Elektrisk laddning och dess egenskaper

Fysiska processer som äger rum i naturen förklaras inte alltid av verkan av lagarna för molekylär-kinetisk teori, mekanik eller termodynamik. Det finns också elektromagnetiska krafter som verkar på avstånd och inte är beroende av kroppsvikten.

Deras manifestationer beskrevs först i verk av antika forskare från Grekland, när de lockade ljus, små partiklar av enskilda ämnen med bärnsten, gnuggade mot ull.

Historiskt bidrag från forskare till utvecklingen av elektrodynamik

Experiment med bärnsten studerades i detalj av den engelske forskaren William Hilbert... Under de sista åren av 1500-talet gjorde han en redogörelse för sitt arbete och definierade föremål som kunde attrahera andra kroppar på avstånd med termen "elektrifierad".

Den franske fysikern Charles Dufay fastställde förekomsten av laddningar med motsatta tecken: vissa bildades genom att gnida glasföremål på sidentyg och andra - hartser på ull. Det var vad han kallade dem: glas och harts. Efter att ha avslutat forskningen introducerade Benjamin Franklin begreppet negativa och positiva laddningar.

Charles Visulka inser möjligheten att mäta styrkan hos laddningar genom att designa en torsionsbalans av sin egen uppfinning.

Robert Milliken, baserat på en serie experiment, fastställde han den diskreta naturen hos de elektriska laddningarna av något ämne, vilket bevisade att de består av ett visst antal elementarpartiklar. (Inte att förväxla med ett annat koncept av denna term - fragmentering, diskontinuitet.)

Dessa forskares verk tjänade som grunden för modern kunskap om de processer och fenomen som förekommer i de elektriska och magnetiska fälten som skapas av elektriska laddningar och deras rörelse, studerade av elektrodynamik.

Fastställande av avgifter och principer för deras interaktion

Elektrisk laddning kännetecknar egenskaperna hos ämnen som ger dem förmågan att skapa elektriska fält och interagera i elektromagnetiska processer. Det kallas också mängden el och definieras som en fysisk skalär kvantitet. Symbolerna "q" eller "Q" används för att indikera laddning, och enheten "Hänge" används i mätningar, uppkallad efter den franska vetenskapsmannen som utvecklade en unik teknik.

Han skapade en enhet, vars kropp använde bollar upphängda på en tunn tråd av kvarts. De var orienterade i rymden på ett visst sätt och deras position registrerades mot en graderad skala med lika indelningar.

Genom ett speciellt hål i locket fördes ytterligare en boll med en extra laddning till dessa bollar. De resulterande krafterna av interaktion tvingade bollarna att avböja, att rotera sin sving. Skillnaden i skalavläsningar före och efter laddning gjorde det möjligt att uppskatta mängden el i proverna.

En laddning på 1 coulomb kännetecknas i SI-systemet av en ström på 1 ampere som passerar genom tvärsnittet av en tråd på en tid lika med 1 sekund.

Modern elektrodynamik delar in alla elektriska laddningar i:

• positiv;

• negativ.

När de interagerar med varandra utvecklar de krafter vars riktning beror på den befintliga polariteten.

Laddningar av samma typ, positiva eller negativa, stöter alltid bort i motsatta riktningar, tenderar att flytta sig bort från varandra så långt som möjligt. Och för laddningar av motsatta tecken, finns det krafter som tenderar att föra dem samman och förena dem till en. .

Principen för superposition

När det finns flera laddningar i en viss volym fungerar superpositionsprincipen för dem.

Dess innebörd är att varje laddning på ett visst sätt, enligt metoden som diskuterats ovan, interagerar med alla andra, attraheras av motsatser och stöts bort av liknande. Till exempel påverkas den positiva laddningen q1 av attraktionskraften F31 till den negativa laddningen q3 och den repulsiva kraften F21 från q2.

Den resulterande kraften F1 som verkar på q1 bestäms av den geometriska summeringen av vektorerna F31 och F21. (F1 = F31 + F21).

Samma metod används för att bestämma de resulterande krafterna F2 och F3 på laddningarna q2 respektive q3.

Med hjälp av superpositionsprincipen drogs slutsatsen att för ett visst antal laddningar i ett slutet system verkar konstanta elektrostatiska krafter mellan alla dess kroppar, och potentialen vid en viss punkt i detta utrymme är lika med summan av potentialerna för alla separat debiterade avgifter.

Funktionen av dessa lagar bekräftas av de skapade enheterna elektroskop och elektrometer, som har en gemensam funktionsprincip.

Ett elektroskop består av två identiska tunna ark av folie upphängda i ett isolerat utrymme på en ledande tråd fäst vid en metallkula. I ett normalt tillstånd verkar inte laddningarna på denna boll, därför hänger kronbladen fritt i utrymmet inuti enhetens glödlampa.

Hur kan avgift överföras mellan organ

Om du tar med en laddad kropp, till exempel en stav, till elektroskopets kula, kommer laddningen att passera genom bollen längs en ledande tråd till kronbladen. De kommer att få samma laddning och börja röra sig bort från varandra i en vinkel som är proportionell mot mängden elektricitet som appliceras.

Elektrometern har samma grundläggande struktur, men det finns små skillnader: ett kronblad är fixerat orörligt, och det andra rör sig bort från det och är utrustat med en pil som låter dig läsa den graderade skalan.

Mellanbärare kan användas för att överföra laddning från en avlägsen stationär och laddad kropp till en elektrometer.

Mätningar gjorda med en elektrometer har inte en hög noggrannhetsklass, och på grundval av dem är det svårt att analysera krafterna som verkar mellan laddningar. Coulomb torsionsbalans är mer lämplig för deras studier. De använde bollar med diametrar mycket mindre än deras avstånd från varandra. De har egenskaperna hos punktladdningar - laddade kroppar vars dimensioner inte påverkar enhetens noggrannhet.

Mätningarna som Coulomb gjorde bekräftade hans antagande att en punktladdning överförs från en laddad kropp till densamma i egenskaper och massa, men oladdad på ett sådant sätt att den är jämnt fördelad mellan dem, minskande med en faktor 2 vid källan.På så sätt var det möjligt att sänka avgiftens storlek med två, tre och andra gånger.

De krafter som finns mellan stationära elektriska laddningar kallas coulombiska eller statiska interaktioner. De studeras av elektrostatik, som är en av elektrodynamikens grenar.

Typer av elektriska laddningsbärare

Modern vetenskap anser den minsta negativt laddade partikelelektronen, och positivt — positron... De har samma massa 9,1 × 10-31 kilogram. Partikelprotonen har bara en positiv laddning och en massa på 1,7 × 10-27 kilogram. I naturen är antalet positiva och negativa laddningar balanserade.

I metaller skapas elektronernas rörelse elektricitet, och i halvledare är dess laddningsbärare elektroner och hål.

I gaser bildas strömmen genom rörelse av joner - laddade icke-elementära partiklar (atomer eller molekyler) med positiva laddningar, kallade katjoner eller negativa - anjoner.

Joner bildas av neutrala partiklar.

En positiv laddning skapas i en partikel som har förlorat en elektron under påverkan av en kraftig elektrisk urladdning, ljus eller radioaktiv strålning, vindflöde, rörelse av vattenmassor eller en rad andra orsaker.

Negativa joner bildas av neutrala partiklar som dessutom har fått en elektron.

Användningen av jonisering för medicinska ändamål och vardagsliv

Forskare har länge noterat negativa joners förmåga att påverka människokroppen, förbättra förbrukningen av syre i luften, leverera det snabbare till vävnader och celler och påskynda oxidationen av serotonin.Allt detta i komplexet ökar avsevärt immuniteten, förbättrar humöret, lindrar smärta.

Den första jonisatorn som användes för att behandla människor hette Chizhevsky ljuskronor, för att hedra den sovjetiska forskaren som skapade en enhet som har en gynnsam effekt på människors hälsa.

I moderna elektriska apparater för arbete i hemmiljö kan du hitta inbyggda jonisatorer i dammsugare, luftfuktare, hårtorkar, hårtorkar ...

Speciella luftjonisatorer renar dess sammansättning, minskar mängden damm och skadliga föroreningar.

Vattenjonisatorer kan minska mängden kemiska reagenser i deras sammansättning. De används för att rengöra pooler och sjöar, genom att mätta vattnet med koppar- eller silverjoner som minskar tillväxten av alger, förstör virus och bakterier.

Användbara termer och definitioner

Vad är volym elektrisk laddning

Detta är en elektrisk laddning fördelad över hela volymen.

Vad är elektrisk laddning på ytan

Det är en elektrisk laddning som anses vara fördelad över ytan.

Vad är en linjär elektrisk laddning

Det är en elektrisk laddning som anses vara fördelad längs en linje.

Vad är volymtätheten för elektrisk laddning

Det är en skalär storhet som kännetecknar fördelningen av volymen elektrisk laddning, lika med gränsen för förhållandet mellan volymladdningen och volymelementet i vilken den är fördelad när detta volymelement tenderar mot noll.

Vad är ytans elektriska laddningstäthet

Det är en skalär storhet som kännetecknar fördelningen av den elektriska laddningen på ytan, lika med gränsen för förhållandet mellan den elektriska laddningen på ytan och det ytelement över vilket den är fördelad när detta ytelement tenderar mot noll.

Vad är linjär elektrisk laddningstäthet

Det är en skalär storhet som kännetecknar fördelningen av en linjär elektrisk laddning, lika med gränsen för förhållandet mellan en linjär elektrisk laddning och ett element av längden på linjen längs vilken denna laddning är fördelad när detta längdelement tenderar mot noll .

Vad är en elektrisk dipol

Det är en uppsättning av tvåpunkts elektriska laddningar lika stora och motsatta i tecken och placerade på ett mycket litet avstånd från varandra jämfört med avståndet från dem till observationspunkterna.

Vad är det elektriska momentet för en elektrisk dipol

Det är en vektorkvantitet lika med produkten av det absoluta värdet av en av dipolens laddningar och avståndet mellan dem och riktad från negativ till positiv laddning.

Vad är kroppens elektriska moment

Det är en vektorkvantitet som är lika med den geometriska summan av de elektriska momenten för alla dipolerna som utgör den aktuella kroppen. "Det elektriska momentet för en given materiavolym" definieras på liknande sätt.