Sarcina electrică și proprietățile sale

Procesele fizice care au loc în natură nu sunt explicate întotdeauna prin acțiunea legilor teoriei molecular-cinetice, mecanicii sau termodinamicii. Există și forțe electromagnetice care acționează la distanță și nu depind de greutatea corpului.

Manifestările lor au fost descrise pentru prima dată în lucrările oamenilor de știință antici din Grecia, când au atras particule luminoase, mici de substanțe individuale cu chihlimbar, frecate de lână.

Contribuția istorică a oamenilor de știință la dezvoltarea electrodinamicii

Experimentele cu chihlimbarul au fost studiate în detaliu de către cercetătorul englez William Hilbert... În ultimii ani ai secolului al XVI-lea, el a făcut o seamă despre munca sa și a definit obiecte capabile să atragă de la distanță alte corpuri cu termenul „electrificat”.

Fizicianul francez Charles Dufay a stabilit existența încărcărilor cu semne opuse: unele s-au format prin frecarea obiectelor din sticlă pe țesătură de mătase, iar altele - rășini pe lână. Așa le numea: sticlă și rășină. După finalizarea cercetării, Benjamin Franklin a introdus conceptul de sarcini negative și pozitive.

Charles Visulka realizează posibilitatea de a măsura puterea sarcinilor prin proiectarea unei balanțe de torsiune din propria sa invenție.

Robert Milliken, pe baza unei serii de experimente, a stabilit natura discretă a sarcinilor electrice ale oricărei substanțe, demonstrând că acestea constau dintr-un anumit număr de particule elementare. (A nu se confunda cu un alt concept al acestui termen - fragmentare, discontinuitate.)

Lucrările acestor oameni de știință au servit drept bază pentru cunoașterea modernă a proceselor și fenomenelor care au loc în câmpurile electrice și magnetice create de sarcinile electrice și mișcarea acestora, studiate prin electrodinamică.

Determinarea taxelor și principiile interacțiunii lor

Sarcina electrică caracterizează proprietățile substanțelor care le oferă capacitatea de a crea câmpuri electrice și de a interacționa în procesele electromagnetice. Se mai numește și cantitatea de electricitate și este definită ca o cantitate scalară fizică. Simbolurile „q” sau „Q” sunt folosite pentru a indica sarcina, iar unitatea „Pendant” este folosită în măsurători, numită după omul de știință francez care a dezvoltat o tehnică unică.

A creat un dispozitiv, al cărui corp folosea bile suspendate pe un fir subțire de cuarț. Erau orientați într-un anumit mod în spațiu și poziția lor a fost înregistrată pe o scară gradată cu diviziuni egale.

Printr-o gaură specială din capac, la aceste bile a fost adusă o altă minge cu încărcare suplimentară. Forțele de interacțiune rezultate au forțat bilele să se devieze, să-și rotească balansul. Diferența dintre citirile la scară înainte și după încărcare a făcut posibilă estimarea cantității de electricitate din probele de testare.

O sarcină de 1 coulomb este caracterizată în sistemul SI de un curent de 1 amper care trece prin secțiunea transversală a unui fir într-un timp egal cu 1 secundă.

Electrodinamica modernă împarte toate sarcinile electrice în:

• pozitiv;

• negativ.

Când interacționează între ele, ei dezvoltă forțe a căror direcție depinde de polaritatea existentă.

Sarcinile de același tip, pozitive sau negative, se resping întotdeauna în direcții opuse, având tendința să se îndepărteze una de cealaltă pe cât posibil.Iar pentru sarcinile cu semne opuse există forțe care tind să le unească și să le unească într-una singură. .

Principiul suprapunerii

Când există mai multe sarcini într-un anumit volum, principiul suprapunerii funcționează pentru ele.

Sensul ei este că fiecare încărcătură într-un anumit fel, conform metodei discutate mai sus, interacționează cu toate celelalte, fiind atrasă de contrarii și respinsă de altele asemănătoare. De exemplu, sarcina pozitivă q1 este afectată de forța de atracție F31 la sarcina negativă q3 și de forța de respingere F21 de la q2.

Forța rezultată F1 care acționează asupra q1 este determinată de însumarea geometrică a vectorilor F31 și F21. (F1 = F31 + F21).

Aceeași metodă este utilizată pentru a determina forțele rezultate F2 și F3 asupra sarcinilor q2 și, respectiv, q3.

Folosind principiul suprapunerii, s-a ajuns la concluzia că pentru un anumit număr de sarcini dintr-un sistem închis, forțe electrostatice constante acționează între toate corpurile sale, iar potențialul în orice punct anume al acestui spațiu este egal cu suma potențialelor tuturor. taxe taxate separat.

Funcționarea acestor legi este confirmată de dispozitivele create electroscop și electrometru, care au un principiu comun de funcționare.

Un electroscop este format din două foi subțiri identice de folie suspendate într-un spațiu izolat pe un fir conductor atașat de o bilă de metal. În stare normală, încărcăturile nu acționează asupra acestei mingi, prin urmare petalele atârnă liber în spațiul din interiorul becului dispozitivului.

Cum poate fi transferată încărcarea între corpuri

Dacă aduceți un corp încărcat, cum ar fi o tijă, la bila electroscopului, atunci sarcina va trece prin minge de-a lungul unui fir conducător către petale. Vor primi aceeași sarcină și vor începe să se îndepărteze unul de celălalt la un unghi proporțional cu cantitatea de electricitate aplicată.

Electrometrul are aceeași structură de bază, dar există mici diferențe: o petală este fixată nemișcată, iar a doua se îndepărtează de ea și este echipată cu o săgeată care vă permite să citiți scara gradată.

Purtătorii intermediari pot fi utilizați pentru a transfera sarcina de la un corp staționar și încărcat îndepărtat la un electrometru.

Măsurătorile efectuate cu un electrometru nu au o clasă ridicată de precizie, iar pe baza lor este dificil de analizat forțele care acționează între sarcini. Balanța de torsiune Coulomb este mai potrivită pentru studiul lor. Au folosit bile cu diametre mult mai mici decât distanța dintre ele. Au proprietățile sarcinilor punctiforme - corpuri încărcate ale căror dimensiuni nu afectează precizia dispozitivului.

Măsurătorile făcute de Coulomb i-au confirmat ipoteza că o sarcină punctiformă este transferată de la un corp încărcat la același ca proprietăți și masă, dar neîncărcată în așa fel încât să fie distribuită uniform între ele, scăzând cu un factor de 2 la sursă.În acest fel, s-a putut reduce cuantumul taxei de două, trei și alte ori.

Forțele care există între sarcinile electrice staționare se numesc interacțiuni coulombice sau statice. Ele sunt studiate de electrostatică, care este una dintre ramurile electrodinamicii.

Tipuri de purtători de sarcină electrică

Știința modernă consideră cel mai mic electron de particule încărcate negativ, iar pozitiv — pozitronul... Au aceeași masă 9,1 × 10-31 kilograme. Particula de proton are o singură sarcină pozitivă și o masă de 1,7 × 10-27 kilograme. În natură, numărul de sarcini pozitive și negative este echilibrat.

În metale se creează mișcarea electronilor electricitate, iar în semiconductori purtătorii săi de sarcină sunt electronii și găurile.

În gaze, curentul este format prin mișcarea ionilor - particule neelementale încărcate (atomi sau molecule) cu sarcini pozitive, numite cationi sau anioni negativi.

Ionii sunt formați din particule neutre.

O sarcină pozitivă este creată într-o particulă care și-a pierdut un electron sub influența unei descărcări electrice puternice, a radiațiilor luminoase sau radioactive, a fluxului vântului, a mișcării maselor de apă sau a unui număr de alte motive.

Ionii negativi sunt formați din particule neutre care au primit suplimentar un electron.

Utilizarea ionizării în scopuri medicale și în viața de zi cu zi

Cercetătorii au observat de multă vreme capacitatea ionilor negativi de a afecta corpul uman, de a îmbunătăți consumul de oxigen din aer, de a-l livra mai repede țesuturilor și celulelor și de a accelera oxidarea serotoninei.Toate acestea în complex măresc semnificativ imunitatea, îmbunătățesc starea de spirit, ameliorează durerea.

Primul ionizator folosit pentru tratarea oamenilor a fost numit candelabre Chizhevsky, în onoarea savantului sovietic care a creat un dispozitiv care are un efect benefic asupra sănătății umane.

În aparatele electrice moderne pentru lucru într-un mediu acasă, puteți găsi ionizatoare încorporate în aspiratoare, umidificatoare de aer, uscătoare de păr, uscătoare de păr...

Ionizatoarele speciale de aer purifică compoziția acestuia, reduc cantitatea de praf și impuritățile dăunătoare.

Ionizatoarele de apă sunt capabile să reducă cantitatea de reactivi chimici din compoziția lor. Sunt folosite pentru curățarea piscinelor și lacurilor, saturând apa cu ioni de cupru sau argint care reduc creșterea algelor, distrug virușii și bacteriile.

Termeni și definiții utili

Ce este sarcina electrică de volum

Aceasta este o sarcină electrică distribuită în întreg volumul.

Ce este sarcina electrică de suprafață

Este o sarcină electrică care se consideră a fi distribuită pe suprafață.

Ce este o sarcină electrică liniară

Este o sarcină electrică care este considerată a fi distribuită de-a lungul unei linii.

Care este densitatea de volum a sarcinii electrice

Este o mărime scalară care caracterizează distribuția sarcinii electrice de volum, egală cu limita raportului dintre sarcina de volum și elementul de volum în care este distribuită atunci când acest element de volum tinde spre zero.

Care este densitatea sarcinii electrice de suprafață

Este o mărime scalară care caracterizează distribuția sarcinii electrice de suprafață, egală cu limita raportului dintre sarcina electrică de suprafață și elementul de suprafață peste care este distribuită atunci când acest element de suprafață tinde spre zero.

Ce este densitatea liniară a sarcinii electrice

Este o mărime scalară care caracterizează distribuția unei sarcini electrice liniare, egală cu limita raportului dintre o sarcină electrică liniară și un element de lungimea liniei de-a lungul căruia este distribuită această sarcină atunci când acest element de lungime tinde spre zero. .

Ce este un dipol electric

Este un set de două sarcini electrice punctuale egale ca mărime și opuse ca semn și situate la o distanță foarte mică unele de altele în comparație cu distanța dintre ele și punctele de observare.

Care este momentul electric al unui dipol electric

Este o mărime vectorială egală cu produsul dintre valoarea absolută a uneia dintre sarcinile dipolului și distanța dintre ele și direcționată de la sarcina negativă la cea pozitivă.

Care este momentul electric al corpului

Este o mărime vectorială egală cu suma geometrică a momentelor electrice ale tuturor dipolilor care alcătuiesc corpul luat în considerare. „Momentul electric al unui volum dat de materie” este definit într-un mod similar.