Το ηλεκτρικό φορτίο και οι ιδιότητές του

Οι φυσικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στη φύση δεν εξηγούνται πάντα από τη δράση των νόμων της μοριακής-κινητικής θεωρίας, της μηχανικής ή της θερμοδυναμικής. Υπάρχουν επίσης ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις που δρουν σε απόσταση και δεν εξαρτώνται από το σωματικό βάρος.

Οι εκδηλώσεις τους περιγράφηκαν για πρώτη φορά στα έργα αρχαίων επιστημόνων από την Ελλάδα, όταν προσέλκυσαν φως, μικρά σωματίδια μεμονωμένων ουσιών με κεχριμπάρι, τριμμένα στο μαλλί.

Ιστορική συμβολή επιστημόνων στην ανάπτυξη της ηλεκτροδυναμικής

Πειράματα με το κεχριμπάρι μελετήθηκαν λεπτομερώς από τον Άγγλο ερευνητή William Hilbert... Τα τελευταία χρόνια του 16ου αιώνα έκανε έναν απολογισμό της δουλειάς του και όρισε αντικείμενα ικανά να έλκουν άλλα σώματα από απόσταση με τον όρο «ηλεκτρισμένο».

Ο Γάλλος φυσικός Charles Dufay διαπίστωσε την ύπαρξη φορτίων με αντίθετα σημάδια: μερικά σχηματίστηκαν με το τρίψιμο γυάλινων αντικειμένων σε μεταξωτό ύφασμα και άλλα - ρητίνες στο μαλλί. Έτσι τους έλεγε: γυαλί και ρετσίνι. Μετά την ολοκλήρωση της έρευνας, ο Benjamin Franklin εισήγαγε την έννοια των αρνητικών και θετικών φορτίων.

Ο Charles Visulka συνειδητοποιεί τη δυνατότητα μέτρησης της αντοχής των φορτίων σχεδιάζοντας έναν ζυγό στρέψης δικής του εφεύρεσης.

Ο Robert Milliken, βασισμένος σε μια σειρά πειραμάτων, καθόρισε τη διακριτή φύση των ηλεκτρικών φορτίων οποιασδήποτε ουσίας, αποδεικνύοντας ότι αποτελούνται από έναν ορισμένο αριθμό στοιχειωδών σωματιδίων. (Δεν πρέπει να συγχέεται με μια άλλη έννοια αυτού του όρου - κατακερματισμός, ασυνέχεια.)

Τα έργα αυτών των επιστημόνων χρησίμευσαν ως βάση της σύγχρονης γνώσης των διεργασιών και των φαινομένων που συμβαίνουν στα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία που δημιουργούνται από ηλεκτρικά φορτία και την κίνησή τους, που μελετήθηκαν από την ηλεκτροδυναμική.

Καθορισμός τελών και αρχές αλληλεπίδρασής τους

Το ηλεκτρικό φορτίο χαρακτηρίζει τις ιδιότητες των ουσιών που τους παρέχουν την ικανότητα να δημιουργούν ηλεκτρικά πεδία και να αλληλεπιδρούν σε ηλεκτρομαγνητικές διεργασίες. Ονομάζεται επίσης ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας και ορίζεται ως φυσικό κλιμακωτό μέγεθος. Τα σύμβολα "q" ή "Q" χρησιμοποιούνται για να υποδείξουν τη φόρτιση και η μονάδα "Μρεζέ" χρησιμοποιείται στις μετρήσεις, που πήρε το όνομά του από τον Γάλλο επιστήμονα που ανέπτυξε μια μοναδική τεχνική.

Δημιούργησε μια συσκευή, το σώμα της οποίας χρησιμοποιούσε μπάλες αιωρούμενες σε ένα λεπτό νήμα χαλαζία. Προσανατολίστηκαν στο χώρο με συγκεκριμένο τρόπο και η θέση τους καταγράφηκε σε μια βαθμολογημένη κλίμακα με ίσες διαιρέσεις.

Μέσα από μια ειδική τρύπα στο καπάκι, μια άλλη μπάλα με επιπλέον χρέωση μεταφέρθηκε σε αυτές τις μπάλες. Οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης που προέκυψαν ανάγκασαν τις μπάλες να εκτραπούν, να περιστρέψουν την αιώρησή τους. Η διαφορά στις ενδείξεις κλίμακας πριν και μετά τη φόρτιση κατέστησε δυνατή την εκτίμηση της ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας στα δείγματα δοκιμής.

Ένα φορτίο 1 κουλόμπ χαρακτηρίζεται στο σύστημα SI από ρεύμα 1 αμπέρ που διέρχεται από τη διατομή ενός σύρματος σε χρόνο ίσο με 1 δευτερόλεπτο.

Η σύγχρονη ηλεκτροδυναμική χωρίζει όλα τα ηλεκτρικά φορτία σε:

• θετικός;

• αρνητικός.

Όταν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, αναπτύσσουν δυνάμεις των οποίων η κατεύθυνση εξαρτάται από την υπάρχουσα πολικότητα.

Τα φορτία του ίδιου τύπου, θετικά ή αρνητικά, απωθούνται πάντα προς αντίθετες κατευθύνσεις, τείνουν να απομακρύνονται το ένα από το άλλο όσο το δυνατόν περισσότερο.Και για φορτία αντίθετων ζωδίων, υπάρχουν δυνάμεις που τείνουν να τα ενώνουν και να τα ενώνουν σε ένα. .

Αρχή της υπέρθεσης

Όταν υπάρχουν πολλά φορτία σε έναν συγκεκριμένο όγκο, η αρχή της υπέρθεσης λειτουργεί για αυτά.

Το νόημά του είναι ότι κάθε φορτίο με συγκεκριμένο τρόπο, σύμφωνα με τη μέθοδο που συζητήθηκε παραπάνω, αλληλεπιδρά με όλα τα άλλα, έλκεται από αντίθετα και απωθείται από παρόμοια. Για παράδειγμα, το θετικό φορτίο q1 επηρεάζεται από την ελκτική δύναμη F31 στο αρνητικό φορτίο q3 και τη δύναμη απώθησης F21 από το q2.

Η προκύπτουσα δύναμη F1 που ενεργεί στο q1 προσδιορίζεται από το γεωμετρικό άθροισμα των διανυσμάτων F31 και F21. (F1 = F31 + F21).

Η ίδια μέθοδος χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των δυνάμεων F2 και F3 που προκύπτουν στα φορτία q2 και q3, αντίστοιχα.

Χρησιμοποιώντας την αρχή της υπέρθεσης, συνήχθη το συμπέρασμα ότι για έναν ορισμένο αριθμό φορτίων σε ένα κλειστό σύστημα, σταθερές ηλεκτροστατικές δυνάμεις ενεργούν μεταξύ όλων των σωμάτων του και το δυναμικό σε οποιοδήποτε συγκεκριμένο σημείο αυτού του χώρου είναι ίσο με το άθροισμα των δυναμικών όλων χρεώνονται χωριστά.

Η λειτουργία αυτών των νόμων επιβεβαιώνεται από τις δημιουργημένες συσκευές ηλεκτροσκόπιο και ηλεκτρόμετρο, οι οποίες έχουν κοινή αρχή λειτουργίας.

Ένα ηλεκτροσκόπιο αποτελείται από δύο πανομοιότυπα λεπτά φύλλα φύλλου που αιωρούνται σε ένα μονωμένο χώρο σε ένα αγώγιμο νήμα συνδεδεμένο σε μια μεταλλική σφαίρα. Σε κανονική κατάσταση, τα φορτία δεν δρουν σε αυτή τη μπάλα, επομένως τα πέταλα κρέμονται ελεύθερα στο χώρο μέσα στο λαμπτήρα της συσκευής.

Πώς μπορεί να μεταφερθεί το φορτίο μεταξύ των σωμάτων

Εάν φέρετε ένα φορτισμένο σώμα, όπως μια ράβδο, στη σφαίρα του ηλεκτροσκοπίου, τότε το φορτίο θα περάσει μέσα από τη σφαίρα κατά μήκος ενός αγώγιμου νήματος στα πέταλα. Θα λάβουν το ίδιο φορτίο και θα αρχίσουν να απομακρύνονται το ένα από το άλλο σε γωνία ανάλογη με την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που εφαρμόζεται.

Το ηλεκτρόμετρο έχει την ίδια βασική δομή, αλλά υπάρχουν μικρές διαφορές: ένα πέταλο είναι σταθερό ακίνητο και το δεύτερο απομακρύνεται από αυτό και είναι εξοπλισμένο με ένα βέλος που σας επιτρέπει να διαβάσετε τη βαθμολογημένη κλίμακα.

Οι ενδιάμεσοι φορείς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μεταφορά φορτίου από ένα μακρινό σταθερό και φορτισμένο σώμα σε ένα ηλεκτρόμετρο.

Οι μετρήσεις που γίνονται από ένα ηλεκτρόμετρο δεν έχουν υψηλή τάξη ακρίβειας και στη βάση τους είναι δύσκολο να αναλυθούν οι δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ των φορτίων. Η ζυγαριά στρέψης Coulomb είναι πιο κατάλληλη για τη μελέτη τους. Χρησιμοποιούσαν μπάλες με διάμετρο πολύ μικρότερη από την απόσταση μεταξύ τους. Έχουν τις ιδιότητες σημειακών φορτίων — φορτισμένα σώματα των οποίων οι διαστάσεις δεν επηρεάζουν την ακρίβεια της συσκευής.

Οι μετρήσεις που έκανε ο Coulomb επιβεβαίωσαν την υπόθεσή του ότι ένα σημειακό φορτίο μεταφέρεται από ένα φορτισμένο σώμα στο ίδιο σε ιδιότητες και μάζα, αλλά αφόρτιστο με τέτοιο τρόπο ώστε να κατανέμεται ομοιόμορφα μεταξύ τους, μειώνοντας κατά 2 στην πηγή.Με αυτόν τον τρόπο, κατέστη δυνατή η μείωση του ποσού του τέλους κατά δύο, τρεις και άλλες φορές.

Οι δυνάμεις που υπάρχουν μεταξύ στατικών ηλεκτρικών φορτίων ονομάζονται κουλομβικές ή στατικές αλληλεπιδράσεις. Μελετώνται από την ηλεκτροστατική, που είναι ένας από τους κλάδους της ηλεκτροδυναμικής.

Τύποι φορέων ηλεκτρικού φορτίου

Η σύγχρονη επιστήμη θεωρεί το μικρότερο αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο σωματιδίου, και θετικά — το ποζιτρόνιο... Έχουν την ίδια μάζα 9,1 × 10-31 κιλά. Το πρωτόνιο των σωματιδίων έχει μόνο ένα θετικό φορτίο και μάζα 1,7 × 10-27 κιλά. Στη φύση, ο αριθμός των θετικών και αρνητικών φορτίων είναι ισορροπημένος.

Στα μέταλλα δημιουργείται η κίνηση των ηλεκτρονίων ηλεκτρική ενέργεια, και στους ημιαγωγούς οι φορείς φορτίου του είναι τα ηλεκτρόνια και οι οπές.

Στα αέρια, το ρεύμα σχηματίζεται από την κίνηση ιόντων — φορτισμένων μη στοιχειωδών σωματιδίων (άτομα ή μόρια) με θετικά φορτία, που ονομάζονται κατιόντα ή αρνητικά — ανιόντα.

Τα ιόντα σχηματίζονται από ουδέτερα σωματίδια.

Ένα θετικό φορτίο δημιουργείται σε ένα σωματίδιο που έχει χάσει ένα ηλεκτρόνιο υπό την επίδραση ισχυρής ηλεκτρικής εκκένωσης, φωτός ή ραδιενεργής ακτινοβολίας, ροής ανέμου, κίνησης μαζών νερού ή πολλών άλλων λόγων.

Τα αρνητικά ιόντα σχηματίζονται από ουδέτερα σωματίδια που έχουν λάβει επιπλέον ένα ηλεκτρόνιο.

Η χρήση του ιονισμού για ιατρικούς σκοπούς και την καθημερινή ζωή

Οι ερευνητές έχουν παρατηρήσει εδώ και καιρό την ικανότητα των αρνητικών ιόντων να επηρεάζουν το ανθρώπινο σώμα, να βελτιώνουν την κατανάλωση οξυγόνου στον αέρα, να το μεταφέρουν πιο γρήγορα στους ιστούς και τα κύτταρα και να επιταχύνουν την οξείδωση της σεροτονίνης.Όλα αυτά στο συγκρότημα αυξάνουν σημαντικά την ανοσία, βελτιώνουν τη διάθεση, ανακουφίζουν από τον πόνο.

Ο πρώτος ιονιστής που χρησιμοποιήθηκε για τη θεραπεία ανθρώπων ονομάστηκε πολυέλαιοι Chizhevsky, προς τιμήν του Σοβιετικού επιστήμονα που δημιούργησε μια συσκευή που έχει ευεργετική επίδραση στην ανθρώπινη υγεία.

Στις σύγχρονες ηλεκτρικές συσκευές για εργασία σε οικιακό περιβάλλον, μπορείτε να βρείτε ενσωματωμένους ιονιστές σε ηλεκτρικές σκούπες, υγραντήρες αέρα, πιστολάκια μαλλιών, πιστολάκια μαλλιών ...

Ειδικοί ιονιστές αέρα καθαρίζουν τη σύνθεσή του, μειώνουν την ποσότητα της σκόνης και των επιβλαβών ακαθαρσιών.

Οι ιονιστές νερού είναι σε θέση να μειώσουν την ποσότητα των χημικών αντιδραστηρίων στη σύνθεσή τους. Χρησιμοποιούνται για τον καθαρισμό πισινών και λιμνών, διαποτίζοντας το νερό με ιόντα χαλκού ή αργύρου που μειώνουν την ανάπτυξη φυκιών, καταστρέφουν ιούς και βακτήρια.

Χρήσιμοι όροι και ορισμοί

Τι είναι ηλεκτρικό φορτίο όγκου

Αυτό είναι ένα ηλεκτρικό φορτίο που κατανέμεται σε όλο τον όγκο.

Τι είναι το επιφανειακό ηλεκτρικό φορτίο

Είναι ένα ηλεκτρικό φορτίο που θεωρείται ότι κατανέμεται στην επιφάνεια.

Τι είναι γραμμικό ηλεκτρικό φορτίο

Είναι ένα ηλεκτρικό φορτίο που θεωρείται ότι κατανέμεται κατά μήκος μιας γραμμής.

Ποια είναι η πυκνότητα όγκου του ηλεκτρικού φορτίου

Είναι μια κλιμακωτή ποσότητα που χαρακτηρίζει την κατανομή του όγκου ηλεκτρικού φορτίου, ίση με το όριο του λόγου του φορτίου όγκου προς το στοιχείο όγκου στο οποίο κατανέμεται όταν αυτό το στοιχείο όγκου τείνει στο μηδέν.

Ποια είναι η επιφανειακή πυκνότητα ηλεκτρικού φορτίου

Είναι μια κλιμακωτή ποσότητα που χαρακτηρίζει την κατανομή του επιφανειακού ηλεκτρικού φορτίου, ίση με το όριο του λόγου του επιφανειακού ηλεκτρικού φορτίου προς το επιφανειακό στοιχείο στο οποίο κατανέμεται όταν αυτό το επιφανειακό στοιχείο τείνει στο μηδέν.

Τι είναι η γραμμική πυκνότητα ηλεκτρικού φορτίου

Είναι μια κλιμακωτή ποσότητα που χαρακτηρίζει την κατανομή ενός γραμμικού ηλεκτρικού φορτίου, ίση με το όριο του λόγου ενός γραμμικού ηλεκτρικού φορτίου προς ένα στοιχείο του μήκους της γραμμής κατά μήκος της οποίας αυτό το φορτίο κατανέμεται όταν αυτό το στοιχείο μήκους τείνει στο μηδέν .

Τι είναι το ηλεκτρικό δίπολο

Είναι ένα σύνολο δύο σημειακών ηλεκτρικών φορτίων ίσων σε μέγεθος και αντίθετων σε πρόσημο και βρίσκονται σε πολύ μικρή απόσταση μεταξύ τους σε σύγκριση με την απόσταση από αυτά έως τα σημεία παρατήρησης.

Ποια είναι η ηλεκτρική ροπή ενός ηλεκτρικού διπόλου

Είναι ένα διανυσματικό μέγεθος ίσο με το γινόμενο της απόλυτης τιμής ενός από τα φορτία του διπόλου και της απόστασης μεταξύ τους και κατευθύνεται από αρνητικό σε θετικό φορτίο.

Ποια είναι η ηλεκτρική ροπή του σώματος

Είναι ένα διανυσματικό μέγεθος ίσο με το γεωμετρικό άθροισμα των ηλεκτρικών ροπών όλων των διπόλων που αποτελούν το υπό εξέταση σώμα. Η «ηλεκτρική ροπή ενός δεδομένου όγκου ύλης» ορίζεται με παρόμοιο τρόπο.