Воскресенье, 14.04.2024
Мой сайт
Меню сайта
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Форма входа
Главная » 2014 » Февраль » 4 » Беседа 31. Свободный и связанный электрические заряды
02:30
Беседа 31. Свободный и связанный электрические заряды
Коллега, в разделе «Электрическое поле Земли» БСЭ (Большая Советская Энциклопедия) сказано, что электрический заряд Земли составляет 5,7*105 Кл. Подтверждают ли это значение Ваши расчёты?

Хороший вопрос, мой друг. И ответ на него начну с того, что указанное Вами значение определяет связанный (поляризационный) электрический заряд Земли. Полный же заряд Земли значительно больше, ибо он является суммой свободного и связанного электрических зарядов. Значение второго поддаётся измерению, а значение первого можно только вычислить.

Коллега, что значит «полный электрический заряд»?

В беседе 10 «Полевая модель всего» мы с Вами, мой друг, рассматривали весьма приближённую, но близкую по аналогии модель силового поля. Представьте растянутую в разные стороны резиновую плёнку огромных размеров. Продавливаем эту плёнку в её центре и получаем впадину. Самая большая глубина этой впадины (соответственно и сил упругой деформации) находится в месте надавливания, то есть – в центре плёнки и нисходит на «нет» у её краёв.

Так же, от периферии к центру нарастает и напряжённость поля. Только потенциальное поле не плоскость (как резиновая плёнка), а сфера, в центре которой действительно напряжённость поля максимальна, а объёмная плотность энергии (проще – давление) имеет минимальное значение.

В беседе 16 «Природа электрического заряда» мы выяснили, что объёмная плотность энергии (давление) в замкнутом пространстве относительно окружающего пространства определяет величину электрического заряда. Повышенная плотность энергии определяет отрицательный заряд (так уж принято), а пониженная – положительный заряд.

Значит, в центре поля должен быть максимально возможный положительный заряд. Это и есть полный электрический заряд QП возникшего в результате флуктуаций энергии потенциального поля. Его значение мы можем определить из всем известного уравнения для магнитной постоянной:

µ0 = 4π*MП*r0/QП2 кг*м/Кл2, откуда QП = (MП*r0*107)1/2 = MП(G*107/c2)1/2 Кл,

где: MП – масса всего потенциального поля, кг;
r0 = GMП2 – гравитационный радиус поля, м.

Значит, коллега, можно сделать вывод, что полный электрический заряд зависит только от массы всего потенциального поля. Но остался вопрос: что означает «связанный электрический заряд»?

Связанные электрические заряды возникают на границе раздела между веществом и полем. Ранее (см. п. 2 в Дополнении к беседе 29 «Минимально возможная масса кванта») мы определили максимально возможную массу поля звезды (и такую же массу самой звезды):

Mm = 5,478*1033 кг.

Следовательно, максимально возможный электрический заряд поля:

Qm = Mm(G*107/c2)1/2 = 4,720*1023 Кл

Однако, масса реального поля (звёзд и, тем более, планет) значительно меньше. В центре такого поля формируется вещество (см. беседу 6 «Природа гравитации») и этот процесс заканчивается устойчивым состоянием, когда масса вещества MВ станет равной массе поля MП.

Теперь рассмотрим рисунок, на котором условно изображён заря­женный Земной шар (проводник) с полным электрическим зарядом QП, окружённый потенциальным полем (диэлектрик). В выделенном нами промежутке на поверхности проводника (Земли) выступают положительные заряды, которые поляризуют отрицательные заряды q на примыкающей к шару поверхности диэлектрика (поля).

Ясно, что теперь напряжённость поля Земли за пределами её поверхности будут создавать две противоположно заряженные сфе­ры – поверхность шара, заряженная положительно, и примыкающая к ней отрицательно заряженная поверх­ность самого поля. Таким образом, поле в диэлектрике ослабляется в ε раз потому, что из поля полного заряда вычитается поле поляризационных (связанных) зарядов.

 
То есть, свободный электрический заряд: Q = QП – q = QП(1 – QП/Qm),
 
а поляризационный заряд: q = – QП(1 – 1/ε) = – QП2/Qm, Кл,
 
где ε = QП/Q = Qm/(Qm = QП) – диэлектрическая проницаемость поля (среды).

Итак, векторы напряжённости поля связанных зарядов параллельны векторам напряжённости поля полного электрического заряда, но направлены противоположно. 

Проверка: Масса Земли (и вся масса её потенциального поля) MЗ = 5,976*1024 кг.
Следовательно, QЗ = 5,149*1014 Кл, а ε = 9,167*108, а поляризационный (связанный) электрический заряд, который мы наблюдаем на поверхности Земли: 

q = 5,617*105 Кл.
Это расчётное значение всего на 1,46% отличается от указанного в БСЭ.

На главную

Просмотров: 2317 | Добавил: fizika97 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *:
Поиск
Календарь
«  Февраль 2014  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
2425262728
Архив записей
Друзья сайта
  • Создать сайт
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Все проекты компании
  • Copyright MyCorp © 2024
    Бесплатный хостинг uCoz