Električni naboj: što je i kako se mjeri

U prirodi se ne može sve objasniti sa stajališta mehanike, MKT-a i termodinamike, postoje i elektromagnetske pojave koje utječu na tijelo, a ne ovise o njihovoj masi. Sposobnost tijela da budu izvor elektromagnetskih polja karakterizira fizička skalarna veličina – električni naboj. Prvi put je uveden u Coulombov zakon 1785. godine, ali je pozornost skrenuta na njegovo postojanje i prije naše ere. U ovom članku ćemo vam jednostavnim riječima reći što je električni naboj i kako se mjeri.

Povijest otkrića

Još u davna vremena primjećeno je da ako trljate jantar o svilu, kamen će početi privlačiti lagane predmete na sebe. William Hilbert proučavao je ove pokuse do kraja 16. stoljeća. U izvješću o obavljenom radu objekti koji mogu privući druga tijela nazivaju se naelektriziranima.

Sljedeća otkrića 1729. napravio je Charles Dufay, promatrajući ponašanje tijela kada se trljaju o različitu materiju. Tako je dokazao postojanje dvije vrste naboja: prvi nastaju kada se smola trlja o vunu, a drugi kada se staklo trlja o svilu. Logično, nazvao ih je "smolasti" i "staklasti". Benjamin Franklin je također istražio ovo pitanje i uveo koncepte pozitivnog i negativnog naboja. Na ilustraciji - B. Franklin hvata munje.

Charles Coulomb, čiji je portret prikazan u nastavku, otkrio je zakon, koji je kasnije nazvan Coulombov zakon. Opisao je interakciju dva točkasta naboja. Također je mogao izmjeriti vrijednost i za to je izumio torzijsku vagu, o kojoj ćemo kasnije govoriti.

I već početkom prošlog stoljeća Robert Milliken je, kao rezultat eksperimenata, dokazao njihovu diskretnost. To znači da je naboj svakog tijela jednak cjelobrojnom višekratniku elementarnog električnog naboja, a elektron je elementaran.

Teorijske informacije

Električni naboj je sposobnost tijela da stvara elektromagnetno polje. U fizici, dio elektrostatike proučava interakcije naboja koji su stacionarni u odnosu na odabrani inercijski referentni okvir.

Što se mjeri

Mjerna jedinica SI naziva se "Coulomb" - to je električni naboj koji prolazi kroz presjek vodiča od 1 Amper u 1 sekundi.

Slovna oznaka je Q ili q. Može poprimiti i pozitivne i negativne vrijednosti. Ime je u čast fizičara Charlesa Coulomba, on je izveo formulu za pronalaženje sila interakcije između njih, zove se "Coulombov zakon":

U njemu su q1, q2 moduli naboja, r je udaljenost između njih, k je koeficijent proporcionalnosti.

Formula je slična zakonu privlačnosti, u principu opisuje takvu interakciju. Ima najmanju masu. Njegov električni naboj je negativan i jednak je:

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

Pozitron je suprotnost elektronu i također se sastoji od jednog pozitivnog elementarnog naboja.

Osim što je diskretan, kvantiziran ili mjeren u dijelovima, za njega vrijedi i Zakon održanja naboja, što sugerira da se u zatvorenom sustavu naplaćuju samo oba znakovi. Jednostavno rečeno - algebarski (uzimajući u obzir znakove) zbroj naboja čestica i tijela, u zatvorenom (izoliranom) sustavu uvijek ostaje nepromijenjen. Ne mijenja se s vremenom ili kada se čestica kreće, konstantna je tijekom svog života. Najjednostavnije nabijene čestice konvencionalno se uspoređuju s električnim nabojima.

Zakon održanja električnih naboja prvi je potvrdio Michael Faraday 1843. godine. Ovo je jedan od temeljnih zakona fizike.

Vodiči, poluvodiči i dielektrici

Mnogo je besplatnih naboja u kondukterima. Oni se slobodno kreću po cijelom tijelu. U poluvodičima gotovo da nema slobodnih nosača, ali ako prenesete malu energiju na tijelo, oni nastaju, uslijed čega tijelo počinje provoditi električnu struju, t.j. električni naboji se počinju kretati. Dielektrici su tvari kod kojih je broj slobodnih nositelja minimalan, pa kroz njih ne može teći struja ili može pod određenim uvjetima, na primjer, vrlo visokog napona.

Kako se izražava interakcija

Električni naboji se međusobno privlače i odbijaju. Ovo je slično interakciji magneta. Svi znaju da ako kosu protrljate ravnalom ili kemijskom olovkom, ona se naelektrizira. Ako ga donesete na papir u ovom stanju, zalijepit će se za elektrificiranu plastiku. Tijekom elektrifikacije dolazi do preraspodjele naboja, tako da ih na jednom dijelu tijela ima više, a na drugom manje.

Iz istog razloga ponekad vas struji udari vuneni džemper ili druge osobe kada ih dodirnete.

Izlaz: električni naboji s jednim znakom teže jedan drugome, a s različitim - odbijaju se. One teku s jednog tijela na drugo kada se dodiruju.

Metode mjerenja

Postoji nekoliko načina za mjerenje električnog naboja, pogledajmo neke od njih. Mjerni uređaj naziva se torzijska vaga.

Coulombova vaga je torzijska vaga njegovog izuma. Smisao je u tome što je u posudu na kvarcnoj niti ovješena lagana šipka s dvije kuglice na krajevima i jednom nepomično nabijenom kuglom. Drugi kraj konca pričvršćen je na kapu. Stacionarna kugla se uklanja kako bi joj se dalo naboj, nakon čega je trebate ponovno ugraditi u posudu. Nakon toga, dio obješen na navoj će se početi pomicati. Posuda je označena graduiranom skalom. Princip njegovog rada ogleda se u videu.

Drugi uređaj za mjerenje električnog naboja je elektroskop. Ona je, kao i prethodne, staklena posuda s elektrodom, na koju su pričvršćena dva lista metalne folije. Nabijeno tijelo se dovodi do gornjeg kraja elektrode, duž kojeg se naboj slijeva na foliju, kao rezultat toga, oba lista će se nabiti s istim imenom i počet će se odbijati. Iznos naboja određuje se prema tome koliko se odbijaju.

Elektrometar je još jedan mjerni instrument. Sastoji se od metalne šipke i rotirajuće strelice. Kada nabijeno tijelo dodirne elektrometar, naboji teku niz štap do strelice, strelica odstupa i pokazuje određenu vrijednost na skali.

Na kraju, preporučujemo da pogledate još jedan koristan video na tu temu:

Uzeli smo u obzir važnu fizikalnu veličinu. Učenja o tome omogućila su značajno proširenje znanja o elektricitetu općenito. Doprinos znanosti i tehnologiji je prilično značajan, a područje primjene ovih znanja povezano je s medicinom. Ionizatori zraka imaju pozitivan učinak na ljudsko tijelo: ubrzavaju isporuku kisika iz zraka u stanice. Primjer takvog uređaja je luster Chizhevsky. Sada znate što je električni naboj i kako se mjeri.

Povezani materijali:

• Kako pretvoriti vate u kilovate
• Joule-Lenzov zakon jednostavnim riječima
• Što je statički elektricitet