Elektriskais lādiņš: kas tas ir un kā to mēra

Dabā ne visu var izskaidrot no mehānikas, MKT un termodinamikas viedokļa, ir arī elektromagnētiskas parādības, kas ietekmē ķermeni, bet nav atkarīgas no to masas. Ķermeņu spēju būt par elektromagnētisko lauku avotu raksturo fizikāls skalārs lielums – elektriskais lādiņš. Pirmo reizi tas tika ieviests Kulona likumā 1785. gadā, taču tā pastāvēšanai tika pievērsta uzmanība jau pirms mūsu ēras. Šajā rakstā mēs vienkāršiem vārdiem pastāstīsim, kas ir elektriskais lādiņš un kā to mēra.

Atklājumu vēsture

Jau senos laikos tika ievērots, ka, ierīvējot dzintaru uz zīda, akmens sāks piesaistīt sev vieglus priekšmetus. Viljams Hilberts pētīja šos eksperimentus līdz 16. gadsimta beigām. Pārskatā par paveikto darbu objektus, kas spēj piesaistīt citus ķermeņus, sauc par elektrificētiem.

Nākamos atklājumus 1729. gadā veica Čārlzs Dufejs, novērojot ķermeņu uzvedību, kad tie berzējas pret dažādām vielām. Tādējādi viņš pierādīja divu veidu lādiņu esamību: pirmie veidojas, sveķiem berzējot pret vilnu, un otrie, kad stikls berzē pret zīdu. Loģiski, ka viņš tos sauca par "sveķainiem" un "stiklainiem". Bendžamins Franklins arī pētīja šo jautājumu un iepazīstināja ar pozitīvā un negatīvā lādiņa jēdzieniem. Ilustrācijā - B. Franklins noķer zibeni.

Čārlzs Kulons, kura portrets ir parādīts zemāk, atklāja likumu, ko vēlāk sauca Kulona likums. Viņš aprakstīja divu punktu lādiņu mijiedarbību. Viņš arī spēja izmērīt vērtību un tam izgudroja vērpes līdzsvaru, par ko mēs runāsim vēlāk.

Un jau pagājušā gadsimta sākumā Roberts Millikens eksperimentu rezultātā pierādīja savu diskrētumu. Tas nozīmē, ka katra ķermeņa lādiņš ir vienāds ar elementārā elektriskā lādiņa veselu skaitļu daudzkārtni, un elektrons ir elementārs.

Teorētiskā informācija

Elektriskais lādiņš ir ķermeņu spēja radīt elektromagnētisko lauku. Fizikā elektrostatikas sadaļā tiek pētīta lādiņu mijiedarbība, kas ir stacionāra attiecībā pret izvēlēto inerciālo atskaites sistēmu.

Kas tiek mērīts

SI mērvienību sauc par "kulonu" - tas ir elektriskais lādiņš, kas 1 sekundē iziet cauri vadītāja šķērsgriezumam 1 ampērs.

Burtu apzīmējums ir Q vai q. Tam var būt gan pozitīvas, gan negatīvas vērtības. Nosaukums ir par godu fiziķim Čārlzam Kulonam, viņš atvasināja formulu to mijiedarbības spēku atrašanai, to sauc par "Kulona likumu":

Tajā q1, q2 ir lādiņu moduļi, r ir attālums starp tiem, k ir proporcionalitātes koeficients.

Formula ir līdzīga pievilkšanās likumam, principā tā apraksta šādu mijiedarbību. Tam ir mazākā masa. Tā elektriskais lādiņš ir negatīvs, un tas ir vienāds ar:

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

Pozitrons ir pretstats elektronam un arī sastāv no viena pozitīva elementāra lādiņa.

Papildus tam, ka saglabāšanas likums ir diskrēts, kvantificēts vai mērāms daļās, tas ir spēkā arī maksas, kas liecina, ka slēgtā sistēmā iekasē tikai abus zīmes. Vienkārši izsakoties - algebriskā (ņemot vērā zīmes) daļiņu un ķermeņu lādiņu summa slēgtā (izolētā) sistēmā vienmēr paliek nemainīga. Tas nemainās laika gaitā vai daļiņai kustoties, tās dzīves laikā tā ir nemainīga. Vienkāršākās uzlādētās daļiņas parasti tiek salīdzinātas ar elektriskajiem lādiņiem.

Elektrisko lādiņu nezūdamības likumu pirmo reizi apstiprināja Maikls Faradejs 1843. gadā. Šis ir viens no fizikas pamatlikumiem.

Vadītāji, pusvadītāji un dielektriķi

Konduktoros ir daudz bezmaksas maksas. Viņi brīvi pārvietojas pa visu ķermeni. Pusvadītājos gandrīz nav brīvu nesēju, bet, nododot ķermenim nelielu enerģiju, tie veidojas, kā rezultātā ķermenis sāk vadīt elektrisko strāvu, t.i. elektriskie lādiņi sāk kustēties. Dielektriķi ir vielas, kurās brīvo nesēju skaits ir minimāls, tāpēc caur tiem nevar plūst strāva vai var noteiktos apstākļos, piemēram, ļoti augsts spriegums.

Kā tiek izteikta mijiedarbība

Elektriskie lādiņi viens otru pievelk un atgrūž. Tas ir līdzīgs magnētu mijiedarbībai. Ikviens zina, ka, ierīvējot matus ar lineālu vai lodīšu pildspalvu, tie elektrizējas. Ja jūs to nogādāsit uz papīra šādā stāvoklī, tas pielīps pie elektrificētas plastmasas. Elektrifikācijas laikā notiek lādiņu pārdale, tā ka vienā ķermeņa daļā to ir vairāk, bet otrā mazāk.

Tā paša iemesla dēļ dažkārt jūs saņemat elektriskās strāvas triecienu no vilnas džempera vai citiem cilvēkiem, kad tiem pieskaraties.

Izvade: elektriskie lādiņi ar vienu zīmi tiecas viens pie otra, un ar dažādiem - tie tiek atvairīti. Pieskaroties viens otram, tie plūst no viena ķermeņa uz otru.

Mērīšanas metodes

Ir vairāki veidi, kā izmērīt elektrisko lādiņu, apskatīsim dažus no tiem. Mērīšanas ierīci sauc par vērpes svaru.

Kulona līdzsvars ir viņa izgudrojuma vērpes līdzsvars. Nozīme ir tajā, ka gaismas stienis ar divām lodītēm galos un vienu stacionāru uzlādētu lodi ir iekarināts traukā uz kvarca pavediena. Otrs vītnes gals ir piestiprināts pie vāciņa. Stacionārā bumbiņa tiek noņemta, lai tai piešķirtu lādiņu, un pēc tam tā jāinstalē atpakaļ traukā. Pēc tam uz vītnes piekārtā daļa sāks kustēties. Kuģis ir marķēts ar graduētu skalu. Tās darbības princips ir atspoguļots video.

Vēl viena elektriskā lādiņa mērīšanas ierīce ir elektroskops. Tas, tāpat kā iepriekšējie, ir stikla trauks ar elektrodu, uz kura ir piestiprinātas divas metāla folijas loksnes. Uzlādētais korpuss tiek nogādāts elektroda augšējā galā, pa kuru lādiņš plūst uz leju uz folijas, kā rezultātā abas lapas tiks uzlādētas ar vienu nosaukumu un sāks atgrūst. Maksas lielumu nosaka atkarībā no tā, cik daudz tie novirza.

Elektrometrs ir vēl viens mērinstruments. Sastāv no metāla stieņa un rotējošas bultiņas. Kad uzlādēts ķermenis pieskaras elektrometram, lādiņi plūst lejup pa stieni uz bultiņu, bultiņa novirzās un norāda uz skalas noteiktu vērtību.

Visbeidzot, mēs iesakām noskatīties vēl vienu noderīgu videoklipu par šo tēmu:

Mēs esam apsvēruši svarīgu fizisko lielumu. Mācības par to ļāva būtiski paplašināt zināšanas par elektrību kopumā. Ieguldījums zinātnē un tehnoloģijās ir diezgan nozīmīgs, un šo zināšanu pielietojuma joma ir saistīta ar medicīnu. Gaisa jonizatoriem ir pozitīva ietekme uz cilvēka ķermeni: tie paātrina skābekļa piegādi no gaisa uz šūnām. Šādas ierīces piemērs ir Chizhevsky lustra. Tagad jūs zināt, kas ir elektriskais lādiņš un kā to mēra.

Saistītie materiāli:

• Kā konvertēt vatus uz kilovatiem
• Džoula-Lenca likums vienkāršos vārdos
• Kas ir statiskā elektrība