Elektrisk ladning og dens egenskaber

Fysiske processer, der finder sted i naturen, forklares ikke altid af virkningen af ​​lovene for molekylær-kinetisk teori, mekanik eller termodynamik. Der er også elektromagnetiske kræfter, der virker på afstand og ikke afhænger af kropsvægten.

Deres manifestationer blev først beskrevet i værker af gamle videnskabsmænd fra Grækenland, da de tiltrak lys, små partikler af individuelle stoffer med rav, gnides mod uld.

Historisk bidrag fra videnskabsmænd til udviklingen af ​​elektrodynamik

Eksperimenter med rav blev undersøgt i detaljer af den engelske forsker William Hilbert... I de sidste år af det 16. århundrede lavede han en redegørelse for sit arbejde og definerede objekter, der var i stand til at tiltrække andre kroppe på afstand med udtrykket "elektrificeret".

Den franske fysiker Charles Dufay konstaterede eksistensen af ​​ladninger med modsatte tegn: nogle blev dannet ved at gnide glasgenstande på silkestof, og andre - harpiks på uld. Det var, hvad han kaldte dem: glas og harpiks. Efter at have afsluttet forskningen introducerede Benjamin Franklin begrebet negative og positive ladninger.

Charles Visulka indser muligheden for at måle styrken af ​​ladninger ved at designe en torsionsbalance efter sin egen opfindelse.

Robert Milliken, baseret på en række eksperimenter, etablerede han den diskrete natur af de elektriske ladninger af ethvert stof, hvilket beviste, at de består af et vist antal elementarpartikler. (Ikke at forveksle med et andet koncept af dette udtryk - fragmentering, diskontinuitet.)

Disse videnskabsmænds værker tjente som grundlag for moderne viden om de processer og fænomener, der forekommer i de elektriske og magnetiske felter skabt af elektriske ladninger og deres bevægelse, studeret af elektrodynamik.

Fastsættelse af gebyrer og principper for deres interaktion

Elektrisk ladning karakteriserer egenskaberne af stoffer, der giver dem evnen til at skabe elektriske felter og interagere i elektromagnetiske processer. Det kaldes også mængden af ​​elektricitet og defineres som en fysisk skalær størrelse. Symbolerne "q" eller "Q" bruges til at angive ladning, og enheden "vedhæng" bruges i målinger, opkaldt efter den franske videnskabsmand, der udviklede en unik teknik.

Han skabte en enhed, hvis krop brugte bolde suspenderet på en tynd kvartstråd. De var orienteret i rummet på en bestemt måde, og deres position blev registreret efter en gradueret skala med lige store inddelinger.

Gennem et specielt hul i låget blev en anden bold med en ekstra ladning bragt til disse bolde. De resulterende kræfter af interaktion tvang boldene til at afbøje, til at rotere deres sving. Forskellen i skalaaflæsninger før og efter opladning gjorde det muligt at estimere mængden af ​​elektricitet i testprøverne.

En ladning på 1 coulomb er karakteriseret i SI-systemet ved, at en strøm på 1 ampere passerer gennem tværsnittet af en ledning i en tid svarende til 1 sekund.

Moderne elektrodynamik opdeler alle elektriske ladninger i:

• positiv;

• negativ.

Når de interagerer med hinanden, udvikler de kræfter, hvis retning afhænger af den eksisterende polaritet.

Ladninger af samme type, positive eller negative, frastøder altid i modsatte retninger, og har en tendens til at bevæge sig væk fra hinanden så langt som muligt. Og for ladninger med modsatte fortegn er der kræfter, der har en tendens til at samle dem og forene dem til én. .

Superpositionsprincip

Når der er flere ladninger i et bestemt volumen, fungerer superpositionsprincippet for dem.

Dens betydning er, at hver ladning på en bestemt måde, ifølge metoden diskuteret ovenfor, interagerer med alle de andre, bliver tiltrukket af modsætninger og frastødt af lignende. For eksempel påvirkes den positive ladning q1 af tiltrækningskraften F31 til den negative ladning q3 og frastødningskraften F21 fra q2.

Den resulterende kraft F1, der virker på q1, bestemmes af den geometriske summering af vektorerne F31 og F21. (F1 = F31 + F21).

Samme metode bruges til at bestemme de resulterende kræfter F2 og F3 på ladningerne henholdsvis q2 og q3.

Ved hjælp af superpositionsprincippet blev det konkluderet, at for et vist antal ladninger i et lukket system virker konstante elektrostatiske kræfter mellem alle dets legemer, og potentialet på et bestemt punkt i dette rum er lig med summen af ​​potentialerne af alle særskilt opkrævede gebyrer.

Driften af ​​disse love bekræftes af de oprettede enheder elektroskop og elektrometer, som har et fælles princip for drift.

Et elektroskop består af to identiske tynde folieplader ophængt i et isoleret rum på en ledende tråd fastgjort til en metalkugle. I en normal tilstand virker ladningerne ikke på denne bold, derfor hænger kronbladene frit i rummet inde i enhedens pære.

Hvordan kan ladning overføres mellem organer

Hvis du bringer et ladet legeme, såsom en stang, til kuglen på elektroskopet, så vil ladningen passere gennem kuglen langs en ledende tråd til kronbladene. De vil modtage den samme ladning og begynder at bevæge sig væk fra hinanden i en vinkel, der er proportional med mængden af ​​tilført elektricitet.

Elektrometeret har den samme grundlæggende struktur, men der er små forskelle: et kronblad er fastgjort ubevægeligt, og det andet bevæger sig væk fra det og er udstyret med en pil, der giver dig mulighed for at læse den graduerede skala.

Mellembærere kan bruges til at overføre ladning fra et fjernt stationært og ladet legeme til et elektrometer.

Målinger foretaget med et elektrometer har ikke en høj klasse af nøjagtighed, og på grundlag heraf er det vanskeligt at analysere de kræfter, der virker mellem ladninger. Coulomb torsion balance er mere velegnet til deres undersøgelse. De brugte bolde med diametre meget mindre end deres afstand fra hinanden. De har egenskaberne af punktladninger - ladede kroppe, hvis dimensioner ikke påvirker enhedens nøjagtighed.

Målingerne foretaget af Coulomb bekræftede hans antagelse om, at en punktladning overføres fra et ladet legeme til det samme i egenskaber og masse, men uladet på en sådan måde, at det er jævnt fordelt mellem dem, faldende med en faktor på 2 ved kilden.På den måde var det muligt at reducere gebyrets størrelse med to, tre og andre gange.

De kræfter, der eksisterer mellem stationære elektriske ladninger, kaldes coulombiske eller statiske interaktioner. De studeres af elektrostatik, som er en af ​​grenene af elektrodynamikken.

Typer af elektriske ladningsbærere

Moderne videnskab betragter den mindste negativt ladede partikelelektron, og positivt — positron... De har den samme masse 9,1 × 10-31 kg. Partikelprotonen har kun én positiv ladning og en masse på 1,7 × 10-27 kg. I naturen er antallet af positive og negative ladninger afbalanceret.

I metaller skabes elektronernes bevægelse elektricitet, og i halvledere er dens ladningsbærere elektroner og huller.

I gasser dannes strømmen ved bevægelse af ioner - ladede ikke-elementære partikler (atomer eller molekyler) med positive ladninger, kaldet kationer eller negative - anioner.

Ioner dannes af neutrale partikler.

En positiv ladning skabes i en partikel, der har mistet en elektron under påvirkning af en kraftig elektrisk udladning, lys eller radioaktiv stråling, vindstrøm, bevægelse af vandmasser eller en række andre årsager.

Negative ioner dannes af neutrale partikler, der desuden har modtaget en elektron.

Brugen af ​​ionisering til medicinske formål og hverdagsliv

Forskere har længe bemærket negative ioners evne til at påvirke den menneskelige krop, forbedre forbruget af ilt i luften, levere det hurtigere til væv og celler og fremskynde oxidationen af ​​serotonin.Alt dette i komplekset øger immuniteten betydeligt, forbedrer humøret, lindrer smerte.

Den første ionisator, der blev brugt til at behandle mennesker, hed Chizhevsky-lysekroner til ære for den sovjetiske videnskabsmand, der skabte en enhed, der har en gavnlig effekt på menneskers sundhed.

I moderne elektriske apparater til arbejde i hjemmet kan du finde indbyggede ionisatorer i støvsugere, luftfugtere, hårtørrere, hårtørrere ...

Særlige luftionisatorer renser dens sammensætning, reducerer mængden af ​​støv og skadelige urenheder.

Vandionisatorer er i stand til at reducere mængden af ​​kemiske reagenser i deres sammensætning. De bruges til at rense bassiner og søer, mætte vandet med kobber- eller sølvioner, der reducerer væksten af ​​alger, ødelægger vira og bakterier.

Nyttige udtryk og definitioner

Hvad er volumen elektrisk ladning

Dette er en elektrisk ladning fordelt over hele volumen.

Hvad er overflade elektrisk ladning

Det er en elektrisk ladning, der anses for at være fordelt over overfladen.

Hvad er en lineær elektrisk ladning

Det er en elektrisk ladning, der anses for at være fordelt langs en linje.

Hvad er volumentætheden af ​​elektrisk ladning

Det er en skalær størrelse, der karakteriserer fordelingen af ​​den elektriske volumenladning, svarende til grænsen for forholdet mellem volumenladningen og det volumenelement, hvori den er fordelt, når dette volumenelement har en tendens til nul.

Hvad er overfladens elektriske ladningstæthed

Det er en skalær størrelse, der kendetegner fordelingen af ​​den elektriske overfladeladning, svarende til grænsen for forholdet mellem den elektriske overfladeladning og overfladeelementet, som den er fordelt over, når dette overfladeelement har en tendens til nul.

Hvad er lineær elektrisk ladningstæthed

Det er en skalær størrelse, der karakteriserer fordelingen af ​​en lineær elektrisk ladning, lig med grænsen for forholdet mellem en lineær elektrisk ladning og et element af længden af ​​linjen, langs hvilken denne ladning er fordelt, når dette længdeelement har en tendens til nul .

Hvad er en elektrisk dipol

Det er et sæt af to-punkts elektriske ladninger af samme størrelse og modsatte fortegn og placeret i en meget lille afstand fra hinanden sammenlignet med afstanden fra dem til observationspunkterne.

Hvad er det elektriske moment af en elektrisk dipol

Det er en vektormængde lig med produktet af den absolutte værdi af en af ​​dipolens ladninger og afstanden mellem dem og rettet fra negativ til positiv ladning.

Hvad er kroppens elektriske moment

Det er en vektorstørrelse svarende til den geometriske sum af de elektriske momenter af alle de dipoler, der udgør det pågældende legeme. "Det elektriske moment af en given mængde stof" er defineret på lignende måde.