Elektriskais lādiņš un tā īpašības

Dabā notiekošie fizikālie procesi ne vienmēr ir izskaidrojami ar molekulāri kinētiskās teorijas, mehānikas vai termodinamikas likumu darbību. Ir arī elektromagnētiskie spēki, kas darbojas attālumā un nav atkarīgi no ķermeņa svara.

To izpausmes pirmo reizi aprakstītas seno zinātnieku no Grieķijas darbos, kad tie ar dzintaru piesaistīja vieglas, nelielas atsevišķu vielu daļiņas, kas berzēja pret vilnu.

Zinātnieku vēsturiskais ieguldījums elektrodinamikas attīstībā

Eksperimentus ar dzintaru detalizēti pētīja angļu pētnieks Viljams Hilberts... 16. gadsimta pēdējos gados viņš veica pārskatu par savu darbu un definēja objektus, kas spēj piesaistīt citus ķermeņus no attāluma, izmantojot terminu "elektrificēts".

Franču fiziķis Šarls Dufejs konstatēja lādiņu esamību ar pretējām zīmēm: daži tika izveidoti, berzējot stikla priekšmetus uz zīda auduma, bet citi - sveķus uz vilnas. Tā viņš tos sauca: stikls un sveķi. Pēc pētījuma pabeigšanas Bendžamins Franklins iepazīstināja ar negatīvo un pozitīvo lādiņu jēdzienu.

Čārlzs Visulka apzinās iespēju izmērīt lādiņu stiprumu, izstrādājot sava izgudrojuma vērpes līdzsvaru.

Roberts Millikens, pamatojoties uz virkni eksperimentu, viņš konstatēja jebkuras vielas elektrisko lādiņu diskrēto raksturu, pierādot, ka tie sastāv no noteikta skaita elementārdaļiņu. (Nejaukt ar citu šī termina jēdzienu — sadrumstalotība, nekontinuitāte.)

Šo zinātnieku darbi kalpoja par pamatu mūsdienu zināšanām par procesiem un parādībām, kas notiek elektrisko lādiņu radītajos elektriskajos un magnētiskajos laukos un to kustībā, ko pētīja elektrodinamika.

Maksas noteikšana un to mijiedarbības principi

Elektriskais lādiņš raksturo vielu īpašības, kas nodrošina tām spēju radīt elektriskos laukus un mijiedarboties elektromagnētiskajos procesos. To sauc arī par elektroenerģijas daudzumu un definē kā fizisku skalāru lielumu. Simboli "q" vai "Q" tiek izmantoti, lai norādītu uz lādiņu, un mērījumos tiek izmantota vienība "Pendant", kas nosaukta franču zinātnieka vārdā, kurš izstrādāja unikālu tehniku.

Viņš izveidoja ierīci, kuras korpusā tika izmantotas uz plānas kvarca pavediena piekārtas bumbiņas. Tie bija noteiktā veidā orientēti telpā, un to atrašanās vieta tika reģistrēta pret graduētu skalu ar vienādiem dalījumiem.

Caur speciālu atveri vākā šīm bumbiņām tika atnesta vēl viena bumbiņa ar papildu lādiņu. Iegūtie mijiedarbības spēki piespieda bumbiņas novirzīties, pagriezt to šūpošanos. Atšķirība skalas rādījumos pirms un pēc uzlādes ļāva novērtēt elektroenerģijas daudzumu testa paraugos.

1 kulona lādiņu SI sistēmā raksturo 1 ampēra strāva, kas šķērso stieples šķērsgriezumu laikā, kas vienāds ar 1 sekundi.

Mūsdienu elektrodinamika visus elektriskos lādiņus iedala:

• pozitīvs;

• negatīvs.

Kad tie mijiedarbojas viens ar otru, tie attīsta spēkus, kuru virziens ir atkarīgs no esošās polaritātes.

Viena veida lādiņi, pozitīvi vai negatīvi, vienmēr atgrūž pretējos virzienos, tiecoties pēc iespējas attālināties viens no otra.Un pretēju zīmju lādiņiem ir spēki, kas mēdz tos savest kopā un apvienot vienā. .

Superpozīcijas princips

Ja noteiktā tilpumā ir vairāki lādiņi, tiem darbojas superpozīcijas princips.

Tā nozīme ir tāda, ka katrs lādiņš noteiktā veidā, saskaņā ar iepriekš apspriesto metodi, mijiedarbojas ar visiem pārējiem, to piesaista pretstati un atgrūž līdzīgi. Piemēram, pozitīvo lādiņu q1 ietekmē pievilcības spēks F31 uz negatīvo lādiņu q3 un atgrūšanas spēks F21 no q2.

Iegūto spēku F1, kas iedarbojas uz q1, nosaka vektoru F31 un F21 ģeometriskā summēšana. (F1 = F31 + F21).

To pašu metodi izmanto, lai noteiktu radušos spēkus F2 un F3 attiecīgi uz lādiņiem q2 un q3.

Izmantojot superpozīcijas principu, tika secināts, ka noteiktam lādiņu skaitam slēgtā sistēmā starp visiem tās ķermeņiem darbojas nemainīgi elektrostatiskie spēki, un potenciāls jebkurā konkrētā šīs telpas punktā ir vienāds ar visu lādiņu potenciālu summu. atsevišķas maksas.

Šo likumu darbību apliecina izveidotās ierīces elektroskops un elektrometrs, kurām ir kopīgs darbības princips.

Elektroskops sastāv no divām identiskām plānām folijas loksnēm, kas piekārtas izolētā telpā uz vadoša pavediena, kas piestiprināts pie metāla lodītes. Normālā stāvoklī lādiņi uz šo bumbiņu neiedarbojas, tāpēc ziedlapiņas brīvi karājas telpā ierīces spuldzes iekšpusē.

Kā lādiņu var pārnest starp ķermeņiem

Ja elektroskopa lodei pievienojat uzlādētu ķermeni, piemēram, stieni, lādiņš pa vadošu vītni nonāks cauri lodei līdz ziedlapiņām. Viņi saņems tādu pašu lādiņu un sāks attālināties viens no otra leņķī, kas ir proporcionāls pielietotajam elektroenerģijas daudzumam.

Elektrometram ir tāda pati pamatstruktūra, taču ir nelielas atšķirības: viena ziedlapiņa ir fiksēta nekustīgi, bet otrā attālinās no tās un ir aprīkota ar bultiņu, kas ļauj nolasīt graduēto skalu.

Starpnesējus var izmantot, lai pārnestu lādiņu no attāla stacionāra un uzlādēta ķermeņa uz elektrometru.

Ar elektrometru veiktajiem mērījumiem nav augstas precizitātes klases, un uz to pamata ir grūti analizēt spēkus, kas darbojas starp lādiņiem. Kulona vērpes līdzsvars ir vairāk piemērots viņu izpētei. Viņi izmantoja bumbiņas, kuru diametrs ir daudz mazāks par attālumu viena no otras. Tiem piemīt punktveida lādiņu īpašības — uzlādēti ķermeņi, kuru izmēri neietekmē ierīces precizitāti.

Kulona veiktie mērījumi apstiprināja viņa pieņēmumu, ka punktveida lādiņš tiek pārnests no uzlādēta ķermeņa uz tādu pašu pēc īpašībām un masas, bet neuzlādēts tā, lai tas vienmērīgi sadalītos starp tiem, avotā samazinoties par koeficientu 2.Tādā veidā bija iespēja samazināt nodevas apmēru divas, trīs un citas reizes.

Spēkus, kas pastāv starp stacionāriem elektriskiem lādiņiem, sauc par kulonisko vai statisko mijiedarbību. Tos pēta elektrostatika, kas ir viena no elektrodinamikas nozarēm.

Elektrisko lādiņnesēju veidi

Mūsdienu zinātne uzskata par mazāko negatīvi lādēto daļiņu elektronu, bet pozitīvi — pozitronu... Tiem ir vienāda masa 9,1 × 10-31 kilograms. Daļiņu protonam ir tikai viens pozitīvs lādiņš, un tā masa ir 1,7 × 10-27 kilogrami. Dabā pozitīvo un negatīvo lādiņu skaits ir līdzsvarots.

Metālos tiek radīta elektronu kustība elektrība, un pusvadītājos tā lādiņu nesēji ir elektroni un caurumi.

Gāzēs strāvu veido jonu kustība - lādētas neelementāras daļiņas (atomi vai molekulas) ar pozitīviem lādiņiem, ko sauc par katjoniem vai negatīviem - anjoniem.

Joni veidojas no neitrālām daļiņām.

Pozitīvs lādiņš veidojas daļiņā, kas ir zaudējusi elektronu spēcīgas elektriskās izlādes, gaismas vai radioaktīvā starojuma, vēja plūsmas, ūdens masu kustības vai vairāku citu iemeslu ietekmē.

Negatīvie joni veidojas no neitrālām daļiņām, kas papildus saņēmušas elektronu.

Jonizācijas izmantošana medicīniskiem nolūkiem un ikdienas dzīvē

Pētnieki jau sen ir pamanījuši negatīvo jonu spēju ietekmēt cilvēka ķermeni, uzlabot skābekļa patēriņu gaisā, ātrāk nogādāt to audos un šūnās, kā arī paātrināt serotonīna oksidēšanos.Tas viss kompleksā ievērojami palielina imunitāti, uzlabo garastāvokli, mazina sāpes.

Pirmo jonizatoru, ko izmantoja cilvēku ārstēšanai, nosauca par Čiževska lustras, par godu padomju zinātniekam, kurš radīja ierīci, kas labvēlīgi ietekmē cilvēku veselību.

Mūsdienu elektroierīcēs darbam mājas vidē var atrast iebūvētus jonizatorus putekļsūcējos, gaisa mitrinātājos, matu žāvētājos, matu žāvētājos ...

Īpaši gaisa jonizatori attīra tā sastāvu, samazina putekļu un kaitīgo piemaisījumu daudzumu.

Ūdens jonizatori spēj samazināt ķīmisko reaģentu daudzumu to sastāvā. Tos izmanto baseinu un ezeru tīrīšanai, piesātinot ūdeni ar vara vai sudraba joniem, kas samazina aļģu augšanu, iznīcina vīrusus un baktērijas.

Noderīgi termini un definīcijas

Kas ir tilpuma elektriskais lādiņš

Tas ir elektriskais lādiņš, kas sadalīts visā tilpumā.

Kas ir virsmas elektriskais lādiņš

Tas ir elektriskais lādiņš, kas tiek uzskatīts par sadalītu pa virsmu.

Kas ir lineārs elektriskais lādiņš

Tas ir elektriskais lādiņš, kas tiek uzskatīts par sadalītu pa līniju.

Kāds ir elektriskā lādiņa tilpuma blīvums

Tas ir skalārs lielums, kas raksturo tilpuma elektriskā lādiņa sadalījumu, kas vienāds ar tilpuma lādiņa attiecības robežu ar tilpuma elementu, kurā tas tiek sadalīts, ja šim tilpuma elementam ir tendence uz nulli.

Kāds ir virsmas elektriskā lādiņa blīvums

Tas ir skalārs lielums, kas raksturo virsmas elektriskā lādiņa sadalījumu, kas ir vienāds ar virsmas elektriskā lādiņa attiecības robežu ar virsmas elementu, pa kuru tas tiek sadalīts, kad šim virsmas elementam ir tendence uz nulli.

Kas ir lineārā elektriskā lādiņa blīvums

Tas ir skalārs lielums, kas raksturo lineārā elektriskā lādiņa sadalījumu, kas ir vienāds ar lineārā elektriskā lādiņa attiecības robežu ar tās līnijas garuma elementu, pa kuru šis lādiņš tiek sadalīts, ja šim garuma elementam ir tendence uz nulli. .

Kas ir elektriskais dipols

Tas ir divu punktu elektrisko lādiņu kopums, kas vienāds pēc lieluma un pretējas zīmes un atrodas ļoti mazā attālumā viens no otra, salīdzinot ar attālumu no tiem līdz novērošanas punktiem.

Kāds ir elektriskā dipola elektriskais moments

Tas ir vektora lielums, kas vienāds ar viena dipola lādiņa absolūtās vērtības un attāluma starp tiem reizinājumu un ir vērsts no negatīva uz pozitīvu lādiņu.

Kāds ir ķermeņa elektriskais moments

Tas ir vektora lielums, kas vienāds ar visu to dipolu elektrisko momentu ģeometrisko summu, kas veido aplūkojamo ķermeni. "Noteikta vielas tilpuma elektriskais moments" tiek definēts līdzīgi.