Elektrický náboj a jeho vlastnosti

Fyzikálne procesy prebiehajúce v prírode nie sú vždy vysvetlené pôsobením zákonov molekulárno-kinetickej teórie, mechaniky alebo termodynamiky. Existujú aj elektromagnetické sily, ktoré pôsobia na diaľku a nezávisia od telesnej hmotnosti.

Ich prejavy boli prvýkrát opísané v prácach starovekých vedcov z Grécka, keď priťahovali svetlo, malé čiastočky jednotlivých látok s jantárom, trením o vlnu.

Historický prínos vedcov k rozvoju elektrodynamiky

Pokusmi s jantárom sa podrobne zaoberal anglický bádateľ William Hilbert... V posledných rokoch 16. storočia spísal svoju prácu a predmety schopné na diaľku priťahovať iné telá pojmom „elektrifikované“.

Francúzsky fyzik Charles Dufay preukázal existenciu nábojov s opačnými znakmi: niektoré vznikli trením sklenených predmetov na hodvábnu tkaninu a iné - živice na vlne. Tak ich nazval: sklo a živica. Po dokončení výskumu Benjamin Franklin predstavil koncept negatívnych a pozitívnych nábojov.

Charles Visulka si uvedomuje možnosť merania sily nábojov návrhom torznej váhy podľa vlastného vynálezu.

Robert Milliken na základe série experimentov stanovil diskrétnu povahu elektrických nábojov akejkoľvek látky, čím dokázal, že pozostávajú z určitého počtu elementárnych častíc. (Nepliesť si s iným pojmom tohto pojmu – fragmentácia, diskontinuita.)

Diela týchto vedcov slúžili ako základ moderného poznania procesov a javov vyskytujúcich sa v elektrických a magnetických poliach vytváraných elektrickými nábojmi a ich pohybom, skúmaných elektrodynamikou.

Stanovenie poplatkov a princípov ich vzájomného pôsobenia

Elektrický náboj charakterizuje vlastnosti látok, ktoré im poskytujú schopnosť vytvárať elektrické polia a interagovať v elektromagnetických procesoch. Nazýva sa tiež množstvo elektriny a je definované ako fyzikálne skalárne množstvo. Symboly "q" alebo "Q" sa používajú na označenie náboja a jednotka "Pendant" sa používa pri meraniach, pomenovaná po francúzskom vedcovi, ktorý vyvinul jedinečnú techniku.

Vytvoril zariadenie, ktorého telo využívalo guľôčky zavesené na tenkej niti z kremeňa. Boli orientované v priestore určitým spôsobom a ich poloha bola zaznamenaná oproti odstupňovanej stupnici s rovnakými dielikmi.

Cez špeciálny otvor vo vrchnáku sa k týmto loptičkám privádzala ďalšia gulička s príplatkom. Výsledné sily vzájomného pôsobenia prinútili loptičky vychyľovať sa, otáčať ich švihom. Rozdiel v údajoch na stupnici pred a po nabíjaní umožnil odhadnúť množstvo elektriny v testovacích vzorkách.

Náboj 1 coulomb je v sústave SI charakterizovaný prúdom 1 ampér, ktorý prejde prierezom drôtu za čas rovnajúci sa 1 sekunde.

Moderná elektrodynamika rozdeľuje všetky elektrické náboje na:

• pozitívny;

• negatívne.

Keď na seba vzájomne pôsobia, vyvíjajú sily, ktorých smer závisí od existujúcej polarity.

Náboje rovnakého typu, kladné alebo záporné, sa vždy odpudzujú v opačných smeroch a majú tendenciu vzďaľovať sa od seba čo najďalej.A pre náboje opačných znamienok existujú sily, ktoré ich majú tendenciu spájať a spájať do jedného. .

Princíp superpozície

Keď je v určitom objeme niekoľko nábojov, funguje u nich princíp superpozície.

Jeho význam spočíva v tom, že každý náboj určitým spôsobom, podľa metódy diskutovanej vyššie, interaguje so všetkými ostatnými, pričom je priťahovaný protikladmi a odpudzovaný podobnými. Napríklad kladný náboj q1 je ovplyvnený príťažlivou silou F31 na záporný náboj q3 a odpudivou silou F21 z q2.

Výsledná sila F1 pôsobiaca na q1 je určená geometrickým súčtom vektorov F31 a F21. (F1 = F31 + F21).

Rovnaká metóda sa používa na určenie výsledných síl F2 a F3 na nábojoch q2 a q3.

Pomocou princípu superpozície sa dospelo k záveru, že pre určitý počet nábojov v uzavretom systéme pôsobia medzi všetkými jeho telesami konštantné elektrostatické sily a potenciál v ktoromkoľvek konkrétnom bode v tomto priestore sa rovná súčtu potenciálov všetkých samostatne účtované poplatky.

Fungovanie týchto zákonov je potvrdené vytvorenými prístrojmi elektroskop a elektrometer, ktoré majú spoločný princíp činnosti.

Elektroskop pozostáva z dvoch rovnakých tenkých fólií zavesených v izolovanom priestore na vodivom závite pripevnenom na kovovej guľôčke. V normálnom stave náboje na túto guľu nepôsobia, preto okvetné lístky voľne visia v priestore vnútri žiarovky zariadenia.

Ako sa môže prenášať náboj medzi telesami

Ak do gule elektroskopu privediete nabité teleso, napríklad tyč, potom náboj prejde cez guľôčku po vodivom závite k okvetným lístkom. Dostanú rovnaký náboj a začnú sa od seba vzďaľovať pod uhlom úmerným množstvu použitej elektriny.

Elektrometer má rovnakú základnú štruktúru, existujú však malé rozdiely: jeden okvetný lístok je nehybný a druhý sa od neho pohybuje a je vybavený šípkou, ktorá vám umožňuje čítať stupnicu.

Medzinosiče možno použiť na prenos náboja zo vzdialeného stacionárneho a nabitého telesa do elektromera.

Merania vykonané elektrometrom nemajú vysokú triedu presnosti a na ich základe je ťažké analyzovať sily pôsobiace medzi nábojmi. Na ich štúdium je vhodnejšia Coulombova torzná rovnováha. Používali gule s priemerom oveľa menším, ako je ich vzájomná vzdialenosť. Majú vlastnosti bodových nábojov — nabitých telies, ktorých rozmery neovplyvňujú presnosť prístroja.

Merania vykonané Coulombom potvrdili jeho predpoklad, že bodový náboj sa prenáša z nabitého telesa na to isté vo vlastnostiach a hmotnosti, ale nenabitý takým spôsobom, že je medzi nimi rovnomerne rozdelený, pričom sa pri zdroji znižuje o faktor 2.Takto bolo možné znížiť výšku poplatku dvoj-, troj- a inokedy.

Sily, ktoré existujú medzi stacionárnymi elektrickými nábojmi, sa nazývajú Coulombické alebo statické interakcie. Študuje ich elektrostatika, ktorá je jedným z odvetví elektrodynamiky.

Typy nosičov elektrického náboja

Moderná veda považuje za najmenší záporne nabitý elektrón častice a pozitívne — pozitrón... Majú rovnakú hmotnosť 9,1 × 10-31 kilogramov. Protón častice má iba jeden kladný náboj a hmotnosť 1,7 × 10-27 kilogramov. V prírode je počet kladných a záporných nábojov vyrovnaný.

V kovoch sa vytvára pohyb elektrónov elektrinya v polovodičoch sú jeho nosičmi náboja elektróny a diery.

V plynoch je prúd tvorený pohybom iónov – nabitých neelementárnych častíc (atómov alebo molekúl) s kladným nábojom, nazývaným katióny, alebo záporných – aniónov.

Ióny sa tvoria z neutrálnych častíc.

Kladný náboj vzniká v častici, ktorá stratila elektrón vplyvom silného elektrického výboja, svetla alebo rádioaktívneho žiarenia, prúdenia vetra, pohybu vodných hmôt alebo z mnohých iných dôvodov.

Záporné ióny sa tvoria z neutrálnych častíc, ktoré dodatočne prijali elektrón.

Využitie ionizácie na medicínske účely a každodenný život

Vedci si už dlho všimli schopnosť negatívnych iónov ovplyvňovať ľudské telo, zlepšovať spotrebu kyslíka vo vzduchu, rýchlejšie ho dodávať do tkanív a buniek a urýchľovať oxidáciu serotonínu.To všetko v komplexe výrazne zvyšuje imunitu, zlepšuje náladu, zmierňuje bolesť.

Prvý ionizátor používaný na liečbu ľudí dostal meno Chizhevsky lustre, na počesť sovietskeho vedca, ktorý vytvoril zariadenie, ktoré má priaznivý vplyv na ľudské zdravie.

V moderných elektrospotrebičoch pre prácu v domácom prostredí nájdete zabudované ionizátory vo vysávačoch, zvlhčovačoch vzduchu, fénoch, fénoch ...

Špeciálne ionizátory vzduchu prečisťujú jeho zloženie, znižujú množstvo prachu a škodlivých nečistôt.

Ionizátory vody sú schopné znížiť množstvo chemických činidiel v ich zložení. Používajú sa na čistenie bazénov a jazierok, saturujú vodu iónmi medi alebo striebra, ktoré obmedzujú rast rias, ničia vírusy a baktérie.

Užitočné pojmy a definície

Čo je objemový elektrický náboj

Ide o elektrický náboj rozložený v celom objeme.

Čo je povrchový elektrický náboj

Je to elektrický náboj, ktorý sa považuje za rozložený po povrchu.

Čo je lineárny elektrický náboj

Je to elektrický náboj, ktorý sa považuje za rozložený pozdĺž čiary.

Aká je objemová hustota elektrického náboja

Je to skalárna veličina charakterizujúca rozloženie objemového elektrického náboja, ktorá sa rovná hranici pomeru objemového náboja k objemovému elementu, v ktorom je rozložený, keď tento objemový element smeruje k nule.

Aká je hustota povrchového elektrického náboja

Je to skalárna veličina charakterizujúca distribúciu povrchového elektrického náboja, ktorá sa rovná hranici pomeru povrchového elektrického náboja k povrchovému prvku, na ktorom je distribuovaný, keď tento povrchový prvok smeruje k nule.

Čo je hustota lineárneho elektrického náboja

Je to skalárna veličina, ktorá charakterizuje distribúciu lineárneho elektrického náboja, ktorá sa rovná limitu pomeru lineárneho elektrického náboja k prvku dĺžky čiary, pozdĺž ktorej je tento náboj distribuovaný, keď tento prvok dĺžky má tendenciu k nule. .

Čo je elektrický dipól

Je to súbor dvoch bodových elektrických nábojov rovnakej veľkosti a opačného znamienka a umiestnených vo veľmi malej vzdialenosti od seba v porovnaní so vzdialenosťou od nich k pozorovacím bodom.

Aký je elektrický moment elektrického dipólu

Je to vektorová veličina, ktorá sa rovná súčinu absolútnej hodnoty jedného z nábojov dipólu a vzdialenosti medzi nimi a smeruje od záporného k kladnému náboju.

Aký je elektrický moment tela

Je to vektorová veličina rovnajúca sa geometrickému súčtu elektrických momentov všetkých dipólov, ktoré tvoria uvažované teleso. „Elektrický moment daného objemu hmoty“ je definovaný podobným spôsobom.