Elektrische lading: wat het is en hoe het wordt gemeten

In de natuur kan niet alles worden verklaard vanuit het oogpunt van mechanica, MKT en thermodynamica, er zijn ook elektromagnetische verschijnselen die het lichaam beïnvloeden, terwijl ze niet afhankelijk zijn van hun massa. Het vermogen van lichamen om een ​​bron van elektromagnetische velden te zijn, wordt gekenmerkt door een fysieke scalaire grootheid - een elektrische lading. Het werd voor het eerst afgeleid in de wet van Coulomb in 1785, maar de aandacht werd al vóór onze jaartelling op het bestaan ​​ervan gevestigd. In dit artikel vertellen we je in eenvoudige bewoordingen wat een elektrische lading is en hoe deze wordt gemeten.

Geschiedenis van ontdekkingen

Zelfs in de oudheid werd opgemerkt dat als je barnsteen op zijde wrijft, de steen lichte voorwerpen naar zich toe zal trekken. William Hilbert bestudeerde deze experimenten tot het einde van de 16e eeuw. In het rapport over het verrichte werk worden objecten die andere lichamen kunnen aantrekken, geëlektrificeerd genoemd.

De volgende ontdekkingen in 1729 werden gedaan door Charles Dufay, waarbij hij het gedrag van lichamen observeerde wanneer ze tegen verschillende materie wrijven. Zo bewees hij het bestaan ​​van twee soorten ladingen: de eerste wordt gevormd wanneer hars tegen wol wrijft, en de tweede wanneer glas tegen zijde wrijft. Logischerwijs noemde hij ze "harsachtig" en "glazig". Benjamin Franklin onderzocht ook dit probleem en introduceerde de concepten van positieve en negatieve lading. In de afbeelding - B. Franklin vangt de bliksem.

Charles Coulomb, wiens portret hieronder wordt getoond, ontdekte de wet, die later werd genoemd Wet van Coulomb. Hij beschreef de interactie van twee puntladingen. Hij was ook in staat om de waarde te meten en bedacht hiervoor een torsiebalans, waar we het later over zullen hebben.

En al aan het begin van de vorige eeuw bewees Robert Milliken als resultaat van de experimenten hun discretie. Dit betekent dat de lading van elk lichaam gelijk is aan een geheel veelvoud van de elementaire elektrische lading, en dat het elektron elementair is.

Theoretische informatie

Een elektrische lading is het vermogen van lichamen om een ​​elektromagnetisch veld te creëren. In de natuurkunde bestudeert de sectie elektrostatica de interacties van ladingen die stationair zijn ten opzichte van het geselecteerde inertiële referentiekader.

Wat wordt gemeten

De SI-meeteenheid wordt "Coulomb" genoemd - het is een elektrische lading die in 1 seconde door een geleiderdoorsnede van 1 Ampère gaat.

De letteraanduiding is Q of q. Het kan zowel positieve als negatieve waarden aannemen. De naam is ter ere van de natuurkundige Charles Coulomb, hij heeft een formule afgeleid voor het vinden van de krachten van interactie tussen hen, het wordt "de wet van Coulomb" genoemd:

Daarin zijn q1, q2 de moduli van ladingen, r is de afstand ertussen, k is de evenredigheidscoëfficiënt.

De formule is vergelijkbaar met de wet van aantrekking, in principe beschrijft het zo'n interactie. Het heeft de kleinste massa. De elektrische lading is negatief en is gelijk aan:

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

Een positron is het tegenovergestelde van een elektron en bestaat ook uit één positieve elementaire lading.

Behalve dat het discreet, gekwantiseerd of gemeten in porties is, is de wet van behoud er ook voor geldig ladingen, wat suggereert dat in een gesloten systeem alleen ladingen van beide tekens. In eenvoudige bewoordingen - de algebraïsche (rekening houdend met de tekens) som van de ladingen van deeltjes en lichamen, in een gesloten (geïsoleerd) systeem blijft altijd ongewijzigd. Het verandert niet met de tijd of wanneer het deeltje beweegt, het is constant tijdens zijn leven. De eenvoudigste geladen deeltjes worden conventioneel vergeleken met elektrische ladingen.

De wet van behoud van elektrische ladingen werd voor het eerst bevestigd door Michael Faraday in 1843. Dit is een van de fundamentele wetten van de natuurkunde.

Geleiders, halfgeleiders en diëlektrica

Er zijn veel gratis kosten in geleiders. Ze bewegen vrij door het lichaam. Er zijn bijna geen vrije dragers in halfgeleiders, maar als je een kleine energie aan het lichaam overdraagt, worden ze gevormd, waardoor het lichaam een ​​elektrische stroom begint te geleiden, d.w.z. elektrische ladingen beginnen te bewegen. Diëlektrica zijn stoffen waarbij het aantal vrije dragers minimaal is, waardoor de stroom er niet doorheen kan vloeien of onder bepaalde omstandigheden bijvoorbeeld een zeer hoge spanning kan veroorzaken.

Hoe de interactie tot uiting komt

Elektrische ladingen trekken elkaar aan en stoten elkaar af. Dit is vergelijkbaar met de interactie van magneten. Iedereen weet dat als je een liniaal of balpen over je haar wrijft, het geëlektrificeerd wordt. Als je het in deze staat op papier brengt, blijft het plakken op geëlektrificeerd plastic. Tijdens elektrificatie vindt een herverdeling van ladingen plaats, zodat er meer van op het ene deel van het lichaam zijn en minder op het andere.

Om dezelfde reden word je soms geëlektrocuteerd door een wollen trui of andere mensen als je ze aanraakt.

Uitgang: elektrische ladingen met één teken neigen naar elkaar, en met verschillende - ze worden afgestoten. Ze stromen van het ene lichaam naar het andere wanneer ze elkaar aanraken.

Meetmethoden:

Er zijn een aantal manieren om elektrische lading te meten, laten we er een paar bekijken. Het meetinstrument wordt een torsiebalans genoemd.

Coulomb's balans is een torsiebalans van zijn uitvinding. De betekenis ligt in het feit dat een lichtstaaf met twee kogels aan de uiteinden en een stilstaande geladen kogel in een vat op een kwartsdraad hangt. Het andere uiteinde van de draad is bevestigd aan de dop. De stationaire bal wordt verwijderd om er een lading aan te geven, waarna u hem weer in het vat moet installeren. Daarna begint het deel dat aan de draad is opgehangen te bewegen. Het vat is gemarkeerd met een schaalverdeling. Het principe van de werking ervan wordt weerspiegeld in de video.

Een ander apparaat voor het meten van elektrische lading is de elektroscoop. Het is, net als de vorige, een glazen vat met een elektrode, waarop twee metaalfolieplaten zijn bevestigd. Het geladen lichaam wordt naar het bovenste uiteinde van de elektrode gebracht, waarlangs de lading naar beneden op de folie stroomt, waardoor beide bladeren met dezelfde naam worden geladen en beginnen af ​​​​te stoten. De hoeveelheid lading wordt bepaald door hoeveel ze doorbuigen.

Een elektrometer is een ander meetinstrument. Bestaat uit een metalen staaf en een draaiende pijl. Wanneer een geladen lichaam de elektrometer raakt, stromen de ladingen langs de staaf naar de pijl, de pijl wijkt af en geeft een bepaalde waarde op de schaal aan.

Ten slotte raden we aan om nog een nuttige video over het onderwerp te bekijken:

We hebben een belangrijke fysieke hoeveelheid overwogen. De leringen erover maakten het mogelijk om de kennis over elektriciteit in het algemeen aanzienlijk uit te breiden. De bijdrage aan wetenschap en technologie is behoorlijk groot en het toepassingsgebied van deze kennis wordt geassocieerd met geneeskunde. Luchtionisatoren hebben een positief effect op het menselijk lichaam: ze versnellen de toevoer van zuurstof uit de lucht naar de cellen. Een voorbeeld van een dergelijk apparaat is de Chizhevsky-kroonluchter. Nu weet je wat elektrische lading is en hoe het wordt gemeten.

Gerelateerde materialen:

• Hoe watt naar kilowatt te converteren
• De wet van Joule-Lenz in eenvoudige woorden
• Wat is statische elektriciteit?