Ladungserhaltungssatz: Formel und Definition

Elektrische Ladung ist die Fähigkeit von Körpern, elektromagnetische Felder zu erzeugen. So sieht die enzyklopädische Definition einer wichtigen elektrischen Größe aus. Die wichtigsten damit verbundenen Gesetze sind das Coulombsche Gesetz und die Ladungserhaltung. In diesem Artikel werden wir das Gesetz der Erhaltung der elektrischen Ladung betrachten, versuchen, eine Definition in einfachen Worten zu geben und alle notwendigen Formeln bereitzustellen.

Das Konzept "elektrische Ladung"Erstmals in diesem Jahr 1875 eingeführt. Der Wortlaut Coulomb-Gesetz besagt, dass die Kraft, die zwischen zwei geradlinig gerichteten geladenen Teilchen wirkt, direkt proportional zur Ladung und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist.

Dies bedeutet, dass durch die 2-fache Bewegung der Ladungen die Kraft ihrer Wechselwirkung um das 4-fache verringert wird. Und so sieht es in Vektorform aus:

Anwendbarkeitsgrenze der oben genannten:

• Punktgebühren;
• gleichförmig geladene Körper;
• seine Wirkung ist auf große und kurze Distanzen gültig.

Die Verdienste von Charles Coulomb bei der Entwicklung der modernen Elektrotechnik sind groß, aber kommen wir zum Hauptthema des Artikels - dem Gesetz der Ladungserhaltung. Er behauptet, dass die Summe aller geladenen Teilchen in einem geschlossenen System unverändert ist. In einfachen Worten, Ladungen können nicht einfach so erscheinen oder verschwinden. Gleichzeitig ändert es sich nicht mit der Zeit und kann in Teilen gemessen (oder geteilt, quantisiert) werden, die ein Vielfaches einer elementaren elektrischen Ladung sind, dh eines Elektrons.

Denken Sie jedoch daran, dass in einem isolierten System neue geladene Teilchen nur unter dem Einfluss bestimmter Kräfte oder als Ergebnis irgendwelcher Prozesse entstehen. So entstehen Ionen beispielsweise durch die Ionisierung von Gasen.

Wenn Sie sich mit der Frage beschäftigen, wer und wann das Gesetz der Ladungserhaltung entdeckt hat? Es wurde 1843 von dem großen Wissenschaftler Michael Faraday bestätigt. In Experimenten, die das Erhaltungsgesetz bestätigen, wird die Ladungsmenge mit Elektrometern gemessen, ihr Aussehen ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

Aber lassen Sie uns unsere Worte mit der Praxis bestätigen. Nehmen Sie zwei Elektrometer, legen Sie eine Metallscheibe auf den Stab von einem und bedecken Sie sie mit einem Tuch. Jetzt brauchen wir noch eine Metallscheibe am dielektrischen Griff. Drei davon befinden sich auf einer Scheibe, die auf einem Elektrometer liegt, und sie werden elektrisiert. Wenn die Scheibe mit dem dielektrischen Griff entfernt wird, zeigt das Elektrometer an, wie geladen es ist, wir berühren das zweite Elektrometer mit der Scheibe mit dem dielektrischen Griff. Sein Pfeil wird auch abweichen. Wenn wir nun zwei Elektrometer mit einem Stab an den dielektrischen Griffen schließen, kehren ihre Pfeile in ihre ursprüngliche Position zurück. Dies deutet darauf hin, dass die gesamte oder resultierende elektrische Ladung null ist und ihr Wert im System gleich bleibt.

Daraus folgt die Formel, die den Erhaltungssatz der elektrischen Ladung beschreibt:

Die folgende Formel besagt, dass die Änderung der elektrischen Ladung im Volumen dem Gesamtstrom durch die Oberfläche entspricht. Dies wird auch als "Kontinuitätsgleichung" bezeichnet.

Und wenn wir zu einem sehr kleinen Volumen gehen, erhalten wir den Ladungserhaltungssatz in Differentialform.

Es ist auch wichtig zu sagen, wie Ladung und Massenzahl zusammenhängen. Wenn man über die Struktur von Stoffen spricht, hört man oft Wörter wie Moleküle, Atome, Protonen und dergleichen. Die Massenzahl ist also die Gesamtzahl der Protonen und Neutronen, und die Zahl der Protonen und Elektronen im Kern heißt Ladungszahl. Mit anderen Worten, die Ladungszahl heißt Ladung des Kerns und hängt immer von seiner Zusammensetzung ab. Nun, die Masse eines Elements hängt von der Anzahl seiner Teilchen ab.

Abschließend empfehlen wir Ihnen, sich das Video anzusehen, in dem dieses ganze Thema ausführlicher behandelt wird:

Daher haben wir kurz die Fragen im Zusammenhang mit dem Gesetz der Erhaltung der elektrischen Ladung untersucht. Es ist neben den Impuls- und Energieerhaltungssätzen eines der grundlegenden Gesetze der Physik. Seine Wirkung ist einwandfrei und im Laufe der Zeit und der Entwicklung der Technologie ist es nicht möglich, seine Gültigkeit zu widerlegen. Wir hoffen, dass Ihnen nach dem Lesen unserer Erläuterungen alle wesentlichen Punkte dieses Gesetzes klar geworden sind!

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