Ładunek elektryczny: co to jest i jak jest mierzony

W naturze nie wszystko da się wytłumaczyć z punktu widzenia mechaniki, MCT i termodynamiki, są też zjawiska elektromagnetyczne, które oddziałują na organizm, a jednocześnie nie zależą od ich masy. Zdolność ciał do bycia źródłem pól elektromagnetycznych charakteryzuje się fizyczną wielkością skalarną - ładunkiem elektrycznym. Po raz pierwszy wywnioskowano go z prawa Coulomba w 1785 roku, ale zwrócono uwagę na jego istnienie jeszcze przed naszą erą. W tym artykule w prostych słowach powiemy Ci, czym jest ładunek elektryczny i jak jest mierzony.

Historia odkryć

Już w starożytności zauważono, że jeśli potrzemy bursztyn o jedwab, kamień zacznie przyciągać do siebie lekkie przedmioty. William Hilbert studiował te eksperymenty do końca XVI wieku. W raporcie z wykonanej pracy przedmioty, które mogą przyciągać inne ciała, nazwał naelektryzowanymi.

Kolejnych odkryć w 1729 roku dokonał Charles Dufay, obserwując zachowanie ciał podczas ocierania się o inną materię. W ten sposób udowodnił istnienie dwóch rodzajów ładunków: pierwsze powstają podczas ocierania się żywicy o wełnę, a drugie, gdy szkło ociera się o jedwab. Logicznie nazywał je „żywicznymi” i „szklistymi”. Benjamin Franklin również zbadał tę kwestię i wprowadził koncepcje ładunku dodatniego i ujemnego. Na ilustracji - B. Franklin łapie piorun.

Charles Coulomb, którego portret pokazano poniżej, odkrył prawo, które później nazwano prawo Coulomba. Opisał interakcję dwóch ładunków punktowych. Był również w stanie zmierzyć wartość i wynalazł do tego równowagę skrętną, o której powiemy później.

A już na początku ubiegłego wieku Robert Milliken w wyniku eksperymentów udowodnił ich dyskretność. Oznacza to, że ładunek każdego ciała jest równy całkowitej wielokrotności elementarnego ładunku elektrycznego, a elektron jest elementarny.

Informacje teoretyczne

Ładunek elektryczny to zdolność ciał do tworzenia pola elektromagnetycznego. W fizyce dział elektrostatyki bada oddziaływania ładunków stacjonarnych względem wybranego układu inercjalnego.

Co jest mierzone?

Jednostka miary SI nazywana jest „kulombem” - jest to ładunek elektryczny przechodzący przez przewód o przekroju 1 ampera w ciągu 1 sekundy.

Oznaczenie literowe to Q lub q. Może przyjmować zarówno wartości dodatnie, jak i ujemne. Nazwa jest na cześć fizyka Charlesa Coulomba, wyprowadził wzór na znalezienie sił interakcji między nimi, nazywa się to „Prawem Coulomba”:

W nim q1, q2 to moduły ładunków, r to odległość między nimi, k to współczynnik proporcjonalności.

Formuła jest podobna do prawa przyciągania, w zasadzie opisuje taką interakcję. Ma najmniejszą masę. Jego ładunek elektryczny jest ujemny i wynosi:

-1,6 * 10 ^ (- 19) Cl

Pozyton jest przeciwieństwem elektronu i również składa się z jednego dodatniego ładunku elementarnego.

Oprócz tego, że jest dyskretny, skwantowany lub mierzony w porcjach, obowiązuje również prawo zachowania opłat, co wskazuje, że w systemie zamkniętym tylko opłaty obu oznaki. Mówiąc prościej - algebraiczna (z uwzględnieniem znaków) suma ładunków cząstek i ciał, w układzie zamkniętym (izolowanym) zawsze pozostaje niezmieniona. Nie zmienia się w czasie ani gdy cząsteczka się porusza, jest stała przez cały okres jej życia. Najprostsze naładowane cząstki są konwencjonalnie porównywane z ładunkami elektrycznymi.

Prawo zachowania ładunków elektrycznych po raz pierwszy potwierdził Michael Faraday w 1843 roku. To jedno z podstawowych praw fizyki.

Przewodniki, półprzewodniki i dielektryki

W przewodnikach jest wiele bezpłatnych opłat. Swobodnie poruszają się po całym ciele. W półprzewodnikach prawie nie ma wolnych nośników, ale jeśli przeniesiesz do ciała niewielką energię, powstają, w wyniku czego ciało zaczyna przewodzić prąd elektryczny, tj. ładunki elektryczne zaczynają się poruszać. Dielektryki to substancje, w których liczba wolnych nośników jest minimalna, więc prąd nie może przez nie przepływać lub może w pewnych warunkach, np. przy bardzo wysokim napięciu.

Jak wyrażana jest interakcja

Ładunki elektryczne przyciągają się i odpychają. Jest to podobne do interakcji magnesów. Każdy wie, że jeśli potrze się linijką lub długopisem we włosy, to się elektryzuje. Jeśli przeniesiesz go na papier w tym stanie, przyklei się do naelektryzowanego plastiku. Podczas elektryfikacji następuje redystrybucja ładunków tak, że na jednej części ciała jest ich więcej, a na drugiej mniej.

Z tego samego powodu czasami poraża cię wełniany sweter lub inne osoby, gdy ich dotykasz.

Wyjście: ładunki elektryczne z jednym znakiem mają tendencję do siebie, a z różnymi - są odpychane. Przepływają z jednego ciała do drugiego, kiedy się dotykają.

Metody pomiaru

Istnieje kilka sposobów pomiaru ładunku elektrycznego, przyjrzyjmy się niektórym z nich. Urządzenie pomiarowe nazywa się wagą skrętną.

Równowaga Coulomba jest równowagą skrętną jego wynalazku. Znaczenie polega na tym, że lekki pręt z dwiema kulkami na końcach i jedną nieruchomą naładowaną kulką jest zawieszony w naczyniu na kwarcowej nitce. Drugi koniec nici jest przymocowany do czapki. Kula stacjonarna jest usuwana w celu nadania jej ładunku, po czym należy ją ponownie zainstalować w naczyniu. Następnie część zawieszona na nitce zacznie się poruszać. Naczynie jest oznaczone podziałką. Zasada jego działania znajduje odzwierciedlenie w filmie.

Kolejnym urządzeniem do pomiaru ładunku elektrycznego jest elektroskop. Podobnie jak poprzednie, jest to szklane naczynie z elektrodą, na której mocowane są dwa arkusze folii metalowej. Naładowany korpus zostaje doprowadzony do górnego końca elektrody, wzdłuż której ładunek spływa na folię, w wyniku czego oba listki zostaną naładowane tą samą nazwą i zaczną się odpychać. Wysokość ładunku zależy od tego, jak bardzo się odchylają.

Kolejnym przyrządem pomiarowym jest elektrometr. Składa się z metalowego pręta i obracającej się strzałki. Kiedy naładowane ciało dotyka elektrometru, ładunki spływają po pręcie do strzałki, strzałka odchyla się i wskazuje określoną wartość na skali.

Na koniec zalecamy obejrzenie kolejnego przydatnego filmu na ten temat:

Rozważyliśmy ważną wielkość fizyczną. Nauki na ten temat pozwoliły znacznie poszerzyć wiedzę o elektryczności w ogóle. Wkład w naukę i technikę jest dość znaczny, a pole zastosowania tej wiedzy związane jest z medycyną. Jonizatory powietrza mają pozytywny wpływ na organizm człowieka: przyspieszają dostarczanie tlenu z powietrza do komórek. Przykładem takiego urządzenia jest żyrandol Chizhevsky. Teraz wiesz, czym jest ładunek elektryczny i jak jest mierzony.

Powiązane materiały:

• Jak przekonwertować waty na kilowaty
• Prawo Joule'a-Lenza w prostych słowach
• Co to jest elektryczność statyczna