Električni naboj in njegove lastnosti

Fizikalni procesi, ki potekajo v naravi, niso vedno razloženi z delovanjem zakonov molekularno-kinetične teorije, mehanike ali termodinamike. Obstajajo tudi elektromagnetne sile, ki delujejo na daljavo in niso odvisne od telesne teže.

Njihove manifestacije so bile prvič opisane v delih starodavnih grških znanstvenikov, ko so z jantarjem pritegnile svetlobo, majhne delce posameznih snovi, podrgnjene ob volno.

Zgodovinski prispevek znanstvenikov k razvoju elektrodinamike

Poskuse z jantarjem je podrobno preučeval angleški raziskovalec William Hilbert ... V zadnjih letih 16. stoletja je naredil obračun svojega dela in objekte, ki so sposobni pritegniti druga telesa na daljavo, opredelil z izrazom "naelektreni".

Francoski fizik Charles Dufay je ugotovil obstoj nabojev z nasprotnimi znaki: nekateri so nastali z drgnjenjem steklenih predmetov na svileno tkanino, drugi pa smole na volno. Tako jih je imenoval: steklo in smola. Po zaključku raziskave je Benjamin Franklin predstavil koncept negativnih in pozitivnih nabojev.

Charles Visulka spozna možnost merjenja jakosti nabojev z oblikovanjem torzijske tehtnice po lastnem izumu.

Robert Milliken je na podlagi serije poskusov ugotovil diskretno naravo električnih nabojev katere koli snovi in ​​dokazal, da so sestavljene iz določenega števila osnovnih delcev. (Ne zamenjujte ga z drugim pojmom tega izraza - razdrobljenostjo, prekinitev.)

Dela teh znanstvenikov so služila kot osnova sodobnega znanja o procesih in pojavih, ki se pojavljajo v električnih in magnetnih poljih, ki jih ustvarjajo električni naboji in njihovo gibanje, ki jih proučuje elektrodinamika.

Določitev pristojbin in načel njihove interakcije

Električni naboj označuje lastnosti snovi, ki jim dajejo sposobnost ustvarjanja električnih polj in interakcije v elektromagnetnih procesih. Imenuje se tudi količina električne energije in je definirana kot fizikalna skalarna količina. Za označevanje naboja se uporabljata simbola "q" ali "Q", pri meritvah pa se uporablja enota "obesek", poimenovana po francoskem znanstveniku, ki je razvil edinstveno tehniko.

Ustvaril je napravo, katere telo je uporabljalo kroglice, obešene na tanko kremenčevo nit. V prostoru so bili orientirani na določen način in njihov položaj je bil zabeležen glede na graduirano lestvico z enakimi delitvami.

Skozi posebno luknjo v pokrovu je bila do teh kroglic pripeljana še ena kroglica z dodatnim nabojem. Posledične sile medsebojnega delovanja so krogle prisilile, da so se odklonile, da so zasukale. Razlika v odčitkih na skali pred in po polnjenju je omogočila oceno količine električne energije v testnih vzorcih.

Za naboj 1 kulona je v sistemu SI značilen tok 1 ampera, ki teče skozi prečni prerez žice v času, ki je enak 1 sekundi.

Sodobna elektrodinamika vse električne naboje deli na:

• pozitivno;

• negativno.

Ko medsebojno delujejo, razvijejo sile, katerih smer je odvisna od obstoječe polarnosti.

Enovrstni naboji, pozitivni ali negativni, se vedno odbijajo v nasprotnih smereh in težijo k temu, da se čim bolj oddaljijo drug od drugega, za naboje nasprotnih predznakov pa obstajajo sile, ki jih težijo k združevanju in združevanju v eno. .

Načelo superpozicije

Ko je v določenem volumnu več nabojev, zanje deluje princip superpozicije.

Njegov pomen je, da vsak naboj na določen način, v skladu z zgoraj opisano metodo, sodeluje z vsemi drugimi, pri čemer ga privlačijo nasprotja in odbijajo podobni. Na primer, na pozitivni naboj q1 vpliva privlačna sila F31 na negativni naboj q3 in odbojna sila F21 iz q2.

Rezultirajoča sila F1, ki deluje na q1, je določena z geometrijsko vsoto vektorjev F31 in F21. (F1 = F31 + F21).

Enako metodo uporabimo za določitev rezultantnih sil F2 in F3 na naboje q2 oziroma q3.

Z uporabo principa superpozicije je bilo ugotovljeno, da za določeno število nabojev v zaprtem sistemu med vsemi njegovimi telesi delujejo konstantne elektrostatične sile, potencial na kateri koli določeni točki v tem prostoru pa je enak vsoti potencialov vseh ločeno zaračunani stroški.

Delovanje teh zakonitosti potrjujeta ustvarjeni napravi elektroskop in elektrometer, ki imata skupen princip delovanja.

Elektroskop je sestavljen iz dveh enakih tankih listov folije, obešenih v izoliranem prostoru na prevodni niti, pritrjeni na kovinsko kroglo. V normalnem stanju naboji ne delujejo na to kroglo, zato cvetni listi prosto visijo v prostoru znotraj žarnice naprave.

Kako se lahko prenaša naboj med telesi

Če na kroglo elektroskopa prinesete naelektreno telo, na primer palico, bo naboj šel skozi kroglo po prevodni niti do cvetnih listov. Prejela bosta enak naboj in se začela oddaljevati drug od drugega pod kotom, sorazmernim s količino uporabljene električne energije.

Elektrometer ima enako osnovno strukturo, vendar obstajajo majhne razlike: en cvetni list je pritrjen nepremično, drugi pa se odmakne od njega in je opremljen s puščico, ki vam omogoča branje graduirane lestvice.

Vmesne nosilce lahko uporabimo za prenos naboja z oddaljenega mirujočega in naelektrenega telesa na elektrometer.

Meritve, opravljene z elektrometrom, nimajo visokega razreda točnosti in na njihovi podlagi je težko analizirati sile, ki delujejo med naboji. Za njihovo preučevanje je bolj primerna Coulombova torzijska tehtnica. Uporabili so kroglice s premeri, ki so bili veliko manjši od njihove medsebojne razdalje. Imajo lastnosti točkastih nabojev - nabitih teles, katerih dimenzije ne vplivajo na natančnost naprave.

Meritve, ki jih je izvedel Coulomb, so potrdile njegovo domnevo, da se točkasti naboj prenese z naelektrenega telesa na enako po lastnostih in masi, vendar nenaelektreno tako, da se med njima enakomerno porazdeli in se pri izvoru zmanjša za faktor 2.Na ta način je bilo možno znižati višino honorarja dvakrat, trikrat in še kdaj.

Sile, ki obstajajo med stacionarnimi električnimi naboji, se imenujejo kulomske ali statične interakcije. Preučuje jih elektrostatika, ki je ena od vej elektrodinamike.

Vrste nosilcev električnega naboja

Sodobna znanost meni, da je najmanjši negativno nabit delec elektron, pozitivno pa pozitron ... Imata enako maso 9,1 × 10-31 kilogramov. Delec proton ima samo en pozitivni naboj in maso 1,7 × 10-27 kilogramov. V naravi je število pozitivnih in negativnih nabojev uravnoteženo.

V kovinah se ustvari gibanje elektronov elektrika, v polprevodnikih pa so njegovi nosilci naboja elektroni in luknje.

V plinih tok nastane zaradi gibanja ionov - nabitih neelementarnih delcev (atomov ali molekul) s pozitivnimi naboji, imenovanimi kationi, ali negativnimi - anioni.

Ioni nastanejo iz nevtralnih delcev.

Pozitiven naboj nastane v delcu, ki je izgubil elektron pod vplivom močne električne razelektritve, svetlobe ali radioaktivnega sevanja, toka vetra, gibanja vodnih mas ali številnih drugih razlogov.

Negativni ioni nastanejo iz nevtralnih delcev, ki so dodatno prejeli elektron.

Uporaba ionizacije v medicinske namene in vsakdanje življenje

Raziskovalci že dolgo opažajo sposobnost negativnih ionov, da vplivajo na človeško telo, izboljšajo porabo kisika v zraku, ga hitreje dostavijo tkivom in celicam ter pospešijo oksidacijo serotonina.Vse to v kompleksu bistveno poveča imuniteto, izboljša razpoloženje, lajša bolečine.

Prvi ionizator, ki so ga uporabljali za zdravljenje ljudi, so poimenovali lestenci Chizhevsky v čast sovjetskega znanstvenika, ki je ustvaril napravo, ki blagodejno vpliva na zdravje ljudi.

V sodobnih električnih napravah za delo v domačem okolju najdemo vgrajene ionizatorje v sesalnike, vlažilnike zraka, sušilnike za lase, sušilce za lase ...

Posebni ionizatorji zraka očistijo njegovo sestavo, zmanjšajo količino prahu in škodljivih nečistoč.

Ionizatorji vode lahko zmanjšajo količino kemičnih reagentov v svoji sestavi. Uporabljajo se za čiščenje bazenov in jezer, nasičenje vode z bakrovimi ali srebrovimi ioni, ki zmanjšujejo rast alg, uničujejo viruse in bakterije.

Uporabni izrazi in definicije

Kaj je volumski električni naboj

To je električni naboj, porazdeljen po celotnem volumnu.

Kaj je površinski električni naboj

Gre za električni naboj, za katerega velja, da je porazdeljen po površini.

Kaj je linearni električni naboj

Gre za električni naboj, za katerega velja, da je porazdeljen vzdolž črte.

Kolikšna je prostorninska gostota električnega naboja

To je skalarna količina, ki označuje porazdelitev volumskega električnega naboja, ki je enaka meji razmerja volumskega naboja in prostorninskega elementa, v katerem je porazdeljen, ko se ta prostorninski element nagiba k ničli.

Kolikšna je površinska gostota električnega naboja

To je skalarna količina, ki označuje porazdelitev površinskega električnega naboja, enaka meji razmerja površinskega električnega naboja in površinskega elementa, po katerem je porazdeljen, ko ta površinski element teži k ničli.

Kaj je linearna gostota električnega naboja

Je skalarna količina, ki označuje porazdelitev linearnega električnega naboja, enaka meji razmerja linearnega električnega naboja na element dolžine črte, vzdolž katere je ta naboj porazdeljen, ko se ta element dolžine nagiba k ničli .

Kaj je električni dipol

To je niz dveh točkovnih električnih nabojev, enakih velikosti in nasprotnega znaka, ki se nahajajo na zelo majhni razdalji drug od drugega v primerjavi z razdaljo od njih do opazovalnih točk.

Kolikšen je električni moment električnega dipola

Je vektorska količina, ki je enaka zmnožku absolutne vrednosti enega od nabojev dipola in razdalje med njima ter je usmerjena od negativnega k pozitivnemu naboju.

Kolikšen je električni moment telesa

Je vektorska količina, ki je enaka geometrijski vsoti električnih momentov vseh dipolov, ki sestavljajo obravnavano telo. "Električni moment dane prostornine snovi" je definiran na podoben način.