מטען חשמלי: מה זה ואיך הוא נמדד

בטבע לא הכל ניתן להסביר מנקודת מבט של מכניקה, MKT ותרמודינמיקה, יש גם תופעות אלקטרומגנטיות שמשפיעות על הגוף, תוך שאינן תלויות במסה שלהן. היכולת של גופים להוות מקור לשדות אלקטרומגנטיים מאופיינת בכמות סקלרית פיזיקלית - מטען חשמלי. הוא הוסק לראשונה בחוק קולומב בשנת 1785, אך תשומת הלב הופנתה לקיומו עוד לפני תקופתנו. במאמר זה נספר לכם במילים פשוטות מהו מטען חשמלי וכיצד הוא נמדד.

היסטוריה של תגליות

אפילו בימי קדם, הבחינו שאם תשפשפו ענבר על משי, האבן תתחיל למשוך לעצמה חפצים קלים. ויליאם הילברט חקר את הניסויים הללו עד סוף המאה ה-16. בדוח על העבודה שנעשתה, חפצים שיכולים למשוך גופים אחרים נקראים מחושמלים.

התגליות הבאות בשנת 1729 נעשו על ידי צ'ארלס דופאי, תוך התבוננות בהתנהגותם של גופים כשהם מתחככים בחומר אחר. כך, הוא הוכיח את קיומם של שני סוגי מטענים: הראשון נוצר כאשר שרף מתחכך בצמר, והשני כאשר זכוכית מתחכך במשי. באופן הגיוני, הוא כינה אותם "שרף" ו"זכוכיות". בנג'מין פרנקלין גם חקר את הנושא הזה והציג את המושגים של מטען חיובי ושלילי. באיור - ב. פרנקלין תופס ברק.

צ'ארלס קולומב, שדיוקנו מוצג למטה, גילה את החוק, שנקרא מאוחר יותר חוק קולומב. הוא תיאר את האינטראקציה של שני מטענים נקודתיים. הוא גם הצליח למדוד את הערך והמציא בשביל זה מאזן פיתול, עליו נדבר בהמשך.

וכבר בתחילת המאה הקודמת, רוברט מיליקן, כתוצאה מהניסויים, הוכיח את דיסקרטיותם. המשמעות היא שהמטען של כל גוף שווה לכפולה שלמה של המטען החשמלי היסודי, והאלקטרון הוא יסודי.

מידע תיאורטי

מטען חשמלי הוא היכולת של גופים ליצור שדה אלקטרומגנטי. בפיזיקה, מדור האלקטרוסטטיקה בוחן את האינטראקציות של מטענים שהם נייחים ביחס למסגרת הייחוס האינרציאלית שנבחרה.

מה נמדד

יחידת המדידה SI נקראת "קולומב" - זהו מטען חשמלי העובר בחתך מוליך של 1 אמפר בשנייה אחת.

ייעוד האות הוא Q או q. זה יכול לקחת גם ערכים חיוביים ושליליים. השם הוא לכבודו של הפיזיקאי צ'ארלס קולומב, הוא גזר נוסחה למציאת כוחות האינטראקציה ביניהם, היא נקראת "חוק קולומב":

בו, q1, q2 הם המודולים של המטענים, r הוא המרחק ביניהם, k הוא מקדם המידתיות.

הנוסחה דומה לחוק המשיכה, באופן עקרוני, היא מתארת ​​אינטראקציה כזו. יש לו המסה הקטנה ביותר. המטען החשמלי שלו שלילי והוא שווה ל:

-1.6 * 10 ^ (- 19) Cl

פוזיטרון הוא ההפך מאלקטרון והוא מורכב גם ממטען אלמנטרי חיובי אחד.

בנוסף להיותו דיסקרטי, כמותי או נמדד במנות, חוק השימור תקף גם לגביו חיובים, מה שמרמז שבמערכת סגורה רק חיובים של שניהם שלטים. במילים פשוטות - הסכום האלגברי (בהתחשב בסימנים) של מטענים של חלקיקים וגופים, במערכת סגורה (מבודדת) תמיד נשאר ללא שינוי. הוא אינו משתנה עם הזמן או כאשר החלקיק זז, הוא קבוע במהלך חייו. החלקיקים הטעונים הפשוטים ביותר מושווים באופן קונבנציונלי למטענים חשמליים.

חוק שימור המטענים החשמליים אושר לראשונה על ידי מייקל פאראדיי בשנת 1843. זהו אחד מחוקי היסוד של הפיזיקה.

מוליכים, מוליכים למחצה ודיאלקטריים

יש הרבה חיובים בחינם במנצחים. הם נעים בחופשיות בכל הגוף. אין כמעט נשאים חופשיים במוליכים למחצה, אבל אם אתה מעביר אנרגיה קטנה לגוף, הם נוצרים, כתוצאה מכך הגוף מתחיל להוליך זרם חשמלי, כלומר. מטענים חשמליים מתחילים לנוע. דיאלקטריים הם חומרים שבהם מספר הנשאים החופשיים הוא מינימלי, כך שהזרם אינו יכול לזרום דרכם או יכול בתנאים מסוימים, למשל, מתח גבוה מאוד.

כיצד מתבטאת האינטראקציה

מטענים חשמליים מושכים ודוחים זה את זה. זה דומה לאינטראקציה של מגנטים. כולם יודעים שאם אתה משפשף סרגל או עט כדורי על השיער שלך, הוא הופך לחשמל. אם תביא אותו לנייר במצב זה, הוא יידבק לפלסטיק מחושמל. במהלך החשמול מתרחשת חלוקה מחדש של מטענים, כך שיש יותר מהם בחלק אחד של הגוף, ופחות בחלק השני.

מאותה סיבה, לפעמים אתה מתחשמל על ידי סוודר צמר או אנשים אחרים כשאתה נוגע בהם.

תְפוּקָה: מטענים חשמליים עם סימן אחד נוטים זה לזה, ועם שונים - הם נדחים. הם זורמים מגוף אחד למשנהו כשהם נוגעים זה בזה.

שיטות מדידה

ישנן מספר דרכים למדידת מטען חשמלי, בואו נסתכל על כמה מהן. מכשיר המדידה נקרא מאזן פיתול.

המאזן של קולומב הוא מאזן פיתול של המצאתו. המשמעות נעוצה בעובדה שמוט קל עם שני כדורים בקצוות וכדור אחד טעון נייח תלוי בכלי על חוט קוורץ. הקצה השני של החוט מחובר לכובע. הכדור הנייח מוסר על מנת להקנות לו מטען, ולאחר מכן צריך להתקין אותו בחזרה לתוך הכלי. לאחר מכן, החלק התלוי על החוט יתחיל לנוע. הכלי מסומן בסולם מדורג. עיקרון פעולתו בא לידי ביטוי בסרטון.

מכשיר נוסף למדידת מטען חשמלי הוא האלקטרוסקופ. זה, כמו הקודמים, הוא כלי זכוכית עם אלקטרודה, שעליו קבועים שני יריעות נייר כסף. הגוף הטעון מובא לקצה העליון של האלקטרודה, שלאורכו זורם המטען אל הרדיד, כתוצאה מכך, שני העלים יוטענו באותו השם ויתחילו להדוף. כמות הטעינה נקבעת לפי כמה הם מסיטים.

אלקטרומטר הוא מכשיר מדידה נוסף. מורכב ממוט מתכת וחץ מסתובב. כאשר גוף טעון נוגע באלקטרומטר, המטענים זורמים במורד המוט אל החץ, החץ סוטה ומציין ערך מסוים בסולם.

לבסוף, אנו ממליצים לצפות בסרטון שימושי נוסף בנושא:

שקלנו כמות פיזית חשובה. התורה על כך אפשרה להרחיב משמעותית את הידע על חשמל באופן כללי. התרומה למדע ולטכנולוגיה משמעותית למדי, ותחום היישום של ידע זה קשור לרפואה. למיינני אוויר יש השפעה חיובית על גוף האדם: הם מאיצים את אספקת החמצן מהאוויר לתאים. דוגמה למכשיר כזה היא נברשת Chizhevsky. עכשיו אתה יודע מה זה מטען חשמלי ואיך הוא נמדד.

חומרים קשורים:

• כיצד להמיר וואט לקילווואט
• חוק ג'ול-לנץ במילים פשוטות
• מהו חשמל סטטי