Ιδιότητες στοιχειωδών σωματιδίων με ηλεκτρικό φορτίο

Τρίβοντας δύο διαφορετικά σώματα μεταξύ τους, καθώς και με επαγωγή, μπορούν να δοθούν στα σώματα ειδικές ιδιότητες — ηλεκτρικές.

Ηλεκτρικά φορτία και φορτισμένα σωματίδια

Μάθηση ηλεκτρισμένα σώματα έδειξε ότι οι ηλεκτρικές τους ιδιότητες εξηγούνται από το γεγονός ότι τα σωματίδια από τα οποία αποτελούνται όλες οι ουσίες έχουν μια ειδική φυσική ιδιότητα που ονομάζεται ηλεκτρικό φορτίο.

Το ηλεκτρικό φορτίο χαρακτηρίζει τη σχέση των σωματιδίων με το δικό τους ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και την αλληλεπίδρασή τους με ένα εξωτερικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Το φορτίο είναι μια από τις διακριτικές ιδιότητες πολλών στοιχειωδών σωματιδίων. Υπάρχουν δύο τύποι ηλεκτρικών φορτίων: ΘΕΤΙΚΟ και ΑΡΝΗΤΙΚΟ.

Όπως γνωρίζετε, όλα τα σώματα στη φύση αποτελούνται από διακριτά σωματίδια. Αυτά τα σωματίδια ονομάζονται στοιχειώδη. Κάθε στοιχειώδες σωματίδιο έχει τα δικά του χαρακτηριστικά που διαφέρουν από τα χαρακτηριστικά άλλων σωματιδίων. Αυτά τα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν: μάζα ηρεμίας, ηλεκτρικό φορτίο, σπιν, μαγνητική ροπή, διάρκεια ζωής κ.λπ.

Τα στοιχειώδη σωματίδια αποτελούν μέρος των ατόμων και των μορίων της ύλης, αλλά μπορούν επίσης να βρίσκονται σε ελεύθερη κατάσταση. Αυτά είναι, για παράδειγμα, τα ηλεκτρόνια που συνθέτουν το «αέριο ηλεκτρονίων» στα μεταλλικά σύρματα, τα ηλεκτρόνια των ρευμάτων καθόδου σε σωλήνες κενού και τα λοιπά.

Τα στοιχειώδη σωματίδια με ηλεκτρικά φορτία διαφορετικών ζωδίων έλκονται και με φορτία των ίδιων ζωδίων απωθούν το ένα το άλλο. Όταν τα σωματίδια κινούνται γύρω τους, παρατηρείται μαγνητικό πεδίο.

Οι κύριοι φορείς φορτίου στην ύλη, δηλαδή τα σωματίδια που έχουν ηλεκτρικές ιδιότητες, είναι αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια και θετικά φορτισμένα πρωτόνια. Αποτελούν μέρος των ατόμων όλων των ουσιών, αποτελώντας τα κύρια δομικά τους στοιχεία.

Το σύνολο όλων των ηλεκτρικών φαινομένων καθορίζεται από τα φορτία των σωματιδίων που αποτελούν τα άτομα και τα πεδία τους. Σε αυτό το πλαίσιο, ας σταθούμε στην εσωτερική δομή των ατόμων στο βαθμό που είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τα φαινόμενα που εξετάζονται στην ηλεκτρική μηχανική.

Η δομή των ατόμων των χημικών στοιχείων: Η δομή των ατόμων - στοιχειώδη σωματίδια ύλης, ηλεκτρόνια, πρωτόνια, νετρόνια

Ηλεκτρικές ιδιότητες των σωμάτων

Τα στερεά έχουν συνήθως κρυσταλλική δομή: τα άτομά τους είναι διατεταγμένα στο χώρο σε μια αυστηρή σειρά σε μια ορισμένη απόσταση μεταξύ τους, σχηματίζοντας το λεγόμενο χωρικό ή κρυσταλλικό πλέγμα. Οι δικτυακές θέσεις περιέχουν θετικά ιόντα.

Λόγω των σχετικά μικρών αποστάσεων, τα γειτονικά άτομα δρουν στα ηλεκτρόνια του κελύφους σθένους ενός δεδομένου ατόμου, γι' αυτό και τα ηλεκτρόνια σθένους συμμετέχουν άμεσα στην ανταλλαγή ηλεκτρονίων κάθε ατόμου με τα γύρω γειτονικά άτομα.Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι τα ενεργειακά επίπεδα χωρίζονται σε αρκετά στενά απέχοντα επίπεδα που σχηματίζουν ζώνες συνεχών ενεργειακών καταστάσεων ηλεκτρονίων.

Οι ηλεκτρικές ιδιότητες των σωμάτων καθορίζονται από τη δομή αυτών των ζωνών και τον αριθμό των ηλεκτρονίων που γεμίζουν τις ζώνες σύμφωνα με την αρχή του αποκλεισμού. Σε μέταλλα που περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, χαλκό, η ζώνη σθένους είναι κατά το ήμισυ γεμάτη με ηλεκτρόνια, ενώ όλες οι ζώνες χαμηλότερης ενέργειας είναι πλήρως γεμάτες.

Η παρουσία μιας μερικώς γεμισμένης ζώνης είναι χαρακτηριστική για όλα τα μέταλλα Για να διεγείρουμε το ηλεκτρόνιο σθένους ενός απομονωμένου ατόμου σε υψηλότερο επίπεδο, απαιτούνται ορισμένα διακριτά μέρη ενέργειας.

Στα μέταλλα, η ζώνη αγωγιμότητας είναι μερικώς γεμάτη. Επομένως, τα ηλεκτρόνια σε αυτό καταλαμβάνουν εύκολα ελεύθερες καταστάσεις και πρακτικά οποιαδήποτε μικρή ποσότητα ενέργειας είναι επαρκής για να ανυψώσει ένα ηλεκτρόνιο σε ένα υψηλότερο ελεύθερο επίπεδο και να δημιουργήσει ηλεκτρική ενέργεια.

Δεδομένου ότι η αγωγιμότητα στα μέταλλα οφείλεται στην κινητικότητα των ηλεκτρονίων, ονομάζεται ηλεκτρονική αγωγιμότητα… Η αγωγιμότητα των ηλεκτρολυτών καθορίζεται από την παρουσία θετικών και αρνητικών ιόντων που κινούνται εύκολα σε διαλύματα στα οποία διασπώνται ορισμένα από τα μόρια της διαλυμένης ουσίας. Αυτή η αγωγιμότητα ονομάζεται ιοντική αγωγιμότητα.

Σημαντική ιοντική αγωγιμότητα είναι χαρακτηριστική ορισμένων αλάτων σε τετηγμένη κατάσταση και αέρια σε ιονισμένη κατάσταση... Τα αέρια ιονίζονται υπό την επίδραση υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής τάσης κ.λπ. Ένα αέριο με υψηλή πυκνότητα ελεύθερων ηλεκτρονίων και μορίων σε ιονισμένη κατάσταση ονομάζεται πλάσμα αίματος.

Δείτε επίσης: Μέταλλα και διηλεκτρικά - Ποια είναι η διαφορά;

ο νόμος του Κουλόμπ

Ο νόμος του Coulomb (1785) ήταν ο πρώτος που καθιέρωσε μια ποσοτική σχέση μεταξύ των τιμών των ηλεκτρικών φορτίων και της αλληλεπίδρασής τους. Αυτός ο νόμος έπαιξε και συνεχίζει να παίζει σημαντικό ρόλο στον καθορισμό των χαρακτηριστικών της μονάδας φορτίου και δύναμης του ηλεκτροστατικού πεδίου. Για περισσότερες λεπτομέρειες δείτε εδώ:Ο νόμος του Coulomb και η εφαρμογή του στην ηλεκτρική μηχανική