Elektrilaeng: mis see on ja kuidas seda mõõdetakse

Looduses ei saa kõike seletada mehaanika, MKT ja termodünaamika seisukohalt, on ka elektromagnetilisi nähtusi, mis mõjutavad keha, samas ei sõltu nende massist. Kehade võimet olla elektromagnetväljade allikaks iseloomustab füüsiline skalaarsuurus – elektrilaeng. See võeti esmakordselt kasutusele Coulombi seaduses 1785. aastal, kuid tähelepanu juhiti selle olemasolule juba enne meie ajastut. Selles artiklis räägime teile lihtsate sõnadega, mis on elektrilaeng ja kuidas seda mõõdetakse.

Avastuste ajalugu

Juba iidsetel aegadel pandi tähele, et kui merevaiku siidile hõõruda, hakkab kivi kergeid esemeid enda poole tõmbama. William Hilbert uuris neid katseid kuni 16. sajandi lõpuni. Tehtud töö aruandes nimetatakse elektrifitseerituks objekte, mis võivad teisi kehasid meelitada.

Järgmised avastused 1729. aastal tegi Charles Dufay, jälgides kehade käitumist, kui need hõõruvad erinevate ainete vastu. Nii tõestas ta kahte tüüpi laengute olemasolu: esimesed tekivad vaiguga hõõrumisel vastu villa ja teised klaasi hõõrumisel vastu siidi. Loogiliselt võttes nimetas ta neid "vaiguseks" ja "klaasjaks". Ka Benjamin Franklin uuris seda teemat ja tutvustas positiivse ja negatiivse laengu mõisteid. Illustratsioonil - B. Franklin püüab välku.

Charles Coulomb, kelle portree on allpool näidatud, avastas seaduse, mida hiljem nimetati Coulombi seadus. Ta kirjeldas kahe punktlaengu koostoimet. Ta oskas ka väärtust mõõta ja leiutas selleks torsioonbilansi, millest räägime hiljem.

Ja juba eelmise sajandi alguses tõestas Robert Milliken katsete tulemusel nende diskreetsust. See tähendab, et iga keha laeng on võrdne elementaarse elektrilaengu täisarvuga ja elektron on elementaar.

Teoreetiline teave

Elektrilaeng on kehade võime tekitada elektromagnetvälja. Füüsikas uurib elektrostaatika osa valitud inertsiaalse tugiraamistiku suhtes statsionaarsete laengute vastasmõjusid.

Mida mõõdetakse

SI mõõtühikut nimetatakse "Coulomb" - see on elektrilaeng, mis läbib juhi ristlõike 1 Ampere 1 sekundi jooksul.

Tähetähis on Q või q. See võib võtta nii positiivseid kui ka negatiivseid väärtusi. Nimi on füüsik Charles Coulombi auks, ta tuletas valemi nendevahelise vastasmõju jõudude leidmiseks, seda nimetatakse "Coulombi seaduseks":

Selles on q1, q2 laengumoodulid, r on nendevaheline kaugus, k on proportsionaalsuskoefitsient.

Valem on sarnane külgetõmbeseadusega, põhimõtteliselt kirjeldab see sellist vastasmõju. Sellel on väikseim mass. Selle elektrilaeng on negatiivne ja see on võrdne:

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

Positron on elektroni vastand ja koosneb ka ühest positiivsest elementaarlaengust.

Lisaks sellele, et see on diskreetne, kvantifitseeritud või osadena mõõdetav, kehtib selle kohta ka säilitusseadus maksud, mis viitab sellele, et suletud süsteemis tasutakse ainult mõlemat märgid. Lihtsamalt öeldes - osakeste ja kehade laengute algebraline (märke arvesse võttes) summa suletud (isoleeritud) süsteemis jääb alati muutumatuks. See ei muutu ajas ega osakese liikumisel, on see oma eluea jooksul konstantne. Tavapäraselt võrreldakse kõige lihtsamaid laetud osakesi elektrilaengutega.

Elektrilaengute jäävuse seadust kinnitas esmakordselt Michael Faraday 1843. aastal. See on üks füüsika põhiseadusi.

Juhid, pooljuhid ja dielektrikud

Juhtides on palju tasuta tasusid. Nad liiguvad vabalt kogu kehas. Pooljuhtides vabu kandjaid peaaegu pole, kuid kui kanda kehale väike energia, tekivad need, mille tulemusena hakkab keha juhtima elektrivoolu, s.o. elektrilaengud hakkavad liikuma. Dielektrikud on ained, kus vabade kandjate arv on minimaalne, mistõttu vool ei saa neist läbi voolata või võib teatud tingimustel, näiteks väga kõrge pinge korral.

Kuidas interaktsiooni väljendatakse

Elektrilaengud tõmbavad ja tõrjuvad üksteist. See sarnaneb magnetite vastasmõjuga. Kõik teavad, et kui hõõruda joonlauda või pastapliiatsit juustele, siis need elektristuvad. Kui viite selle sellises olekus paberile, kleepub see elektrifitseeritud plasti külge. Elektrifitseerimisel toimub laengute ümberjaotumine, nii et ühes kehaosas on neid rohkem, teises vähem.

Samal põhjusel saavad mõnikord elektrilöögid villane kampsun või teised inimesed, kui neid puudutate.

Väljund: ühe märgiga elektrilaengud kalduvad üksteisele ja erinevatega - need tõrjuvad. Nad voolavad üksteist puudutades ühest kehast teise.

Mõõtmismeetodid

Elektrilaengu mõõtmiseks on mitmeid viise, vaatame mõnda neist. Mõõteseadet nimetatakse torsioonkaaluks.

Coulombi tasakaal on tema leiutise torsioontasakaal. Mõte seisneb selles, et kahe otstes kuuli ja ühe statsionaarse laetud kuuliga valgusvarras riputatakse anumasse kvartsniidil. Keerme teine ​​ots on kinnitatud korgi külge. Statsionaarne pall eemaldatakse, et sellele laengu anda, misjärel peate selle anumasse tagasi paigaldama. Pärast seda hakkab niidile riputatud osa liikuma. Laev on tähistatud gradueeritud skaalaga. Selle tööpõhimõte kajastub videos.

Teine seade elektrilaengu mõõtmiseks on elektroskoop. See, nagu ka eelmised, on elektroodiga klaasanum, millele on kinnitatud kaks metallfooliumilehte. Laetud keha viiakse elektroodi ülemisse otsa, mida mööda laeng alla fooliumile voolab, mille tulemusena laetakse mõlemad lehed sama nimega ja hakkavad tõrjuma. Tasu suurus määratakse selle järgi, kui palju need kõrvale kalduvad.

Elektromeeter on teine ​​mõõteriist. Koosneb metallvardast ja pöörlevast noolest. Kui laetud keha puudutab elektromeetrit, voolavad laengud mööda varda nooleni, nool kaldub kõrvale ja näitab skaalal teatud väärtust.

Lõpuks soovitame vaadata veel üht kasulikku videot sellel teemal:

Oleme pidanud oluliseks füüsikaliseks suuruseks. Õpetused selle kohta võimaldasid oluliselt laiendada teadmisi elektri kohta üldiselt. Panus teadusesse ja tehnoloogiasse on üsna märkimisväärne ning nende teadmiste rakendusvaldkonda seostatakse meditsiiniga. Õhuionisaatorid mõjuvad inimorganismile positiivselt: kiirendavad hapniku kohaletoimetamist õhust rakkudesse. Sellise seadme näide on Chizhevsky lühter. Nüüd teate, mis on elektrilaeng ja kuidas seda mõõdetakse.

Seotud materjalid:

• Kuidas teisendada vatti kilovattideks
• Joule-Lenzi seadus lihtsate sõnadega
• Mis on staatiline elekter