Електрически заряд и неговите свойства

Физическите процеси, протичащи в природата, не винаги се обясняват с действието на законите на молекулярно -кинетичната теория, механиката или термодинамиката. Има и електромагнитни сили, които действат на разстояние и не зависят от телесното тегло.

Техните прояви са описани за първи път в произведенията на древните учени от Гърция, когато те привличат светлина, малки частици от отделни вещества с кехлибар, търкани срещу вълна.

Исторически принос на учените за развитието на електродинамиката

Експериментите с кехлибар бяха подробно проучени от английски изследовател Уилям Хилбърт… В последните години на 16 век той направи отчет за работата си и определи обекти, способни да привличат други тела от разстояние с термина „електрифициран“.

Френски физик Чарлз Дюфай е установено съществуването на заряди с противоположни знаци: някои са се образували чрез триене на стъклени предмети върху копринена тъкан, а други — смоли върху вълна. Така ги нарече: стъкло и смола. След приключване на изследването Бенджамин Франклин е въведена концепцията за отрицателни и положителни заряди.

Чарлз Висулка реализира възможността за измерване на силата на зарядите по дизайна на торсионна везна по собствено изобретение.

Робърт Миликън въз основа на поредица от експерименти той установява дискретния характер на електрическите заряди на всяко вещество, доказвайки, че те се състоят от определен брой елементарни частици. (Да не се бърка с друго понятие на този термин — дробност, прекъсване.)

Трудовете на тези учени послужиха като основа на съвременните познания за процесите и явленията, протичащи в електрическите и магнитните полета, създадени от електрически заряди и тяхното движение, изследвани от електродинамиката.

Определяне на такси и принципи на тяхното взаимодействие

Електрическият заряд характеризира свойствата на веществата, които им осигуряват способността да създават електрически полета и да взаимодействат в електромагнитни процеси. Нарича се още количество електричество и се определя като физическо скаларно количество. Символите „q“ или „Q“ се използват за обозначаване на заряда, а единицата „Висулка“ се използва при измервания, кръстена на френския учен, разработил уникална техника.

Той създава устройство, в тялото на което са използвани топчета, окачени на тънка нишка от кварц. Те бяха ориентирани в космоса по определен начин и позицията им беше записана спрямо градуирана скала с равни разделения.

Чрез специален отвор в капака към тези топки беше донесена друга топка с допълнителен заряд. Възникващите сили на взаимодействие принудиха топките да се отклонят, да завъртят люлката си. Разликата в показанията на скалата преди и след зареждане даде възможност за оценка на количеството електричество в тестовите проби.

Зарядът от 1 кулон се характеризира в системата SI с ток от 1 ампер, преминаващ през напречното сечение на проводник за време, равно на 1 секунда.

Съвременната електродинамика разделя всички електрически заряди на:

• положителен;

• отрицателен.

Когато взаимодействат помежду си, те развиват сили, чиято посока зависи от съществуващата полярност.

Обвиненията от същия тип, положителни или отрицателни, винаги се отблъскват в противоположни посоки, като се стремят да се отдалечат един от друг, доколкото е възможно.А за обвиненията в противоположни знаци има сили, които са склонни да ги сближават и обединяват в едно цяло.

Принцип на суперпозицията

Когато има няколко заряда в определен обем, принципът на суперпозиция работи за тях.

Смисълът му е, че всеки заряд по определен начин, съгласно метода, разгледан по -горе, взаимодейства с всички останали, като се привлича от противоположни и отблъсква от подобни. Например, положителният заряд q1 се въздейства от силата на привличане F31 към отрицателния заряд q3 и отблъскващата сила F21 от q2.

Получената сила F1, действаща върху q1, се определя от геометричното събиране на векторите F31 и F21. (F1 = F31 + F21).

Същият метод се използва за определяне на получените сили F2 и F3 съответно върху зарядите q2 и q3.

Използвайки принципа на суперпозиция, се стигна до заключението, че за определен брой заряди в затворена система, постоянните електростатични сили действат между всичките й тела и потенциалът във всяка конкретна точка в това пространство е равен на сумата от потенциалите от всички отделно начислени такси.

Действието на тези закони се потвърждава от създадените устройства електроскоп и електрометърима общ принцип на действие.

Електроскопът се състои от две еднакви тънки листенца от фолио, окачени в изолирано пространство върху проводима нишка, прикрепена към метална топка. В нормално състояние зарядите не действат върху тази топка, следователно венчелистчетата висят свободно в пространството вътре в крушката на устройството.

Как може да се прехвърля заряд между телата

Ако донесете заредено тяло, например пръчка, към топката на електроскопа, тогава зарядът ще премине през топката по проводима нишка към венчелистчетата. Те ще получат същия заряд и ще започнат да се отдалечават един от друг под ъгъл, пропорционален на количеството на приложената електроенергия.

Електрометърът има същата основна структура, но има малки разлики: едното венчелистче е фиксирано неподвижно, а второто се отдалечава от него и е снабдено със стрелка, която ви позволява да отчитате градуираната скала.

Междинните носители могат да се използват за прехвърляне на заряд от отдалечено неподвижно и заредено тяло към електрометър.

Измерванията, направени от електрометър, нямат висок клас на точност и на тяхна основа е трудно да се анализират силите, действащи между зарядите. Кулонов торсионният баланс е по -подходящ за тяхното изследване. Използвали са топки с диаметри много по -малки от разстоянието им една от друга. Те имат свойствата на точкови заряди — заредени тела, чиито размери не влияят на точността на устройството.

Измерванията, извършени от Кулон, потвърдиха предположението му, че точковият заряд се прехвърля от заредено тяло към същото по свойства и маса, но ненатоварен по такъв начин, че да бъде равномерно разпределен между тях, намалявайки 2 пъти при източника. По този начин беше възможно да се намали размера на таксата с два, три и други пъти.

Съществуващите сили между стационарни електрически заряди се наричат ​​кулонови или статични взаимодействия. Те се изучават от електростатиката, която е един от клоновете на електродинамиката.

Видове носители на електрически заряди

Съвременната наука разглежда най -малката отрицателно заредена частица електрон, и положително — позитрон… Те имат еднаква маса 9,1 × 10-31 килограма. Протонът на елементарните частици има само един положителен заряд и маса от 1,7 × 10-27 килограма. В природата броят на положителните и отрицателните заряди е балансиран.

В металите се създава движението на електрони електричество, а в полупроводниците неговите носители на заряд са електрони и дупки.

В газовете токът се образува от движението на йони — заредени неелементарни частици (атоми или молекули) с положителни заряди, наречени катиони, или отрицателни — аниони.

Йони се образуват от неутрални частици.

Положителен заряд се създава в частица, която е загубила електрон под въздействието на мощен електрически разряд, светлина или радиоактивно облъчване, поток от вятър, движение на водни маси или редица други причини.

Отрицателните йони се образуват от неутрални частици, които допълнително са получили електрон.

Използването на йонизация за медицински цели и ежедневие

Изследователите отдавна са забелязали способността на отрицателните йони да въздействат на човешкото тяло, да подобрят консумацията на кислород във въздуха, да го доставят по -бързо до тъканите и клетките и да ускорят окисляването на серотонина. Всичко това в комплекса значително повишава имунитета, подобрява настроението, облекчава болката.

Първият йонизатор, използван за лечение на хора, е кръстен Чижевски полилеи, в чест на съветския учен, създал устройство, което има благоприятен ефект върху човешкото здраве.

В съвременните електрически уреди за работа в домашна среда можете да намерите вградени йонизатори във прахосмукачки, овлажнители за въздух, сешоари, сешоари …

Специални йонизатори за въздух пречистват състава му, намаляват количеството прах и вредни примеси.

Йонизаторите на вода са в състояние да намалят количеството химични реактиви в състава си. Те се използват за почистване на басейни и езера, насищане на водата с медни или сребърни йони, които намаляват растежа на водорасли, унищожават вируси и бактерии.

Полезни термини и определения

Какво представлява обемният електрически заряд

Това е електрически заряд, разпределен по целия обем.

Какво е повърхностен електрически заряд

Това е електрически заряд, който се счита за разпределен по повърхността.

Какво е линеен електрически заряд

Това е електрически заряд, който се счита за разпределен по линия.

Каква е обемната плътност на електрическия заряд

Това е скаларна величина, характеризираща разпределението на обемния електрически заряд, равна на границата на съотношението на обемния заряд към обемния елемент, в който се разпределя, когато този обемен елемент се стреми към нула.

Каква е плътността на повърхностния електрически заряд

Това е скаларна величина, характеризираща разпределението на повърхностния електрически заряд, равна на границата на съотношението на повърхностния електрически заряд към елемента на повърхността, върху който се разпределя, когато този елемент на повърхността се стреми към нула.

Какво е линейна плътност на електрически заряд

Това е скаларна величина, която характеризира разпределението на линеен електрически заряд, равна на границата на съотношението на линеен електрически заряд към елемент от дължината на линията, по която този заряд се разпределя, когато този елемент с дължина се стреми към нула .

Какво е електрически дипол

Това е набор от два точкови електрически заряда, равни по големина и противоположни по знак и разположени на много малко разстояние един от друг в сравнение с разстоянието от тях до точките за наблюдение.

Какъв е електрическият момент на електрически дипол

Това е векторно количество, равно на произведението на абсолютната стойност на един от зарядите на дипола и разстоянието между тях и насочено от отрицателен към положителен заряд.

Какъв е електрическият момент на тялото

Това е векторно количество, равно на геометричната сума на електрическите моменти на всички диполи, които съставляват разглежданото тяло. «Електрическият момент на даден обем материя» се определя по подобен начин.