Elektrisk ladning og dens egenskaper

Fysiske prosesser som finner sted i naturen er ikke alltid forklart av virkningen av lovene til molekylær-kinetisk teori, mekanikk eller termodynamikk. Det er også elektromagnetiske krefter som virker på avstand og ikke er avhengig av kroppsvekt.

Deres manifestasjoner ble først beskrevet i verkene til eldgamle forskere fra Hellas, da de tiltrakk lys, små partikler av individuelle stoffer med rav, gnidd mot ull.

Historisk bidrag fra forskere til utviklingen av elektrodynamikk

Eksperimenter med rav ble studert i detalj av den engelske forskeren William Hilbert... I de siste årene av 1500-tallet gjorde han en redegjørelse for arbeidet sitt og definerte objekter som var i stand til å tiltrekke seg andre kropper på avstand med begrepet «elektrifisert».

Den franske fysikeren Charles Dufay etablerte eksistensen av ladninger med motsatte tegn: noen ble dannet ved å gni glassgjenstander på silkestoff, og andre - harpiks på ull. Det var det han kalte dem: glass og harpiks. Etter å ha fullført forskningen introduserte Benjamin Franklin konseptet med negative og positive ladninger.

Charles Visulka innser muligheten for å måle styrken til ladninger ved å designe en torsjonsbalanse etter sin egen oppfinnelse.

Robert Milliken, basert på en serie eksperimenter, etablerte han den diskrete naturen til de elektriske ladningene til ethvert stoff, og beviste at de består av et visst antall elementærpartikler. (Ikke å forveksle med et annet konsept av dette begrepet - fragmentering, diskontinuitet.)

Arbeidene til disse forskerne tjente som grunnlaget for moderne kunnskap om prosessene og fenomenene som oppstår i de elektriske og magnetiske feltene skapt av elektriske ladninger og deres bevegelse, studert av elektrodynamikk.

Fastsettelse av gebyrer og prinsipper for deres samhandling

Elektrisk ladning karakteriserer egenskapene til stoffer som gir dem evnen til å skape elektriske felt og samhandle i elektromagnetiske prosesser. Det kalles også mengden elektrisitet og er definert som en fysisk skalarmengde. Symbolene "q" eller "Q" brukes for å indikere ladning, og enheten "Anheng" brukes i målinger, oppkalt etter den franske forskeren som utviklet en unik teknikk.

Han skapte en enhet, hvis kropp brukte kuler suspendert på en tynn tråd av kvarts. De var orientert i rommet på en bestemt måte, og deres posisjon ble registrert mot en gradert skala med like inndelinger.

Gjennom et spesielt hull i lokket ble en annen ball med en ekstra ladning brakt til disse ballene. De resulterende samhandlingskreftene tvang ballene til å bøye seg, til å rotere svingen. Forskjellen i skalaavlesninger før og etter lading gjorde det mulig å estimere mengden elektrisitet i testprøvene.

En ladning på 1 coulomb er karakterisert i SI-systemet ved at en strøm på 1 ampere passerer gjennom tverrsnittet av en ledning i løpet av en tid lik 1 sekund.

Moderne elektrodynamikk deler alle elektriske ladninger inn i:

• positiv;

• negativ.

Når de samhandler med hverandre, utvikler de krefter hvis retning avhenger av den eksisterende polariteten.

Ladninger av samme type, positive eller negative, frastøter alltid i motsatte retninger, og har en tendens til å bevege seg bort fra hverandre så langt som mulig.Og for ladninger med motsatte fortegn er det krefter som har en tendens til å bringe dem sammen og forene dem til ett. .

Prinsippet for superposisjon

Når det er flere ladninger i et visst volum, fungerer superposisjonsprinsippet for dem.

Dens betydning er at hver ladning på en bestemt måte, i henhold til metoden diskutert ovenfor, samhandler med alle de andre, blir tiltrukket av motsetninger og frastøtt av lignende. For eksempel påvirkes den positive ladningen q1 av tiltrekningskraften F31 til den negative ladningen q3 og frastøtningskraften F21 fra q2.

Den resulterende kraften F1 som virker på q1 bestemmes av den geometriske summeringen av vektorene F31 og F21. (F1 = F31 + F21).

Den samme metoden brukes for å bestemme de resulterende kreftene F2 og F3 på ladningene q2 og q3, henholdsvis.

Ved å bruke superposisjonsprinsippet ble det konkludert med at for et visst antall ladninger i et lukket system, virker konstante elektrostatiske krefter mellom alle dens kropper, og potensialet på et bestemt punkt i dette rommet er lik summen av potensialene til alle. separat belastede kostnader.

Virkningen av disse lovene bekreftes av de opprettede enhetene elektroskop og elektrometer, som har et felles operasjonsprinsipp.

Et elektroskop består av to identiske tynne folieark hengt opp i et isolert rom på en ledende tråd festet til en metallkule. I normal tilstand virker ikke ladningene på denne ballen, derfor henger kronbladene fritt i rommet inne i enhetens pære.

Hvordan kan ladning overføres mellom organer

Hvis du bringer en ladet kropp, for eksempel en stang, til kulen på elektroskopet, vil ladningen passere gjennom ballen langs en ledende tråd til kronbladene. De vil motta den samme ladningen og begynne å bevege seg bort fra hverandre i en vinkel proporsjonal med mengden elektrisitet som brukes.

Elektrometeret har den samme grunnleggende strukturen, men det er små forskjeller: det ene kronbladet er festet ubevegelig, og det andre beveger seg bort fra det og er utstyrt med en pil som lar deg lese den graderte skalaen.

Mellombærere kan brukes til å overføre ladning fra en fjern stasjonær og ladet kropp til et elektrometer.

Målinger gjort med et elektrometer har ikke høy nøyaktighetsklasse, og på grunnlag av disse er det vanskelig å analysere kreftene som virker mellom ladninger. Coulomb torsjonsbalanse er mer egnet for deres studie. De brukte kuler med diametre mye mindre enn avstanden fra hverandre. De har egenskapene til punktladninger - ladede kropper hvis dimensjoner ikke påvirker nøyaktigheten til enheten.

Målingene gjort av Coulomb bekreftet hans antagelse om at en punktladning overføres fra et ladet legeme til det samme i egenskaper og masse, men uladet på en slik måte at det er jevnt fordelt mellom dem, og reduseres med en faktor på 2 ved kilden.På denne måten var det mulig å redusere gebyrbeløpet med to, tre og andre ganger.

Kreftene som eksisterer mellom stasjonære elektriske ladninger kalles coulombiske eller statiske interaksjoner. De studeres av elektrostatikk, som er en av grenene innen elektrodynamikk.

Typer elektriske ladebærere

Moderne vitenskap vurderer det minste negativt ladede partikkelelektronet, og positivt - positron... De har samme masse 9,1 × 10-31 kilo. Partikkelprotonet har bare én positiv ladning og en masse på 1,7 × 10-27 kilo. I naturen er antallet positive og negative ladninger balansert.

I metaller skapes bevegelsen av elektroner elektrisitet, og i halvledere er ladningsbærerne elektroner og hull.

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

Ioner dannes av nøytrale partikler.

En positiv ladning skapes i en partikkel som har mistet et elektron under påvirkning av en kraftig elektrisk utladning, lys eller radioaktiv stråling, vindstrøm, bevegelse av vannmasser eller en rekke andre årsaker.

Negative ioner dannes fra nøytrale partikler som i tillegg har mottatt et elektron.

Bruk av ionisering til medisinske formål og hverdagsliv

Forskere har lenge lagt merke til negative ioners evne til å påvirke menneskekroppen, forbedre forbruket av oksygen i luften, levere det raskere til vev og celler og akselerere oksidasjonen av serotonin.Alt dette i komplekset øker immuniteten betydelig, forbedrer humøret, lindrer smerte.

Den første ionisatoren som ble brukt til å behandle mennesker ble kalt Chizhevsky-lysekroner, til ære for den sovjetiske forskeren som skapte en enhet som har en gunstig effekt på menneskers helse.

I moderne elektriske apparater for arbeid i et hjemmemiljø kan du finne innebygde ionisatorer i støvsugere, luftfuktere, hårfønere, hårfønere ...

Spesielle luftionisatorer renser sammensetningen, reduserer mengden støv og skadelige urenheter.

Vannionisatorer er i stand til å redusere mengden kjemiske reagenser i deres sammensetning. De brukes til å rense bassenger og innsjøer, mette vannet med kobber- eller sølvioner som reduserer veksten av alger, ødelegger virus og bakterier.

Nyttige begreper og definisjoner

Hva er volum elektrisk ladning

Dette er en elektrisk ladning fordelt over hele volumet.

Hva er elektrisk overflateladning

Det er en elektrisk ladning som anses å være fordelt over overflaten.

Hva er en lineær elektrisk ladning

Det er en elektrisk ladning som anses å være fordelt langs en linje.

Hva er volumtettheten til elektrisk ladning

Det er en skalar størrelse som karakteriserer fordelingen av den elektriske volumladningen, lik grensen for forholdet mellom volumladningen og volumelementet den er fordelt i når dette volumelementet har en tendens til null.

Hva er overflatens elektriske ladningstetthet

Det er en skalar størrelse som karakteriserer fordelingen av den elektriske overflateladningen, lik grensen for forholdet mellom den elektriske overflateladningen og overflateelementet som den er fordelt over når dette overflateelementet har en tendens til null.

Hva er lineær elektrisk ladningstetthet

Det er en skalar størrelse som karakteriserer fordelingen av en lineær elektrisk ladning, lik grensen for forholdet mellom en lineær elektrisk ladning og et element av lengden på linjen som denne ladningen er fordelt langs når dette lengdeelementet har en tendens til null .

Hva er en elektrisk dipol

Det er et sett med topunkts elektriske ladninger som er like store og motsatte i fortegn og plassert i en veldig liten avstand fra hverandre sammenlignet med avstanden fra dem til observasjonspunktene.

Hva er det elektriske momentet til en elektrisk dipol

Det er en vektormengde lik produktet av den absolutte verdien av en av ladningene til dipolen og avstanden mellom dem og rettet fra negativ til positiv ladning.

Hva er kroppens elektriske øyeblikk

Det er en vektormengde lik den geometriske summen av de elektriske momentene til alle dipolene som utgjør legemet som vurderes. "Det elektriske momentet til et gitt volum av materie" er definert på lignende måte.