Elektrický náboj: co to je a jak se měří

V přírodě nelze vše vysvětlit z hlediska mechaniky, MKT a termodynamiky, existují i ​​elektromagnetické jevy, které působí na těleso, přičemž nezávisí na jejich hmotnosti. Schopnost těles být zdrojem elektromagnetických polí je charakterizována fyzikální skalární veličinou – elektrickým nábojem. Poprvé byl představen v Coulombově zákoně v roce 1785, ale pozornost byla upoutána na jeho existenci ještě před naším letopočtem. V tomto článku vám jednoduchými slovy řekneme, co je elektrický náboj a jak se měří.

Historie objevů

Dokonce i ve starověku bylo zaznamenáno, že pokud na hedvábí natřete jantar, kámen k sobě začne přitahovat lehké předměty. William Hilbert studoval tyto experimenty až do konce 16. století. Ve zprávě o vykonané práci se předměty, které mohou přitahovat jiná těla, nazývají elektrifikované.

Další objevy v roce 1729 učinil Charles Dufay, když pozoroval chování těles, když se otírají o jinou hmotu. Dokázal tak existenci dvou typů nábojů: první vznikají při tření pryskyřice o vlnu a druhý při tření skla o hedvábí. Logicky je nazval „pryskyřičnými“ a „sklovitými“. Benjamin Franklin také prozkoumal tento problém a představil koncepty pozitivního a negativního náboje. Na obrázku - B. Franklin chytá blesk.

Charles Coulomb, jehož portrét je zobrazen níže, objevil zákon, který byl později nazýván Coulombův zákon. Popsal interakci dvou bodových nábojů. Dokázal také změřit hodnotu a vymyslel k tomu torzní vyvážení, o kterém si povíme později.

A již na začátku minulého století Robert Milliken v důsledku experimentů prokázal jejich diskrétnost. To znamená, že náboj každého tělesa je roven celočíselnému násobku elementárního elektrického náboje a elektron je elementární.

Teoretické informace

Elektrický náboj je schopnost těles vytvářet elektromagnetické pole. Ve fyzice sekce elektrostatiky studuje interakce nábojů, které jsou stacionární vzhledem ke zvolené inerciální vztažné soustavě.

Co se měří

Jednotka SI měření se nazývá "Coulomb" - je to elektrický náboj procházející vodičem o průřezu 1 Ampér za 1 sekundu.

Písmenné označení je Q nebo q. Může nabývat kladných i záporných hodnot. Název je na počest fyzika Charlese Coulomba, který odvodil vzorec pro nalezení interakčních sil mezi nimi, nazývá se „Coulombův zákon“:

V něm jsou q1, q2 moduly nábojů, r je vzdálenost mezi nimi, k je koeficient úměrnosti.

Vzorec je podobný zákonu přitažlivosti, v principu takovou interakci popisuje. Má nejmenší hmotnost. Jeho elektrický náboj je záporný a rovná se:

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

Pozitron je opakem elektronu a skládá se také z jednoho kladného elementárního náboje.

Kromě toho, že je diskrétní, kvantovaný nebo měřený po částech, platí pro něj také zákon zachování. poplatků, což naznačuje, že v uzavřeném systému pouze poplatky obou znamení. Jednoduše řečeno - algebraický (s přihlédnutím ke znaménkům) součet nábojů částic a těles v uzavřené (izolované) soustavě vždy zůstává nezměněn. Nemění se s časem ani při pohybu částice, je konstantní po celou dobu své životnosti. Nejjednodušší nabité částice jsou konvenčně srovnávány s elektrickými náboji.

Zákon zachování elektrického náboje poprvé potvrdil Michael Faraday v roce 1843. To je jeden ze základních fyzikálních zákonů.

Vodiče, polovodiče a dielektrika

Ve vodičích je mnoho bezplatných poplatků. Pohybují se volně po celém těle. V polovodičích nejsou téměř žádné volné nosiče, ale pokud přenesete do těla malou energii, vytvoří se, v důsledku čehož tělo začne vést elektrický proud, tzn. elektrické náboje se začnou pohybovat. Dielektrika jsou látky, kde je počet volných nosičů minimální, takže jimi nemůže protékat proud nebo může za určitých podmínek např. velmi vysoké napětí.

Jak je interakce vyjádřena

Elektrické náboje se navzájem přitahují a odpuzují. To je podobné interakci magnetů. Každý ví, že když si potřete vlasy pravítkem nebo propiskou, zelektrizují. Pokud jej v tomto stavu přivedete na papír, přilepí se na elektrifikovaný plast. Při elektrifikaci dochází k přerozdělení nábojů, takže na jedné části těla je jich více, na druhé méně.

Ze stejného důvodu vás někdy zasáhne elektrický proud vlněným svetrem nebo jinými lidmi, když se jich dotknete.

Výstup: elektrické náboje s jedním znakem k sobě mají tendenci a s různými - jsou odpuzovány. Při vzájemném dotyku proudí z jednoho těla do druhého.

Metody měření

Existuje řada způsobů, jak měřit elektrický náboj, pojďme se na některé z nich podívat. Měřicí zařízení se nazývá torzní váha.

Coulombova rovnováha je torzní rovnováhou jeho vynálezu. Smysl spočívá v tom, že lehká tyč se dvěma kuličkami na koncích a jednou stacionárně nabitou kuličkou je zavěšena v nádobě na křemenné niti. Druhý konec závitu je připevněn k čepici. Stacionární koule se odstraní, aby se jí dodal náboj, a poté ji musíte nainstalovat zpět do nádoby. Poté se část zavěšená na závitu začne pohybovat. Nádoba je označena stupnicí. Princip jeho fungování se odráží ve videu.

Dalším přístrojem pro měření elektrického náboje je elektroskop. Stejně jako předchozí je to skleněná nádoba s elektrodou, na které jsou upevněny dva plechy z kovové fólie. Nabité těleso je přivedeno k hornímu konci elektrody, podél které náboj stéká dolů na fólii, v důsledku toho se oba listy nabijí stejným názvem a začnou se odpuzovat. Výše náboje je určena tím, jak moc se odkloní.

Dalším měřícím přístrojem je elektroměr. Skládá se z kovové tyče a otočné šipky. Když se nabité těleso dotkne elektroměru, náboje stékají po tyči k šipce, šipka se odchýlí a ukazuje určitou hodnotu na stupnici.

Na závěr doporučujeme zhlédnout další užitečné video na toto téma:

Uvažovali jsme o důležité fyzikální veličině. Učení o něm umožnilo výrazně rozšířit znalosti o elektřině obecně. Přínos pro vědu a techniku ​​je poměrně významný a oblast aplikace těchto poznatků je spojena s medicínou. Ionizátory vzduchu mají pozitivní vliv na lidský organismus: urychlují dodávku kyslíku ze vzduchu do buněk. Příkladem takového zařízení je Chizhevsky lustr. Nyní víte, co je elektrický náboj a jak se měří.

Související materiály:

• Jak převést watty na kilowatty
• Joule-Lenzův zákon jednoduchými slovy
• Co je statická elektřina