Ładunek elektryczny i jego właściwości

Procesy fizyczne zachodzące w przyrodzie nie zawsze dają się wytłumaczyć działaniem praw teorii kinetyki molekularnej, mechaniki czy termodynamiki. Istnieją również siły elektromagnetyczne, które działają na odległość i nie zależą od masy ciała.

Ich przejawy zostały po raz pierwszy opisane w pracach starożytnych naukowców z Grecji, kiedy przyciągały lekkie, drobne cząsteczki poszczególnych substancji z bursztynem, wcierane w wełnę.

Historyczny wkład naukowców w rozwój elektrodynamiki

Eksperymenty z bursztynem szczegółowo przestudiował angielski badacz William Hilbert... W ostatnich latach XVI wieku opisał swoją pracę i zdefiniował przedmioty zdolne do przyciągania innych ciał z odległości terminem "naelektryzowany".

Francuski fizyk Charles Dufay ustalił istnienie ładunków o przeciwnych znakach: niektóre powstały przez pocieranie szklanych przedmiotów o jedwabną tkaninę, a inne - żywice o wełnę. Tak je nazwał: szkło i żywica. Po zakończeniu badań Benjamin Franklin wprowadził pojęcie ładunków ujemnych i dodatnich.

Charles Visulka realizuje możliwość pomiaru siły ładunków konstruując wagę torsyjną własnego wynalazku.

Robert Milliken na podstawie serii eksperymentów ustalił dyskretny charakter ładunków elektrycznych dowolnej substancji, dowodząc, że składają się one z pewnej liczby cząstek elementarnych. (Nie mylić z innym pojęciem tego terminu — fragmentacją, nieciągłością).

Prace tych naukowców posłużyły za podstawę współczesnej wiedzy o procesach i zjawiskach zachodzących w polach elektrycznych i magnetycznych tworzonych przez ładunki elektryczne i ich ruch, badanych przez elektrodynamikę.

Ustalenie opłat i zasad ich interakcji

Ładunek elektryczny charakteryzuje właściwości substancji, które zapewniają im zdolność do tworzenia pól elektrycznych i interakcji w procesach elektromagnetycznych. Nazywana jest również ilością energii elektrycznej i jest definiowana jako fizyczna wielkość skalarna. Symbole „q” lub „Q” są używane do oznaczenia ładunku, a jednostka „Wisiorek” jest używana w pomiarach, nazwana na cześć francuskiego naukowca, który opracował unikalną technikę.

Stworzył urządzenie, którego korpus wykorzystywał kulki zawieszone na cienkiej nitce kwarcu. Zostali oni zorientowani w przestrzeni w określony sposób, a ich położenie zapisywano na stopniowanej skali z równymi podziałami.

Przez specjalny otwór w pokrywie doprowadzano do tych kulek kolejną kulkę z dodatkowym ładunkiem. Wynikające z tego siły interakcji zmusiły kulki do odchylenia, do obrócenia ich huśtawki. Różnica wskazań wagi przed i po ładowaniu pozwoliła na oszacowanie ilości energii elektrycznej w testowanych próbkach.

Ładunek 1 kulomba charakteryzuje się w układzie SI przepływem prądu o natężeniu 1 ampera przez przekrój poprzeczny drutu w czasie równym 1 sekundzie.

Współczesna elektrodynamika dzieli wszystkie ładunki elektryczne na:

• pozytywny;

• negatywny.

Oddziałując na siebie, rozwijają siły, których kierunek zależy od istniejącej biegunowości.

Ładunki tego samego typu, dodatnie lub ujemne, zawsze odpychają się w przeciwnych kierunkach, dążąc do jak najdalszego oddalenia się od siebie.A w przypadku ładunków o przeciwnych znakach istnieją siły, które dążą do ich zbliżenia i połączenia w jedno. .

Zasada superpozycji

Gdy w określonej objętości znajduje się kilka ładunków, działa dla nich zasada superpozycji.

Oznacza to, że każdy ładunek w określony sposób, zgodnie z metodą omówioną powyżej, oddziałuje ze wszystkimi innymi, przyciągany przez przeciwieństwa i odpychany przez podobne. Na przykład na ładunek dodatni q1 działa siła przyciągania F31 do ładunku ujemnego q3 i siła odpychania F21 od q2.

Wynikowa siła F1 działająca na q1 jest określona przez sumowanie geometryczne wektorów F31 i F21. (F1 = F31 + F21).

W ten sam sposób wyznacza się wypadkowe siły F2 i F3 działające odpowiednio na ładunki q2 i q3.

Korzystając z zasady superpozycji, wywnioskowano, że dla pewnej liczby ładunków w układzie zamkniętym między wszystkimi jego ciałami działają stałe siły elektrostatyczne, a potencjał w dowolnym punkcie tej przestrzeni jest równy sumie potencjałów wszystkich oddzielnie pobierane opłaty.

Działanie tych praw potwierdzają stworzone urządzenia elektroskop i elektrometr, które mają wspólną zasadę działania.

Elektroskop składa się z dwóch identycznych cienkich arkuszy folii zawieszonych w izolowanej przestrzeni na przewodzącej nici przymocowanej do metalowej kuli. W stanie normalnym ładunki nie działają na tę kulkę, dlatego płatki zwisają swobodnie w przestrzeni wewnątrz bańki urządzenia.

Jak można przenosić ładunek między ciałami

Jeśli przyniesiesz naładowane ciało, takie jak pręt, do kulki elektroskopu, ładunek przejdzie przez kulkę wzdłuż przewodzącej nici do płatków. Otrzymają ten sam ładunek i zaczną oddalać się od siebie pod kątem proporcjonalnym do ilości zastosowanej energii elektrycznej.

Elektrometr ma tę samą podstawową budowę, ale istnieją niewielkie różnice: jeden płatek jest nieruchomy, a drugi odsuwa się od niego i jest wyposażony w strzałkę, która pozwala odczytać podziałkę.

Nośników pośrednich można użyć do przeniesienia ładunku z odległego nieruchomego i naładowanego ciała do elektrometru.

Pomiary wykonane elektrometrem nie mają wysokiej klasy dokładności, a na ich podstawie trudno jest analizować siły działające między ładunkami. Równowaga skrętna kulombowska jest bardziej odpowiednia do ich badań. Użyli kulek o średnicach znacznie mniejszych niż ich odległość od siebie. Mają właściwości ładunków punktowych — naładowanych ciał, których wymiary nie wpływają na dokładność urządzenia.

Pomiary wykonane przez Coulomba potwierdziły jego założenie, że ładunek punktowy jest przenoszony z naładowanego ciała na to samo pod względem właściwości i masy, ale nienaładowany w taki sposób, że jest równomiernie rozłożony między nimi, zmniejszając się dwukrotnie u źródła.W ten sposób można było obniżyć wysokość opłaty dwu, trzy i jeszcze raz.

Siły występujące między nieruchomymi ładunkami elektrycznymi nazywane są oddziaływaniami kulombowskimi lub statycznymi. Są badane przez elektrostatykę, która jest jedną z gałęzi elektrodynamiki.

Rodzaje nośników ładunku elektrycznego

Współczesna nauka bierze pod uwagę najmniejszą cząstkę naładowaną ujemnie elektron, a pozytywnie — pozyton... Mają tę samą masę 9,1 × 10-31 kilogramów. Proton cząstki ma tylko jeden ładunek dodatni i masę 1,7 × 10-27 kilogramów. W naturze liczba ładunków dodatnich i ujemnych jest zrównoważona.

W metalach powstaje ruch elektronów Elektryczność, aw półprzewodnikach jego nośnikami ładunku są elektrony i dziury.

W gazach prąd powstaje w wyniku ruchu jonów — naładowanych cząstek nieelementarnych (atomów lub cząsteczek) o ładunkach dodatnich, zwanych kationami, lub ujemnych — anionów.

Jony powstają z cząstek obojętnych.

Ładunek dodatni powstaje w cząstce, która utraciła elektron pod wpływem silnego wyładowania elektrycznego, promieniowania świetlnego lub radioaktywnego, przepływu wiatru, ruchu mas wody lub z wielu innych przyczyn.

Jony ujemne powstają z neutralnych cząstek, które dodatkowo otrzymały elektron.

Wykorzystanie jonizacji do celów medycznych i życia codziennego

Naukowcy od dawna zauważyli zdolność jonów ujemnych do oddziaływania na organizm człowieka, poprawiania zużycia tlenu w powietrzu, szybszego dostarczania go do tkanek i komórek oraz przyspieszania utleniania serotoniny.Wszystko to w kompleksie znacznie zwiększa odporność, poprawia nastrój, łagodzi ból.

Pierwszy jonizator używany do leczenia ludzi został nazwany żyrandolami Chiżewskiego, na cześć radzieckiego naukowca, który stworzył urządzenie, które ma korzystny wpływ na zdrowie człowieka.

W nowoczesnych urządzeniach elektrycznych do pracy w warunkach domowych można spotkać wbudowane jonizatory w odkurzaczach, nawilżaczach powietrza, suszarkach do włosów, suszarkach do włosów...

Specjalne jonizatory powietrza oczyszczają jego skład, zmniejszają ilość kurzu i szkodliwych zanieczyszczeń.

Jonizatory wody są w stanie zredukować ilość odczynników chemicznych w swoim składzie. Służą do czyszczenia basenów i jezior, nasycając wodę jonami miedzi lub srebra, które ograniczają rozwój glonów, niszczą wirusy i bakterie.

Przydatne terminy i definicje

Co to jest ładunek elektryczny objętościowy

Jest to ładunek elektryczny rozłożony w całej objętości.

Co to jest ładunek elektryczny powierzchniowy

Jest to ładunek elektryczny, który uważa się za rozłożony na powierzchni.

Co to jest liniowy ładunek elektryczny

Jest to ładunek elektryczny, który uważa się za rozłożony wzdłuż linii.

Jaka jest gęstość objętościowa ładunku elektrycznego

Jest to wielkość skalarna charakteryzująca rozkład objętościowego ładunku elektrycznego, równa granicy stosunku ładunku objętościowego do elementu objętościowego, w którym jest on rozłożony, gdy ten element objętościowy dąży do zera.

Jaka jest gęstość powierzchniowego ładunku elektrycznego

Jest to wielkość skalarna charakteryzująca rozkład powierzchniowego ładunku elektrycznego, równa granicy stosunku powierzchniowego ładunku elektrycznego do elementu powierzchniowego, na którym jest on rozłożony, gdy ten element powierzchniowy dąży do zera.

Co to jest liniowa gęstość ładunku elektrycznego

Jest to wielkość skalarna charakteryzująca rozkład liniowego ładunku elektrycznego, równa granicy stosunku liniowego ładunku elektrycznego do elementu długości linii, wzdłuż której ten ładunek jest rozłożony, gdy ten element długości dąży do zera .

Co to jest dipol elektryczny

Jest to zbiór dwóch punktowych ładunków elektrycznych o równych co do wielkości i przeciwnych znakach, znajdujących się w bardzo małej odległości od siebie w porównaniu z odległością od nich do punktów obserwacyjnych.

Jaki jest moment elektryczny dipola elektrycznego

Jest to wielkość wektorowa równa iloczynowi wartości bezwzględnej jednego z ładunków dipola i odległości między nimi, skierowana od ładunku ujemnego do dodatniego.

Jaki jest moment elektryczny ciała

Jest to wielkość wektorowa równa sumie geometrycznej momentów elektrycznych wszystkich dipoli tworzących rozważane ciało. W podobny sposób definiuje się „moment elektryczny danej objętości materii”.