы, как стекло, бумага и тефлон, имеют очень высокое удельное сопротивление и в большинстве случаев могут эффективно служить изоляторами.

    Так же, как проводники используются для передачи электрического тока по проводам, изоляторы обычно используются в качестве покрытия для проводов.

    Изоляторы, как и проводники, имеют свои физические ограничения. При воздействии достаточного напряжения изолятор испытывает то, что известно как электрический пробой, при котором ток внезапно проходит через материал, когда он становится проводником.

    Проводник и изолятор в проводе : Этот провод состоит из медного сердечника (проводник) и полиэтиленового покрытия (изолятор). Медь позволяет току течь по проводу, а полиэтилен предотвращает утечку тока.

    Эксперимент Милликена с каплями масла

    В 1911 году с помощью заряженных капель масла Роберт Милликен смог определить заряд электрона.

    Цели обучения

    Объясните разницу в значении реального заряда электрона и заряда, измеренного Робертом Милликеном

    Ключевые выводы

    Ключевые моменты
    • Эксперимент с каплей масла включал ионизацию капель масла при их падении в воздухе и уравновешивание силы гравитации с силой электрического поля, прикладываемого электродами над и под каплей.
    • Милликен не мог напрямую подсчитать количество электронов на каждой капле масла, но обнаружил, что общий знаменатель между всеми измеренными зарядами равен 1,5924(17)×10 −19 Кл, и, таким образом, пришел к выводу, что это значение представляет собой заряд электрон.
    • Измеренное значение заряда электрона, 1,5924(17)×10 −19 Кл, отличается от принятого значения 1,602176487(40)×10 −19 Кл менее чем на один процент.
    Ключевые термины
    • напряжение : Величина электростатического потенциала между двумя точками в пространстве.
    • конечная скорость : Скорость, при которой объект в свободном падении, а не в вакууме, перестает двигаться вниз с ускорением, потому что сила тяжести равна и противоположна силе сопротивления, действующей на него.
    • электрическое поле : область пространства вокруг заряженной частицы или между двумя напряжениями; он воздействует на заряженные объекты поблизости.

    Эксперимент с каплей масла

    Эксперимент с каплями масла, также известный как эксперимент Милликена с каплями масла, является одним из самых влиятельных исследований в истории физической науки.

    Проведенный Робертом Милликеном и Харви Флетчером в 1911 году эксперимент был разработан для определения заряда отдельного электрона, также известного как элементарный электрический заряд.

    Милликен разработал свой эксперимент по измерению силы, действующей на капли масла между двумя электродами.

    Он использовал распылитель, чтобы распылить туман из крошечных капель масла в камеру, в которой было отверстие. Некоторые капли падали через это отверстие в камеру, где он измерял их конечную скорость и вычислял их массу.

    Затем Милликен подверг капли рентгеновскому излучению, которое ионизировало молекулы в воздухе и заставило электроны прикрепляться к каплям масла, делая их заряженными. Верх и низ камеры были присоединены к батарее, и разность потенциалов между верхом и низом создавала электрическое поле, действовавшее на заряженные капли масла.

    Идеально отрегулировав напряжение, Милликен смог сбалансировать силу гравитации (которая была направлена ​​вниз) с силой электрического поля на заряженные частицы (которая была направлена ​​вверх), в результате чего капли масла оказались подвешенными в воздухе. .

    Упрощенная схема эксперимента Милликена с каплями масла : Этот прибор имеет пару параллельных горизонтальных металлических пластин. Между ними создается однородное электрическое поле. Кольцо имеет три отверстия для подсветки и одно для просмотра в микроскоп. В камеру впрыскивается специальное масло для вакуумных аппаратов, где капли приобретают электрический заряд. Капли попадают в пространство между пластинами, и ими можно управлять, изменяя напряжение на пластинах.

    Затем Милликен рассчитал заряд частиц, взвешенных в воздухе.2), а также энергии рентгеновских лучей, которые он использовал, он смог рассчитать заряд.

    Хотя заряд каждой капли был неизвестен, Милликен отрегулировал силу рентгеновских лучей, ионизирующих воздух, и измерил множество значений (q) для множества различных капель масла. В каждом случае измеренный заряд был кратен 1,5924(17)×10 −19 Кл. Таким образом, был сделан вывод, что элементарный электрический заряд равен 1,5924(17)×10 −19 Кл.

    Результаты оказались очень точными.Рассчитанное значение из эксперимента с каплями масла отличается менее чем на один процент от текущего принятого значения 1,602176487(40)×10 −19 C.

    Эксперимент с каплей масла оказал огромное влияние в то время не только на определение заряда электрона, но и на помощь в доказательстве существования частиц меньше атома. В то время не было полностью признано существование протонов, нейтронов и электронов.

    Каковы заряды протонов, нейтронов и электронов?

    Атомы состоят из трех частиц с различным зарядом: положительно заряженного протона, отрицательно заряженного электрона и нейтрального нейтрона.Заряды протона и электрона равны по величине, но противоположны по направлению. Протоны и нейтроны удерживаются вместе в ядре атома сильным взаимодействием. Электроны в электронном облаке, окружающем ядро, удерживаются атомом гораздо более слабой электромагнитной силой.

    TL;DR (слишком длинный; не читал)

    Все просто: электроны имеют отрицательный заряд, протоны — положительный, а нейтроны — как следует из названия — нейтральны.

    Протоны

    Элементы отличаются друг от друга количеством протонов в ядре. Например, атомы углерода имеют в ядре шесть протонов. Атомы с семью протонами — это атомы азота. Число протонов для каждого элемента известно как атомный номер и не изменяется в химических реакциях. Другими словами, элементы в начале реакции, известные как реагенты, являются теми же элементами в конце реакции, известными как продукты.

    Нейтроны

    Хотя элементы имеют определенное количество протонов, атомы одного и того же элемента могут иметь разное количество нейтронов и называются изотопами. Например, у водорода есть три изотопа, каждый с одним протоном. Протий — это изотоп водорода с нулевым числом нейтронов, дейтерий с одним нейтроном и тритий с двумя нейтронами. Хотя количество нейтронов может различаться в зависимости от изотопов, все изотопы ведут себя химически сходным образом.

    Электроны

    Электроны не так прочно связаны с атомом, как протоны и нейтроны.Это позволяет электронам теряться, приобретаться или даже делиться между атомами. Атомы, потерявшие электрон, становятся ионами с зарядом +1, так как теперь на один протон больше, чем электронов. Атомы, приобретающие электрон, имеют на один электрон больше, чем протоны, и становятся ионами с -1. Химические связи, которые удерживают атомы вместе с образованием соединений, возникают в результате этих изменений в количестве и расположении электронов.

    Масса атома

    Масса атома определяется количеством протонов и нейтронов в ядре.Электроны имеют настолько малую долю массы по сравнению с протонами и нейтронами, что их обычно не учитывают при определении массы атома. Сумма протонов и нейтронов известна как атомная масса и различна для каждого изотопа. Например, изотоп водорода протий имеет один протон и атомную массу, равную единице. Дейтерий с одним протоном и одним нейтроном имеет атомную массу, равную двум.

    Атомный вес

    В химических реакциях участвует много-много атомов, и в природе эти атомы представляют собой смесь изотопов.Атомный вес элемента — это атомная масса элемента, взвешенная по проценту изотопов, обнаруженных в образце. Большинство атомов водорода представляют собой изотопы протия с атомной массой, равной единице. Однако небольшой процент этих атомов составляют дейтерий с атомной массой два и тритий с атомной массой три. Таким образом, образец атомов водорода будет иметь атомный вес 1,008 из-за небольшого количества этих более тяжелых изотопов, немного увеличивающих среднюю атомную массу. Обратите внимание, что процент изотопов может варьироваться между образцами, но в целом они очень похожи.

    БИОДОТЭДУ

    Протоны и электроны

    На каждый протон в атомном центре где-то на орбите приходится электрон. Протон несет положительный заряд ( + ), а электрон несет отрицательный заряд (), поэтому атомы элементов нейтральны, все положительные заряды компенсируют все отрицательные заряды.

    Атомы отличаются друг от друга числом содержащихся в них протонов, нейтронов и электронов. Однако их расположение всегда следует одному и тому же набору принципов.

    Вопрос стабильности


    Водород и гелий иллюстрируют тот факт, что не все атомы обладают одинаковыми свойствами. Оба являются газами, но газообразный водород взрывоопасен, тогда как газообразный гелий полностью инертен и не может подвергаться каким-либо химическим реакциям при нормальных обстоятельствах.

    Атомы водорода имеют один протон в центре и один электрон на самом низком энергетическом уровне. Атомы гелия, с другой стороны, имеют два протона и два электрона на самом низком энергетическом уровне. Нижний энергетический уровень заполнен максимальным количеством электронов. Это очень стабильное устройство, и, как следствие, гелий представляет собой инертный газ с небольшими химическими свойствами.

    Водород имеет только один электрон на самом низком энергетическом уровне.Это очень нестабильное устройство, и газообразный водород подвергается множеству реакций, чтобы достичь стабильной электронной конфигурации, где его энергетический уровень либо пуст от электронов, либо заполнен электронами.

    Атомы наиболее стабильны, когда их внешний энергетический уровень либо свободен от электронов, либо заполнен электронами.

    Ионы


    Атомы натрия имеют 11 электронов.Два из них находятся на самом низком энергетическом уровне, восемь — на втором энергетическом уровне, а затем один электрон — на третьем энергетическом уровне. Это очень нестабильная структура, а элемент натрия представляет собой высокореактивное, смертоносное белое полутвердое вещество, которое воспламеняется на воздухе или прожигает человеческую плоть при контакте. Реактивное вещество.

    атомов хлора имеют 17 электронов. Два на низшем, восемь на втором и 7 на третьем энергетическом уровне. Это тоже очень нестабильная схема.Этот элемент представляет собой газ при комнатной температуре и использовался во время Первой мировой войны в качестве отравляющего оружия из-за его высокой реактивности с легкими человека. Эти два атома были созданы друг для друга.

    Атомы натрия легко отдают единственный электрон на самой внешней орбитали. Этот электрон немедленно подхватывается атомом хлора и помещается в последнее пустое место на его самой внешней орбите. Теперь оба атомных устройства гораздо более стабильны. Они оба имеют крайние орбитали, заполненные электронами.

    Однако за эту стабильность приходится платить. Отдавая электрон, атом натрия теряет отрицательный электрический заряд. У него все еще есть все положительно заряженные протоны, поэтому оставшаяся структура больше не является электрически нейтральной. Он имеет чистый положительный заряд (+). Точно так же атом хлора получил этот дополнительный отрицательный заряд и не имеет дополнительных протонов, поэтому теперь он несет чистый отрицательный заряд (-).

    Эти новые атомные устройства называются ионами , а процесс электронного обмена называется ионизацией .

    Ионные связи

    Ионные связи представляют собой тип связи, образованный притяжением между противоположно заряженными ионами. Такие связи создаются, когда самые внешние электроны одного атома (например, натрия) постоянно передаются другому атому (например, хлору). Атом, потерявший электрон, становится положительно заряженным ионом (называемым катионом ), а атом, подхватывающий лишний электрон, становится отрицательно заряженным ионом (называемым анионом ).

    Разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются. Итак, ионы ориентируются таким образом, что каждый положительный ион оказывается окруженным отрицательными ионами, а каждый отрицательный ион оказывается окруженным положительными ионами. Ионы устроены таким образом, что положительные и отрицательные заряды чередуются и уравновешивают друг друга.

    Хлорид натрия — это твердая пищевая добавка, которая более стабильна, чем любая из ее составных частей, а все потому, что самые внешние энергетические уровни его атомов заполнены электронами.

    … теперь вы исследуете
    ионы для себя.

    Если вы читаете это сообщение, а не видите интерактивную анимацию, то…

    Вероятно, вы используете браузер (программное обеспечение, позволяющее выйти в Интернет на вашем компьютере), который устарел или не поддерживает эти функции.

    Если вы хотите, вы можете исправить эту ситуацию,

    • , обновив браузер как минимум до версии Netscape 4.0 или выше (или Internet Explorer 4.0 или выше).
    • Также вам понадобится подключаемый модуль Sockwave, установленный вместе с вашим браузером (примечание: иногда браузеры поставляются с уже установленным подключаемым модулем — проверьте).


    BIO точка EDU
    © 2003, профессор Джон Бламир

    Что такое электричество? — учить.sparkfun.com

    Авторы: Джимблом Избранное Любимый 73

    Текущие заряды

    Как мы упоминали в начале этого урока, электричество определяется как поток электрического заряда. Заряд — это свойство материи, такое же, как масса, объем или плотность. Это измеримо. Точно так же, как вы можете количественно определить массу чего-либо, вы можете измерить и его заряд.Ключевой концепцией заряда является то, что он может быть двух типов: положительный (+) или отрицательный (-) .

    Для перемещения заряда нам нужно носителей заряда , и здесь нам пригодятся наши знания об атомных частицах, особенно об электронах и протонах. Электроны всегда несут отрицательный заряд, а протоны всегда положительно заряжены. Нейтроны (в соответствии со своим названием) нейтральны, у них нет заряда. И электроны, и протоны несут один и тот же заряд , только разного типа.

    Модель атома лития (3 протона) с помеченными зарядами.

    Заряд электронов и протонов важен, потому что он дает нам возможность воздействовать на них силой. Электростатическая сила!

    Электростатическая сила

    Электростатическая сила (также называемая законом Кулона) — это сила, действующая между зарядами. Он гласит, что заряды одного типа отталкиваются друг от друга, а заряды противоположного типа притягиваются друг к другу. Противоположности притягиваются, а подобное отталкивается .

    Величина силы, действующей на два заряда, зависит от того, насколько они удалены друг от друга. Чем ближе два заряда, тем больше становится сила (либо сталкивающая, либо отталкивающая).

    Благодаря электростатической силе электроны будут отталкивать другие электроны и притягиваться к протонам. Эта сила является частью «клея», который удерживает атомы вместе, но это также и инструмент, который нам нужен, чтобы заставить электроны (и заряды) течь!

    Поток платежей

    Теперь у нас есть все инструменты, чтобы заряды текли. Электроны в атомах могут действовать как наши носители заряда , потому что каждый электрон несет отрицательный заряд. Если мы сможем освободить электрон от атома и заставить его двигаться, мы сможем создать электричество.

    Рассмотрим атомную модель атома меди, одного из предпочтительных источников элементов для потока заряда. В сбалансированном состоянии медь имеет 29 протонов в ядре и такое же количество электронов, вращающихся вокруг него. Электроны вращаются на разных расстояниях от ядра атома.Электроны ближе к ядру испытывают гораздо более сильное притяжение к центру, чем те, которые находятся на дальних орбитах. Самые внешние электроны атома называются валентными электронами , они требуют наименьшего количества силы, чтобы освободиться от атома.

    Это схема атома меди: 29 протонов в ядре, окруженные полосами вращающихся электронов. Электроны, находящиеся ближе к ядру, трудно удалить, в то время как валентному (внешнему кольцу) электрону требуется относительно небольшая энергия для выброса из атома.

    Применяя достаточную электростатическую силу к валентному электрону — либо отталкивая его другим отрицательным зарядом, либо притягивая его положительным зарядом, — мы можем сбросить электрон с орбиты вокруг атома, создав свободный электрон.

    Теперь рассмотрим медную проволоку: вещество, наполненное бесчисленными атомами меди. Поскольку наш свободный электрон плавает в пространстве между атомами, его притягивают и толкают окружающие заряды в этом пространстве. В этом хаосе свободный электрон в конце концов находит новый атом, за который можно зацепиться; при этом отрицательный заряд этого электрона выбрасывает из атома другой валентный электрон.Теперь новый электрон дрейфует в свободном пространстве, пытаясь сделать то же самое. Этот цепной эффект может продолжаться и дальше, создавая поток электронов, называемый электрическим током .

    Очень упрощенная модель зарядов, протекающих через атомы для создания тока.

    Проводимость

    Некоторые элементарные типы атомов лучше других высвобождают свои электроны. Чтобы получить наилучший возможный поток электронов, мы хотим использовать атомы, которые не очень сильно удерживают свои валентные электроны.Электропроводность элемента измеряет, насколько прочно электрон связан с атомом.

    Элементы с высокой проводимостью, которые имеют очень подвижные электроны, называются проводниками . Это типы материалов, которые мы хотим использовать для изготовления проводов и других компонентов, способствующих электронному потоку. Такие металлы, как медь, серебро и золото, обычно являются лучшими проводниками.

    Элементы с низкой проводимостью называются изоляторами . Изоляторы служат очень важной цели: они предотвращают поток электронов.Популярные изоляторы включают стекло, резину, пластик и воздух.


    ← Предыдущая страница
    Going Atomic .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.