Az elektromos töltés és tulajdonságai

A természetben lezajló fizikai folyamatokat nem mindig magyarázzák a molekuláris-kinetikai elmélet, a mechanika vagy a termodinamika törvényei. Vannak olyan elektromágneses erők is, amelyek távolról hatnak, és nem függnek a testsúlytól.

Megnyilvánulásaikat először az ókori görög tudósok munkái írták le, amikor a gyapjúhoz dörzsölt borostyánnal vonzották magukhoz az egyes anyagok kis részecskéit.

A tudósok történelmi hozzájárulása az elektrodinamika fejlődéséhez

A borostyánnal végzett kísérleteket William Hilbert angol kutató tanulmányozta részletesen... A 16. század utolsó éveiben beszámolt munkásságáról, és a „villamosított” kifejezéssel meghatározta azokat a tárgyakat, amelyek távolról is képesek magukhoz vonzani más testeket.

Charles Dufay francia fizikus megállapította az ellentétes előjelű töltések létezését: egyeseket üvegtárgyak selyemszövetre dörzsölésével, mások gyanta gyapjúra dörzsölésével hozták létre. Így nevezte őket: üveg és gyanta. A kutatás befejezése után Benjamin Franklin bevezette a negatív és pozitív töltések fogalmát.

Charles Visulka felismeri a töltések erősségének mérésének lehetőségét saját találmánya szerinti torziós mérleg tervezésével.

Robert Milliken kísérletsorozat alapján megállapította bármely anyag elektromos töltéseinek diszkrét jellegét, bebizonyítva, hogy bizonyos számú elemi részecskéből állnak. (Nem tévesztendő össze e fogalom másik fogalmával – a töredezettséggel, a folytonossági megszakadással.)

E tudósok munkái szolgálták az elektromos töltések által létrehozott elektromos és mágneses térben végbemenő folyamatok és jelenségek, valamint azok mozgásának elektrodinamikával vizsgált modern ismereteinek alapját.

Díjak meghatározása és kölcsönhatásuk elvei

Az elektromos töltés jellemzi az anyagok azon tulajdonságait, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy elektromos mezőket hozzanak létre, és kölcsönhatásba léphessenek az elektromágneses folyamatokban. Ezt elektromosság mennyiségének is nevezik, és fizikai skaláris mennyiségként definiálják. A "q" vagy a "Q" szimbólumok a töltés jelzésére szolgálnak, a "Pendant" mértékegység pedig a méréseknél használatos, amelyet az egyedülálló technikát kidolgozó francia tudósról neveztek el.

Készített egy eszközt, amelynek testében vékony kvarcszálra felfüggesztett golyókat használtak. A térben meghatározott módon tájékozódtak, és helyzetüket egy fokozatos skálán rögzítették, egyenlő osztásokkal.

A fedélen lévő speciális lyukon keresztül egy további golyót vittek ezekhez a labdákhoz további töltéssel. Az ebből eredő kölcsönhatási erők arra kényszerítették a labdákat, hogy eltérjenek, forgatják a lendítésüket. A töltés előtti és utáni skálaleolvasások különbsége lehetővé tette a vizsgált mintákban lévő elektromosság mennyiségének becslését.

Az 1 coulomb töltést az SI rendszerben az jellemzi, hogy 1 amperes áram halad át a vezeték keresztmetszetén 1 másodperc alatt.

A modern elektrodinamika az összes elektromos töltést a következőkre osztja:

• pozitív;

• negatív.

Amikor kölcsönhatásba lépnek egymással, olyan erőket fejlesztenek ki, amelyek iránya a meglévő polaritástól függ.

Az azonos típusú, pozitív vagy negatív töltések mindig ellentétes irányba taszítanak, amennyire csak lehet, távolodnak egymástól.Az ellentétes előjelű töltéseknél pedig vannak olyan erők, amelyek hajlamosak összehozni és eggyé egyesíteni őket. .

A szuperpozíció elve

Ha egy bizonyos térfogatban több töltés van, akkor a szuperpozíció elve működik náluk.

Jelentése az, hogy minden egyes töltés bizonyos módon, a fent tárgyalt módszer szerint kölcsönhatásba lép az összes többivel, vonzzák az ellentétek, és taszítják a hasonlók. Például a q1 pozitív töltést az F31 vonzóerő a q3 negatív töltésre és a q2-ből származó F21 taszítóerő befolyásolja.

A q1-re ható F1 erőt az F31 és F21 vektorok geometriai összegzése határozza meg. (F1 = F31 + F21).

Ugyanezzel a módszerrel határozzuk meg a q2 és q3 töltésekre ható F2 és F3 erőket.

A szuperpozíció elvét felhasználva arra a következtetésre jutottunk, hogy egy zárt rendszerben bizonyos számú töltés esetén állandó elektrosztatikus erők hatnak minden teste között, és a tér bármely pontján a potenciál egyenlő az összes töltés potenciáljának összegével. külön felszámított díjak.

Ezeknek a törvényeknek a működését megerősítik a létrehozott elektroszkóp és elektrométer készülékek, amelyek működési elve közös.

Az elektroszkóp két egyforma vékony fólialapból áll, amelyek szigetelt térben vannak felfüggesztve egy fémgolyóhoz rögzített vezetőszálon. Normál állapotban a töltések nem hatnak erre a labdára, ezért a szirmok szabadon lógnak a készülék izzójának belsejében.

Hogyan lehet töltést átvinni a testek között

Ha feltöltött testet, például rudat viszünk az elektroszkóp labdájához, akkor a töltés egy vezető szálon keresztül halad át a labdán a szirmokig. Ugyanazt a töltést kapják, és az alkalmazott villamos energia mennyiségével arányos szögben kezdenek távolodni egymástól.

Az elektrométernek ugyanaz az alapfelépítése, de vannak apró eltérések: az egyik szirom mozdulatlanul van rögzítve, a másik pedig eltávolodik tőle, és egy nyíllal van felszerelve, amely lehetővé teszi a beosztásos skála leolvasását.

A közbenső hordozók segítségével távoli álló és töltött testről töltést lehet átvinni egy elektrométerre.

Az elektrométerrel végzett mérések pontossága nem magas, és ezek alapján nehéz elemezni a töltések között ható erőket. A Coulomb-torziós mérleg alkalmasabb a vizsgálatukra. Olyan golyókat használtak, amelyek átmérője sokkal kisebb, mint a távolságuk egymástól. Ponttöltések tulajdonságaival rendelkeznek - olyan töltött testek, amelyek méretei nem befolyásolják az eszköz pontosságát.

A Coulomb által végzett mérések megerősítették azt a feltételezését, hogy egy töltött testről pontszerű töltés adódik át tulajdonságaiban és tömegében ugyanarra, de töltés nélkül úgy, hogy egyenletesen oszlik el közöttük, a forrásnál 2-szeresére csökken.Így a díj összegét kétszer, háromszor és egyéb alkalommal is csökkenteni lehetett.

Az álló elektromos töltések között fellépő erőket coulombos vagy statikus kölcsönhatásoknak nevezzük. Ezeket az elektrosztatika vizsgálja, amely az elektrodinamika egyik ága.

Az elektromos töltéshordozók fajtái

A modern tudomány a legkisebb negatív töltésű részecske elektronnak tekinti, és pozitívan - pozitronnak... Tömegük azonos 9,1 × 10-31 kilogramm. A részecske protonjának csak egy pozitív töltése van, tömege 1,7 × 10-27 kilogramm. A természetben a pozitív és negatív töltések száma egyensúlyban van.

A fémekben az elektronok mozgása jön létre elektromosság, a félvezetőkben pedig töltéshordozói az elektronok és a lyukak.

A gázokban az áramot ionok – töltött, nem elemi részecskék (atomok vagy molekulák) pozitív töltésű, kationoknak vagy negatív – anionok mozgása hozza létre.

Az ionok semleges részecskékből képződnek.

Pozitív töltés jön létre abban a részecskében, amely elveszített egy elektront erős elektromos kisülés, fény vagy radioaktív sugárzás, széláramlás, víztömegek mozgása vagy számos egyéb ok hatására.

A negatív ionok semleges részecskékből képződnek, amelyek ráadásul elektront is kaptak.

Az ionizáció alkalmazása orvosi célokra és a mindennapi életben

A kutatók már régóta észrevették, hogy a negatív ionok hatással vannak az emberi szervezetre, javítják a levegő oxigénfogyasztását, gyorsabban juttatják el a szövetekhez és sejtekhez, valamint felgyorsítják a szerotonin oxidációját.Mindez a komplexben jelentősen növeli az immunitást, javítja a hangulatot, enyhíti a fájdalmat.

Az első emberek kezelésére használt ionizátort Chizhevsky csillároknak nevezték el, annak a szovjet tudósnak a tiszteletére, aki olyan eszközt hozott létre, amely jótékony hatással van az emberi egészségre.

Az otthoni munkavégzéshez szükséges modern elektromos készülékekben megtalálhatók a beépített ionizátorok a porszívókban, párásítókban, hajszárítókban, hajszárítókban ...

Speciális légionizátorok tisztítják az összetételét, csökkentik a por és a káros szennyeződések mennyiségét.

A vízionizátorok képesek csökkenteni a kémiai reagensek mennyiségét összetételükben. Medencék és tavak tisztítására használják, a vizet réz- vagy ezüstionokkal telítik, amelyek csökkentik az algák növekedését, elpusztítják a vírusokat és baktériumokat.

Hasznos kifejezések és meghatározások

Mi a térfogati elektromos töltés

Ez egy elektromos töltés, amely a kötetben eloszlik.

Mi a felületi elektromos töltés

Ez egy elektromos töltés, amelyet a felületen eloszlónak tekintenek.

Mi az a lineáris elektromos töltés

Ez egy elektromos töltés, amely egy vonal mentén oszlik el.

Mekkora az elektromos töltés térfogatsűrűsége

Ez a térfogati elektromos töltés eloszlását jellemző skaláris mennyiség, amely egyenlő a térfogati töltés és a térfogatelem arányának határával, amelyben eloszlik, amikor ez a térfogatelem nullára hajlik.

Mekkora a felületi elektromos töltéssűrűség

Ez a felületi elektromos töltés eloszlását jellemző skaláris mennyiség, amely egyenlő a felületi elektromos töltés és a felületelem arányának határával, amelyen az eloszlik, amikor ez a felületi elem nullára hajlik.

Mi a lineáris elektromos töltéssűrűség

Ez egy skaláris mennyiség, amely a lineáris elektromos töltés eloszlását jellemzi, egyenlő a lineáris elektromos töltés és a vonal hosszának egy eleméhez viszonyított arányának határával, amelyen ez a töltés eloszlik, amikor ez a hosszelem nullára hajlik. .

Mi az elektromos dipólus

Ez egy két pontszerű elektromos töltés halmaza, amelyek egyenlő nagyságúak és ellentétes előjelűek, és nagyon kis távolságra helyezkednek el egymástól a megfigyelési pontok távolságához képest.

Mekkora az elektromos dipólus elektromos nyomatéka

Ez egy vektormennyiség, amely egyenlő a dipólus egyik töltése abszolút értékének és a köztük lévő távolságnak a szorzatával, és negatív töltésről pozitívra irányul.

Mekkora a test elektromos nyomatéka

Ez egy vektormennyiség, amely egyenlő a vizsgált testet alkotó összes dipólus elektromos nyomatékainak geometriai összegével. "Adott térfogatú anyag elektromos momentumát" hasonló módon határozzák meg.