Строение атома. Проводники и диэлектрики.
Закон сохранения электрического заряда

Опорный конспект по физике в 8 классе по темам «Носители электрических зарядов. Строение атома. Проводники и диэлектрики. Закон сохранения электрического заряда». Обновлен 15.08.2026 г. Проверяемые элементы содержания (ПЭС):
👉 ФОП ООО: 7.4. Носители электрических зарядов. Элементарный электрический заряд. Строение атома. Проводники и диэлектрики. 7.5. Закон сохранения электрического заряда.
👉 ОГЭ: 3.5 Носители электрических зарядов. Действие электрического поля на электрические заряды. Проводники и диэлектрики. 3.3 Закон сохранения электрического заряда.
Вернуться к Списку конспектов по физике

Прежде чем заглянуть внутрь атома, давайте вспомним, как люди догадались, что он вообще существует.
• Древняя Греция (Демокрит): Философ предположил, что всё состоит из мельчайших неделимых частиц — атомов (от греч. atomos — неделимый). Это была гениальная догадка, но без доказательств.
• Начало XIX века (Джон Дальтон): Доказал, что каждый химический элемент состоит из атомов своего вида, и создал первую научную атомную теорию. Он считал атомы твёрдыми, неделимыми шариками.
• Конец XIX века: Открытие электрона (Томсон, 1897) разрушило идею о неделимости атома. Выяснилось, что внутри атома есть более мелкие частицы.

Модели строения атомов. Опыты Резерфорда

После открытия электрона учёные ломали голову: как устроен атом?

Модель Томсона («Пудинг с изюмом»): Томсон предположил, что атом — это положительно заряженный шар, внутри которого вкраплены отрицательные электроны, как изюм в пудинге. Эта модель казалась логичной, но прожила недолго.

Опыт Резерфорда (1911 год) — Переломный момент: Эрнест Резерфорд провёл гениальный эксперимент. Он бомбардировал тончайшую золотую фольгу альфа-частицами (положительно заряженными ядрами гелия).
• Ожидание (по модели Томсона): Все альфа-частицы должны были пролетать сквозь фольгу, лишь слегка отклоняясь.
• Реальность: Большинство частиц пролетели прямо, но некоторые отклонялись на большие углы, а единицы (1 из 10 000) отскакивали обратно!
Вывод Резерфорда (Планетарная модель):
1. Атом почти пустой (раз частицы летят прямо).
2. В центре атома находится маленькое, но очень плотное и положительно заряженное ядро (именно оно отбросило часть частиц назад).
3. Вокруг ядра на огромных (по сравнению с ядром) расстояниях вращаются лёгкие отрицательные электроны — как планеты вокруг Солнца.

Строение ядра атома. Протоны и нейтроны

Позже выяснилось, что ядро тоже имеет структуру.
📌 Ядро атома состоит из протонов и нейтронов (кроме водорода-1, у него ядро — один протон).

• Протон (\( p \)): Положительно заряженная частица. Заряд протона равен \( +1,6 \cdot 10^{-19} \, Кл \). Масса протона примерно в 1836 раз больше массы электрона.
• Нейтрон (\( n \)): Нейтральная (не имеющая заряда) частица. Масса почти равна массе протона. Она нужна, чтобы скреплять протоны в ядре (иначе они бы разлетелись из-за кулоновского отталкивания).
• Электрон (\( e^- \)): Отрицательно заряженная частица, вращающаяся вокруг ядра. Заряд электрона \( -1,6 \cdot 10^{-19} \, Кл \).

Почему атом в целом нейтрален? В невозбуждённом атоме число протонов в ядре равно числу электронов на орбитах. Положительные и отрицательные заряды компенсируют друг друга.

Ионы (Когда баланс нарушается)

А что произойдёт, если атом потеряет или присоединит электрон? Он перестанет быть нейтральным.
📌 Ион — это заряженная частица, образующаяся из атома (или молекулы) в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов.
• Положительный ион (катион): Атом отдал один или несколько электронов (например, \( Na^+ \), \( Ca^{2+} \)). Заряд стал \( + \).
• Отрицательный ион (анион): Атом присоединил лишние электроны (например, \( Cl^- \), \( O^{2-} \)). Заряд стал \( — \).

Где встречаются ионы?
• В солях (поваренная соль \( NaCl \) состоит из ионов \( Na^+ \) и \( Cl^- \)).
• В электролитах (растворы кислот, солей, щелочей), где они обеспечивают протекание тока.
• В газах (при сильном нагреве или облучении молекулы распадаются на ионы).

Носители электрических зарядов в разных средах

Теперь, зная строение атома, мы можем понять, кто именно переносит заряд в разных материалах.

Проводники и диэлектрики: микроскопическая разница

Проводники — это вещества, в которых есть свободные носители заряда.
• Примеры: Металлы (медь, алюминий, железо), графит, водопроводная вода.
• Применение: Провода, обкладки конденсаторов, заземление.

Диэлектрики (изоляторы) — это вещества, где все электроны прочно связаны со своими атомами. Свободных носителей почти нет.
• Примеры: Резина, стекло, пластик, дерево, дистиллированная вода.
• Применение: Изоляция проводов, корпуса приборов, рукоятки инструментов.

Важный эффект (Поляризация диэлектриков): Если внести диэлектрик в электрическое поле, его нейтральные молекулы чуть-чуть поворачиваются (или смещаются электронные облака). На одной стороне образуется небольшой «+», на другой «–». Сам диэлектрик не проводит ток, но его поверхность покрывается связанными зарядами. Именно на этом основан принцип работы конденсаторов (диэлектрик между обкладками усиливает их ёмкость).

Элементарный электрический заряд и его квантование

Эксперименты показали, что заряд не может быть бесконечно малым. Существует минимальный, «неделимый» кусочек заряда.

📌 Элементарный заряд (\( e \)) — это минимальный электрический заряд, который может существовать в природе в свободном состоянии.

\( e = 1,6 \cdot 10^{-19} \, Кл \)

Квантование заряда: Любой заряд \( q \) всегда кратен элементарному:

\( q = N \cdot e \),

где \( N \) — целое число (1, 2, 3…).
Это значит, что нельзя получить заряд \( 0,5e \) или \( 0,3e \). Заряд «дискретный», он состоит из целого числа электронов или протонов.

Делимость электрического заряда. Эксперименты Иоффе и Милликена

Как учёные догадались, что заряд делится не до бесконечности, а до \( e \)?

• Опыт Милликена (1910): Он брал крошечные заряженные капельки масла и подвешивал их между пластинами конденсатора, подбирая напряжение так, чтобы сила тяжести уравновесилась кулоновской силой. Снова и снова он получал заряды, кратные \( 1,6 \cdot 10^{-19} \, Кл \). Так он доказал, что заряд электрона — это минимальный «кирпичик» электричества.
• Опыты А.Ф. Иоффе (в СССР): Проводил похожие эксперименты с металлическими пылинками и подтвердил выводы Милликена.

Закон сохранения электрического заряда

Теперь, когда мы знаем про электроны и ионы, закон сохранения заряда становится очевидным.

📌 Закон сохранения электрического заряда:
В замкнутой системе алгебраическая сумма электрических зарядов всех тел (или частиц) остаётся постоянной при любых взаимодействиях.
Математически:

\( q_1 + q_2 + q_3 + … = const \)

📌 Единица заряда в СИ — Кулон (Кл): \( 1 \, Кл \) — это колоссальный заряд (его практически невозможно получить трением, это заряд, проходящий за 1 секунду через нить лампочки накаливания в 1 Ампер).

Иллюстрация на примерах:
1. Электризация трением: Эбонит + шерсть. Суммарный заряд до трения = 0. После трения: эбонит (–), шерсть (+). Сумма = 0. Заряд не создался, он просто перераспределился (электроны перешли с шерсти на эбонит).
2. Ядерная реакция: При распаде нейтрона (\( n \)) образуются протон (\( p \)) и электрон (\( e^- \)). Заряд нейтрона = 0. Заряд протона = +1e, электрона = –1e. Сумма = 0. Закон сохранения заряда работает даже внутри ядра!
3. В замкнутой электрической цепи: Сколько заряда уходит из источника тока, столько же приходит обратно. Сумма зарядов в цепи не меняется (принцип непрерывности тока).

Демонстрации и мини-эксперименты

Электроскоп: Подносим заряженную палочку к шарику электроскопа (не касаясь!). Листочки расходятся (индукция). Убираем палочку — листочки опадают (заряды вернулись). Это доказывает перераспределение зарядов без изменения их суммы.

Контакт: Касаемся электроскопа заряженной палочкой. Листочки расходятся и остаются в таком положении. Часть заряда перешла на электроскоп. Закон сохранения: заряд палочки уменьшился, но сумма их зарядов осталась той же, что и была до касания.

Практический блок (Решение задач)

ЗАДАЧА №1 (Квантование заряда)

Условие: Тело несёт заряд \( q = -4,8 \cdot 10^{-18} \, Кл \). Сколько избыточных электронов находится на этом теле? (\( e = 1,6 \cdot 10^{-19} \, Кл \)).
Решение:
\( N = \frac{|q|}{e} = \frac{4,8 \cdot 10^{-18}}{1,6 \cdot 10^{-19}} = \frac{4,8}{1,6} \cdot 10^{(-18 — (-19))} = 3 \cdot 10^{1} = 30 \).
Ответ: 30 электронов.

ЗАДАЧА №2 (Сохранение заряда при контакте)

Условие: Два одинаковых металлических шарика имеют заряды \( q_1 = -6 \cdot 10^{-9} \, Кл \) и \( q_2 = +2 \cdot 10^{-9} \, Кл \). Их привели в соприкосновение, а затем развели. Какой заряд стал у каждого шарика?
Решение:
1. Суммарный заряд системы до контакта: \( Q_{сум} = -6 + 2 = -4 \cdot 10^{-9} \, Кл \).
2. По закону сохранения заряда после контакта суммарный заряд останется таким же: \( Q_{сум} = -4 \cdot 10^{-9} \, Кл \).
3. Так как шарики одинаковые, после контакта заряд распределится поровну: \( q_{нов} = \frac{Q_{сум}}{2} = \frac{-4 \cdot 10^{-9}}{2} = -2 \cdot 10^{-9} \, Кл \).
Ответ: Каждый шарик будет иметь заряд \( -2 \cdot 10^{-9} \, Кл \).

КОРОТКО О ГЛАВНОМ (ИТОГИ)

❓ Вопрос на подумать: Если в проводнике (металле) есть свободные электроны, почему они просто не «убегают» из него в воздух?

Подсказка: Чтобы вырвать электрон из металла, нужно совершить работу (работа выхода). При обычной температуре у электронов не хватает энергии. Но если нагреть металл или создать очень сильное внешнее поле, электроны могут покинуть проводник — мы перейдём к теме электрического тока и эмиссии электронов.

Конспект урока «Носители электрических зарядов. Строение атома. Проводники и диэлектрики. Закон сохранения электрического заряда».

Конспект урока по физике для 8 класса «». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по физике для 7-11 классов
• Найти конспект через Кодификатор ОГЭ по физике
• Найти конспект через Кодификатор ЕГЭ по физике