Elektrický náboj: čo to je a ako sa meria

V prírode nie je možné všetko vysvetliť z hľadiska mechaniky, MKT a termodynamiky, existujú aj elektromagnetické javy, ktoré pôsobia na telo, pričom nezávisia od ich hmotnosti. Schopnosť telies byť zdrojom elektromagnetických polí je charakterizovaná fyzikálnou skalárnou veličinou – elektrickým nábojom. Prvýkrát bol predstavený v Coulombovom zákone v roku 1785, no pozornosť sa upriamila na jeho existenciu ešte pred naším letopočtom. V tomto článku vám jednoduchými slovami povieme, čo je elektrický náboj a ako sa meria.

História objavov

Dokonca aj v dávnych dobách sa zistilo, že ak si jantárom rozotriete hodváb, kameň k sebe začne priťahovať ľahké predmety. William Hilbert študoval tieto experimenty až do konca 16. storočia. V správe o vykonanej práci sa predmety, ktoré môžu priťahovať iné telá, nazývajú elektrifikované.

Ďalšie objavy v roku 1729 urobil Charles Dufay, keď pozoroval správanie telies, keď sa otierajú o inú hmotu. Dokázal tak existenciu dvoch typov nábojov: prvý vzniká pri trení živice o vlnu a druhý pri trení skla o hodváb. Logicky ich nazval „živicový“ a „sklovitý“. Benjamin Franklin tiež preskúmal túto otázku a predstavil koncepty kladného a záporného náboja. Na obrázku - B. Franklin chytá blesky.

Charles Coulomb, ktorého portrét je zobrazený nižšie, objavil zákon, ktorý bol neskôr tzv Coulombov zákon. Opísal interakciu dvoch bodových nábojov. Dokázal zmerať aj hodnotu a vymyslel na to torznú váhu, o ktorej si povieme neskôr.

A už na začiatku minulého storočia Robert Milliken v dôsledku experimentov dokázal ich diskrétnosť. To znamená, že náboj každého telesa sa rovná celočíselnému násobku elementárneho elektrického náboja a elektrón je elementárny.

Teoretické informácie

Elektrický náboj je schopnosť telies vytvárať elektromagnetické pole. Vo fyzike sekcia elektrostatiky študuje interakcie nábojov, ktoré sú stacionárne vzhľadom na zvolenú inerciálnu vzťažnú sústavu.

Čo sa meria

Jednotka merania SI sa nazýva "Coulomb" - je to elektrický náboj prechádzajúci vodičom s prierezom 1 ampér za 1 sekundu.

Označenie písmen je Q alebo q. Môže nadobúdať kladné aj záporné hodnoty. Názov je na počesť fyzika Charlesa Coulomba, odvodil vzorec na nájdenie síl interakcie medzi nimi, nazýva sa to "Coulombov zákon":

V ňom sú q1, q2 moduly nábojov, r je vzdialenosť medzi nimi, k je koeficient úmernosti.

Vzorec je podobný zákonu príťažlivosti, v princípe popisuje takúto interakciu. Má najmenšiu hmotnosť. Jeho elektrický náboj je záporný a rovná sa:

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

Pozitron je opakom elektrónu a tiež pozostáva z jedného kladného elementárneho náboja.

Okrem toho, že je diskrétna, kvantovaná alebo meraná po častiach, platí pre ňu aj zákon zachovania. poplatkov, čo naznačuje, že v uzavretom systéme len poplatky oboch znamenia. Zjednodušene povedané - algebraický (berúc do úvahy znamienka) súčet nábojov častíc a telies v uzavretom (izolovanom) systéme vždy zostáva nezmenený. Nemení sa časom ani pohybom častice, je konštantná počas svojej životnosti. Najjednoduchšie nabité častice sa bežne porovnávajú s elektrickými nábojmi.

Zákon zachovania elektrických nábojov prvýkrát potvrdil Michael Faraday v roku 1843. Toto je jeden zo základných fyzikálnych zákonov.

Vodiče, polovodiče a dielektrika

Vo vodičoch je veľa bezplatných poplatkov. Voľne sa pohybujú po celom tele. V polovodičoch nie sú takmer žiadne voľné nosiče, ale ak telu prenesiete malú energiu, vytvoria sa, v dôsledku čoho telo začne viesť elektrický prúd, t.j. elektrické náboje sa začnú pohybovať. Dielektriká sú látky, v ktorých je minimálny počet voľných nosičov, takže cez ne nemôže pretekať prúd alebo môže za určitých podmienok, napríklad, veľmi vysoké napätie.

Ako sa prejavuje interakcia

Elektrické náboje sa navzájom priťahujú a odpudzujú. Je to podobné ako interakcia magnetov. Každý vie, že ak si po vlasoch pretriete pravítkom alebo guľôčkovým perom, elektrizujú. Ak ho v tomto stave privediete na papier, prilepí sa na elektrifikovaný plast. Pri elektrifikácii dochádza k prerozdeleniu nábojov, takže na jednej časti tela je ich viac a na druhej menej.

Z rovnakého dôvodu vás niekedy zasiahne elektrický prúd vlneným svetrom alebo inými ľuďmi, keď sa ich dotknete.

Výkon: elektrické náboje s jedným znakom majú tendenciu k sebe navzájom a s rôznymi - sú odpudzované. Pri vzájomnom dotyku prúdia z jedného tela do druhého.

Metódy merania

Existuje množstvo spôsobov merania elektrického náboja, pozrime sa na niektoré z nich. Meracie zariadenie sa nazýva torzné váhy.

Coulombova rovnováha je torznou rovnováhou jeho vynálezu. Význam spočíva v tom, že svetelná tyč s dvoma guľôčkami na koncoch a jednou stacionárne nabitou guľou je zavesená v nádobe na kremennej nite. Druhý koniec závitu je pripevnený k uzáveru. Stacionárna guľa sa odstráni, aby sa jej nabila, a potom ju musíte nainštalovať späť do nádoby. Potom sa časť zavesená na závite začne pohybovať. Nádoba je označená stupnicou. Princíp jeho fungovania sa odráža vo videu.

Ďalším zariadením na meranie elektrického náboja je elektroskop. Rovnako ako predchádzajúce je to sklenená nádoba s elektródou, na ktorej sú pripevnené dva plechy z kovovej fólie. Nabité teleso je privedené k hornému koncu elektródy, pozdĺž ktorej náboj steká dole na fóliu, v dôsledku čoho sa oba listy nabijú rovnakým názvom a začnú sa odpudzovať. Výška náboja je určená tým, o koľko sa odklonia.

Ďalším meracím prístrojom je elektrometer. Pozostáva z kovovej tyče a otočnej šípky. Keď sa nabité teleso dotkne elektrometra, náboje tečú po tyči k šípke, šípka sa odchyľuje a ukazuje určitú hodnotu na stupnici.

Na záver vám odporúčame pozrieť si ďalšie užitočné video na túto tému:

Uvažovali sme o dôležitej fyzikálnej veličine. Učenie o ňom umožnilo výrazne rozšíriť vedomosti o elektrine vo všeobecnosti. Prínos pre vedu a techniku ​​je pomerne významný a oblasť aplikácie týchto poznatkov je spojená s medicínou. Ionizátory vzduchu majú pozitívny vplyv na ľudský organizmus: urýchľujú dodávanie kyslíka zo vzduchu do buniek. Príkladom takéhoto zariadenia je luster Chizhevsky. Teraz viete, čo je elektrický náboj a ako sa meria.

Súvisiace materiály:

• Ako previesť watty na kilowatty
• Joule-Lenzov zákon jednoduchými slovami
• Čo je statická elektrina