Физика для поступающих в вузы - Бутиков Е.И.
Скачать (прямая ссылка):
198 ГАЗЫ, ЖИДКОСТИ, ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ
100 °С давление насыщенного пара воды равно нормальному атмосферному. В • четыреххлористом углероде пузырьки содержат только пары СС14 и давление насыщенных паров равно атмосферному при 76,7 °С.
На границе раздела этих жидкостей пузырьки содержат как пары СС14, так и пары воды. Давление в этих пузырьках, на основании закона Дальтона, равно сумме парциальных давлений паров воды и СС14. Поэтому давление, равное атмосферному, установится в пузырьках, находящихся на границе, при температуре, меньшей 76,7 °С. При этой температуре и начинается кипение на границе раздела. Опыт показывает, что это происходит при температуре 65,5 °С. Эту температуру можно установить без опыта, подбирая такую температуру по таблицам зависимости давления насыщенных паров воды и СС14 от температуры, при которой сумма давлений равна атмосферному. При 65,5 °С давление паров воды составляет 192 мм рт. ст., а давление паров СС14 — 568 мм рт. ст. Используя эти цифры, можно сделать вывод, что в каждом пузырьке, образовавшемся на границе раздела, молекул СС14 будет почти в три раза больше, чем молекул воды. А так как и масса молекулы четыреххлористого углерода в девять раз больше массы молекулы воды, то его испарение происходит почти в 25 раз быстрее, чем испарение воды. Наблюдая кипение в пограничном слое в течение некоторого времени, можно убедиться, что нижний слой СС14 выкипает значительно быстрее, чем верхний слой воды.
3. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО Й МАГНЕТИЗМ
ЭЛЕКТРОСТАТИКА
§ 1. Заряд и поле. Закон сохранения электрического заряда.
Принцип суперпозиции. Теорема Гаусса
Электрический заряд и электрическое поле — первичные понятия. Бессмысленно было бы пытаться определить их через другие, более простые понятия. Все, что мы можем сделать,— это описать их свойства.
Важнейшим известным из опыта свойством электрического заряда является закон его сохранения: в изолированной системе алгебраическая сумма зарядов' всех тел остается неизменной. Справедливость этого закона подтверждается не только в чисто электростатических явлениях, но и в наблюдениях над огромным число^ превращений элементарных частиц. Сохранение заряда — это один из самых фундаментальных законов природы. Не известно ни одного случая его нарушения.
Заряд макроскопического тела определяется суммарным зарядом элементарных частиц, из которых состоит это тело. Зарядить макроскопическое тело можно, только изменив число содержащихся в нем заряженных элементарных частиц. Но заряд самбй элементарной частицы является ее неотъемлемым свойством, присущим ей от природы. «Зарядить» элементарную частицу, т. е. изменить ее заряд, нельзя — мы просто получим при этом другую частицу. Величина заряда всех заряженных элементарных частиц одна и та же и составляет 1,6*10“19 Кл (или4,8-10_10СГСЭ-ед. заряда). Электрический заряд частицы является ее фундаментальной характеристикой и не зависит ни от выбора системы отсчета, ни от состояния движения частицы, ни от ее взаимодействия с другими частицами.
200
ЭЛЕКТРОСТАТИКА
Взаимодействие электрических зарядов, находящихся в покое, описывается законом Кулона. Этот закон устанав* ливает зависимость силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме от ИХ величин qx и q% и расстояния г между ними. В международной системе единиц СИ аакой имеет вид
f = (1.1)
4яе0 /-3 ' '
Электрические заряды наделяют окружающее их про» странство особыми физическими свойствами — создают электрическое поле. Основным свойством поля является то, что на находящуюся в этом поле заряженную частицу действует некоторая сила, т. е. взаимодействие электриче* ских зарядов осуществляется посредством создаваемых ими полей. _
Поле, создаваемое неподвижными зарядами, не меняется со временем и называется электростатическим. Силовой характеристикой электростатйческого поля является напряженность Е, измеряемая силой, действующей на единичный положительный пробный заряд. Поле, создаваемое уединенным точечным зарядом q, является сферически симметричным; величину его напряженности с помощью закона Кулона можно представить в виде
Е=Ш.Т*- ' <‘-2>
Энергетической характеристикой электростатического поля является потенциал ср, измеряемый работой, совершаемой силами поля при перемещении единичного положительного заряда из данной точки поля в некоторую точку, потенциал которой принят равным нулю. Физический смысл имеет только разность потенциалов между рассматриваемыми точками, а не абсолютные значения потенциалов точек. Существование потенциала как энергетической характеристики точки поля связано с тем, что работа сил поля при перемещении заряда не зависит от формы траектории, а определяется положением начальной и конечной точек. Поля, обладающие таким свойством, называются потенциальными.
При рассмотрении электростатического поля точечного заряда удобно в качестве точки с нулевым потенциалом
