Električni naboj: kaj je in kako se meri

V naravi vsega ni mogoče razložiti z vidika mehanike, MKT in termodinamike, obstajajo tudi elektromagnetni pojavi, ki vplivajo na telo, pri tem pa niso odvisni od njihove mase. Za sposobnost teles, da so vir elektromagnetnih polj, je značilna fizična skalarna količina - električni naboj. Prvič je bil uveden v Coulombovem zakonu leta 1785, vendar je bil na njegov obstoj pritegnjen pozornost že pred našo dobo. V tem članku vam bomo s preprostimi besedami povedali, kaj je električni naboj in kako ga merimo.

Zgodovina odkritij

Že v starih časih je bilo opaženo, da če jantar drgnete na svilo, bo kamen začel k sebi privlačiti lahke predmete. William Hilbert je te poskuse preučeval do konca 16. stoletja. V poročilu o opravljenem delu se objekti, ki lahko pritegnejo druga telesa, imenujejo elektrificirani.

Naslednja odkritja leta 1729 je naredil Charles Dufay, ko je opazoval obnašanje teles, ko se drgnejo ob različne snovi. Tako je dokazal obstoj dveh vrst nabojev: prvi nastanejo pri drgnjenju smole ob volno, drugi pa pri drgnjenju stekla ob svilo. Logično jih je imenoval "smolnate" in "steklene". Benjamin Franklin je raziskal tudi to vprašanje in predstavil koncept pozitivnega in negativnega naboja. Na ilustraciji - B. Franklin ujame strelo.

Charles Coulomb, katerega portret je prikazan spodaj, je odkril zakon, ki je bil pozneje imenovan Coulombov zakon. Opisal je interakcijo dveh točkovnih nabojev. Znal je tudi izmeriti vrednost in za to izumil torzijsko tehtnico, o kateri bomo govorili kasneje.

In že v začetku prejšnjega stoletja je Robert Milliken kot rezultat poskusov dokazal njihovo diskretnost. To pomeni, da je naboj vsakega telesa enak celemu večkratniku osnovnega električnega naboja, elektron pa je elementaren.

Teoretični podatki

Električni naboj je sposobnost telesa, da ustvari elektromagnetno polje. V fiziki del elektrostatike proučuje interakcije nabojev, ki so stacionarni glede na izbrani inercialni referenčni okvir.

Kaj se meri

Merska enota SI se imenuje "Coulomb" - to je električni naboj, ki v 1 sekundi preide skozi prevodnik s prerezom 1 amper.

Črkovna oznaka je Q ali q. Lahko ima tako pozitivne kot negativne vrednosti. Ime je v čast fizika Charlesa Coulomba, ki je izpeljal formulo za iskanje sil interakcije med njimi, imenuje se "Coulombov zakon":

V njej so q1, q2 moduli nabojev, r je razdalja med njima, k je koeficient sorazmernosti.

Formula je podobna zakonu privlačnosti, načeloma opisuje takšno interakcijo. Ima najmanjšo maso. Njegov električni naboj je negativen in je enak:

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

Pozitron je nasprotje elektrona in je sestavljen tudi iz enega pozitivnega elementarnega naboja.

Poleg tega, da je diskreten, kvantiziran ali merjen v delih, zanj velja tudi zakon o ohranjanju. naboji, kar nakazuje, da v zaprtem sistemu polni samo oba znaki. Preprosto povedano - algebraična (ob upoštevanju znakov) vsota nabojev delcev in teles v zaprtem (izoliranem) sistemu vedno ostane nespremenjena. Ne spreminja se s časom ali ko se delec premika, je ves čas svojega življenja konstanten. Najenostavnejše nabite delce običajno primerjamo z električnimi naboji.

Zakon o ohranjanju električnih nabojev je prvi potrdil Michael Faraday leta 1843. To je eden od temeljnih zakonov fizike.

Prevodniki, polprevodniki in dielektriki

V vodnikih je veliko brezplačnih nabojev. Po telesu se prosto gibljejo. V polprevodnikih skoraj ni prostih nosilcev, če pa na telo prenesete majhno energijo, nastanejo, zaradi česar telo začne voditi električni tok, t.j. električni naboji se začnejo premikati. Dielektriki so snovi, pri katerih je število prostih nosilcev minimalno, zato tok ne more teči skozi njih ali pa lahko pod določenimi pogoji, na primer zelo visoka napetost.

Kako je interakcija izražena

Električni naboji se privlačijo in odbijajo. To je podobno interakciji magnetov. Vsi vedo, da če po laseh zdrgnete ravnilo ali kemični svinčnik, postanejo naelektreni. Če ga v tem stanju prenesete na papir, se bo oprijel elektrificirane plastike. Pri elektrifikaciji pride do prerazporeditve nabojev, tako da jih je na enem delu telesa več, na drugem manj.

Iz istega razloga vas včasih, ko se jih dotaknete, udari električni udar zaradi volnenega puloverja ali drugih ljudi.

Izhod: električni naboji z enim znakom se nagibajo drug k drugemu, z različnimi pa se odbijajo. Tečejo iz enega telesa v drugega, ko se dotikajo drug drugega.

Merilne metode

Obstaja več načinov za merjenje električnega naboja, oglejmo si nekaj izmed njih. Merilna naprava se imenuje torzijska tehtnica.

Coulombova tehtnica je torzijska tehtnica njegovega izuma. Pomen je v tem, da je lahka palica z dvema kroglicama na koncih in eno nepremično nabito kroglo obešena v posodi na kremenovi niti. Drugi konec niti je pritrjen na pokrovček. Nepremična krogla se odstrani, da se ji napolni, nato pa jo morate namestiti nazaj v posodo. Po tem se bo del, obešen na navoj, začel premikati. Posoda je označena z graduirano skalo. Načelo njegovega delovanja se odraža v videoposnetku.

Druga naprava za merjenje električnega naboja je elektroskop. Tako kot prejšnje je steklena posoda z elektrodo, na katero sta pritrjeni dve listi kovinske folije. Nabito telo pripeljemo do zgornjega konca elektrode, po katerem se naboj steka navzdol na folijo, posledično bosta oba lista napolnjena z istim imenom in se bosta začela odbijati. Znesek naboja je določen s tem, koliko se odklonijo.

Elektrometer je še en merilni instrument. Sestavljen je iz kovinske palice in vrtljive puščice. Ko se nabito telo dotakne elektrometra, naboji stečejo po palici do puščice, puščica odstopa in označuje določeno vrednost na lestvici.

Na koncu priporočamo ogled še enega uporabnega videoposnetka na to temo:

Upoštevali smo pomembno fizikalno količino. Nauki o tem so omogočili znatno razširitev znanja o elektriki na splošno. Prispevek k znanosti in tehnologiji je precejšen, področje uporabe tega znanja pa je povezano z medicino. Ionizatorji zraka pozitivno vplivajo na človeško telo: pospešujejo dovajanje kisika iz zraka v celice. Primer takšne naprave je lestenec Chizhevsky. Zdaj veste, kaj je električni naboj in kako se meri.

Povezani materiali:

• Kako pretvoriti vate v kilovate
• Joule-Lenzov zakon z enostavnimi besedami
• Kaj je statična elektrika