Elektros krūvis: kas tai yra ir kaip jis matuojamas

Gamtoje ne viską galima paaiškinti mechanikos, MKT ir termodinamikos požiūriu, yra ir elektromagnetinių reiškinių, kurie veikia kūną, nors ir nepriklauso nuo jų masės. Kūnų gebėjimas būti elektromagnetinių laukų šaltiniu pasižymi fizikiniu skaliariniu dydžiu – elektros krūviu. Pirmą kartą jis buvo įtrauktas į Kulono įstatymą 1785 m., tačiau dėmesys į jo egzistavimą buvo atkreiptas dar prieš mūsų erą. Šiame straipsnyje paprastais žodžiais papasakosime, kas yra elektros krūvis ir kaip jis matuojamas.

Atradimų istorija

Dar senovėje buvo pastebėta, kad jei gintarą įtrinsite ant šilko, akmuo ims traukti į save lengvus daiktus. William Hilbert studijavo šiuos eksperimentus iki XVI amžiaus pabaigos. Ataskaitoje apie atliktus darbus objektai, galintys pritraukti kitus kūnus, vadinami elektrifikuotais.

Kitus atradimus 1729 m. padarė Charlesas Dufay'us, stebėdamas kūnų elgesį, kai jie trinasi į skirtingas medžiagas. Taigi jis įrodė dviejų tipų užtaisų egzistavimą: pirmieji susidaro, kai derva trinasi į vilną, o antroji – stiklui trinantis į šilką. Logiškai mąstant, jis juos pavadino „dervingais“ ir „stikliniais“. Benjaminas Franklinas taip pat išnagrinėjo šią problemą ir pristatė teigiamo ir neigiamo krūvio sąvokas. Iliustracijoje - B. Franklinas gaudo žaibą.

Charlesas Kulonas, kurio portretas parodytas žemiau, atrado įstatymą, kuris vėliau buvo vadinamas Kulono dėsnis. Jis apibūdino dviejų taškinių krūvių sąveiką. Jis taip pat sugebėjo išmatuoti vertę ir tam sugalvojo sukimo balansą, apie kurį kalbėsime vėliau.

Ir jau praėjusio amžiaus pradžioje Robertas Millikenas, atlikęs eksperimentus, įrodė savo diskretiškumą. Tai reiškia, kad kiekvieno kūno krūvis lygus sveikajam elementariojo elektros krūvio kartotiniam, o elektronas yra elementarus.

Teorinė informacija

Elektros krūvis yra kūnų gebėjimas sukurti elektromagnetinį lauką. Fizikoje elektrostatikos skyrius tiria krūvių, kurie yra nejudantys pasirinktos inercinės atskaitos sistemos atžvilgiu, sąveiką.

Kas matuojama

SI matavimo vienetas vadinamas „kulonu“ – tai elektros krūvis, praeinantis 1 ampero skerspjūvį per 1 sekundę.

Raidės žymėjimas yra Q arba q. Tai gali turėti tiek teigiamų, tiek neigiamų verčių. Pavadinimas yra fiziko Charleso Kulono garbei, jis išvedė formulę, kaip rasti jų sąveikos jėgas, ji vadinama „Kulono dėsniu“:

Jame q1, q2 – krūvių moduliai, r – atstumas tarp jų, k – proporcingumo koeficientas.

Formulė panaši į traukos dėsnį, iš esmės ji apibūdina tokią sąveiką. Ji turi mažiausią masę. Jo elektros krūvis yra neigiamas ir lygus:

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

Pozitronas yra priešingas elektronui ir taip pat susideda iš vieno teigiamo elementaraus krūvio.

Be to, kad yra atskiras, kiekybinis ar matuojamas dalimis, išsaugojimo įstatymas galioja ir jam. mokesčiai, o tai rodo, kad uždaroje sistemoje apmokestinami tik abu ženklai. Paprasčiau tariant – algebrinė (atsižvelgiant į požymius) dalelių ir kūnų krūvių suma, uždaroje (izoliuotoje) sistemoje visada išlieka nepakitusi. Ji nesikeičia laikui bėgant arba dalelei judant, ji yra pastovi per visą savo gyvavimo laikotarpį. Paprasčiausios įkrautos dalelės tradiciškai lyginamos su elektros krūviais.

Pirmą kartą elektros krūvių tvermės dėsnį patvirtino Michaelas Faradėjus 1843 m. Tai vienas pagrindinių fizikos dėsnių.

Laidininkai, puslaidininkiai ir dielektrikai

Laidininkuose yra daug nemokamų mokesčių. Jie laisvai juda visame kūne. Puslaidininkiuose beveik nėra laisvų nešėjų, bet jei perkeliate nedidelę energiją į kūną, jie susidaro, ko pasekoje kūnas pradeda vesti elektros srovę, t.y. elektros krūviai pradeda judėti. Dielektrikai yra medžiagos, kuriose laisvųjų nešėjų skaičius yra minimalus, todėl srovė per juos negali tekėti arba gali tam tikromis sąlygomis, pavyzdžiui, esant labai aukštai įtampai.

Kaip išreiškiama sąveika

Elektros krūviai vienas kitą traukia ir atstumia. Tai panašu į magnetų sąveiką. Visi žino, kad liniuote ar tušinuku patrynus plaukus, jie įsielektrina. Jei atnešite jį ant popieriaus tokioje būsenoje, jis prilips prie elektrifikuoto plastiko. Elektrifikuojant įvyksta krūvių persiskirstymas, todėl vienoje kūno dalyje jų būna daugiau, o kitoje – mažiau.

Dėl tos pačios priežasties kartais nutrenkia elektra nuo vilnonio megztinio ar kitų žmonių, kai juos liečiate.

Išvestis: elektros krūviai su vienu ženklu linksta vienas prie kito, o su skirtingais - atstumia. Liečiant vienas kitą, jie teka iš vieno kūno į kitą.

Matavimo metodai

Yra keletas būdų, kaip matuoti elektros krūvį, pažvelkime į kai kuriuos iš jų. Matavimo prietaisas vadinamas sukimo svarstykle.

Kulono balansas yra jo išradimo sukimo balansas. Prasmė slypi tame, kad šviesos strypas su dviem rutuliais galuose ir vienu stacionariai įkrautu rutuliu pakabinamas inde ant kvarco sriegio. Kitas sriegio galas pritvirtintas prie dangtelio. Stacionarus rutulys pašalinamas, kad į jį būtų įkrautas krūvis, o po to jį reikia įdėti atgal į indą. Po to dalis, pakabinta ant sriegio, pradės judėti. Laivas pažymėtas graduota skale. Jo veikimo principas atsispindi vaizdo įraše.

Kitas elektros krūvio matavimo prietaisas yra elektroskopas. Tai, kaip ir ankstesni, yra stiklinis indas su elektrodu, ant kurio pritvirtinti du metalinės folijos lakštai. Įkrautas korpusas nukreipiamas į viršutinį elektrodo galą, išilgai kurio krūvis teka žemyn ant folijos, todėl abu lapai bus įkrauti tuo pačiu pavadinimu ir pradės atstumti. Mokesčio dydis nustatomas pagal tai, kiek jie nukrypsta.

Elektrometras yra dar vienas matavimo prietaisas. Susideda iš metalinės juostos ir besisukančios rodyklės. Kai įkrautas kūnas paliečia elektrometrą, krūviai teka strypu žemyn iki rodyklės, rodyklė nukrypsta ir skalėje rodo tam tikrą reikšmę.

Galiausiai rekomenduojame žiūrėti kitą naudingą vaizdo įrašą šia tema:

Atsižvelgėme į svarbų fizinį dydį. Mokymai apie tai leido gerokai praplėsti žinias apie elektrą apskritai. Indėlis į mokslą ir technologijas yra gana reikšmingas, o šių žinių taikymo sritis siejama su medicina. Oro jonizatoriai teigiamai veikia žmogaus organizmą: pagreitina deguonies patekimą iš oro į ląsteles. Tokio prietaiso pavyzdys yra Chizhevsky liustra. Dabar žinote, kas yra elektros krūvis ir kaip jis matuojamas.

Susijusios medžiagos:

• Kaip konvertuoti vatus į kilovatus
• Džaulio-Lenco dėsnis paprastais žodžiais
• Kas yra statinė elektra