Elektros krūvis ir jo savybės

Gamtoje vykstantys fizikiniai procesai ne visada paaiškinami molekulinės-kinetinės teorijos, mechanikos ar termodinamikos dėsnių veikimu. Taip pat yra elektromagnetinių jėgų, kurios veikia per atstumą ir nepriklauso nuo kūno svorio.

Pirmą kartą jų apraiškos aprašytos senovės mokslininkų iš Graikijos darbuose, kai gintaru pritraukdavo šviesias, smulkias atskirų medžiagų daleles, įtrintas į vilną.

Istorinis mokslininkų indėlis į elektrodinamikos raidą

Eksperimentus su gintaru išsamiai ištyrė anglų tyrinėtojas Williamas Hilbertas... Paskutiniais XVI amžiaus metais jis aprašė savo darbus ir apibrėžė objektus, galinčius iš tolo pritraukti kitus kūnus, terminu „elektrifikuotas“.

Prancūzų fizikas Charlesas Dufay nustatė priešingų ženklų krūvių egzistavimą: vieni susidarė trinant stiklinius daiktus ant šilko audinio, kiti – dervomis ant vilnos. Taip jis juos vadino: stiklas ir derva. Baigęs tyrimą, Benjaminas Franklinas pristatė neigiamų ir teigiamų krūvių sampratą.

Charlesas Visulka suvokia galimybę išmatuoti krūvių stiprumą kurdamas savo išradimą sukimo balansą.

Robertas Millikenas, remdamasis eksperimentų serija, nustatė atskirą bet kurios medžiagos elektrinių krūvių pobūdį, įrodydamas, kad jie susideda iš tam tikro skaičiaus elementariųjų dalelių. (Nepainioti su kita šio termino sąvoka – fragmentacija, nenuoseklumas.)

Šių mokslininkų darbai buvo šiuolaikinių žinių apie procesus ir reiškinius, vykstančius elektriniuose ir magnetiniuose laukuose, kuriuos sukuria elektros krūviai ir jų judėjimas, ištirtų elektrodinamikos pagrindu, pagrindas.

Mokesčių nustatymas ir jų sąveikos principai

Elektrinis krūvis apibūdina medžiagų savybes, kurios suteikia joms galimybę sukurti elektrinius laukus ir sąveikauti elektromagnetiniuose procesuose. Jis taip pat vadinamas elektros kiekiu ir apibrėžiamas kaip fizinis skaliarinis dydis. Įkrovimui nurodyti naudojami simboliai „q“ arba „Q“, o matavimuose naudojamas vienetas „Pakabukas“, pavadintas unikalią techniką sukūrusio prancūzų mokslininko vardu.

Jis sukūrė prietaisą, kurio korpuse buvo naudojami rutuliai, pakabinti ant plono kvarco gijos. Jie buvo tam tikru būdu orientuoti erdvėje, o jų padėtis buvo fiksuojama pagal graduotą skalę su lygiomis dalimis.

Per specialią angą dangtelyje į šiuos kamuoliukus buvo atneštas kitas rutulys su papildomu įkrovimu. Susidariusios sąveikos jėgos privertė rutulius nukreipti, pasukti savo siūbavimą. Skalės rodmenų skirtumas prieš ir po įkrovimo leido įvertinti elektros kiekį bandomuosiuose pavyzdžiuose.

1 kulono krūvis SI sistemoje apibūdinamas 1 ampero srove, praeinančia per laido skerspjūvį per 1 sekundę.

Šiuolaikinė elektrodinamika visus elektros krūvius skirsto į:

• teigiamas;

• neigiamas.

Kai jie sąveikauja vienas su kitu, jie sukuria jėgas, kurių kryptis priklauso nuo esamo poliškumo.

Vienodo tipo, teigiami ar neigiami, krūviai visada atstumia priešingomis kryptimis, linkę kuo toliau nutolti vienas nuo kito.O priešingų ženklų krūviams yra jėgos, kurios linkusios juos suvesti ir sujungti į vieną. .

Superpozicijos principas

Kai tam tikrame tūryje yra keli krūviai, jiems veikia superpozicijos principas.

Jo reikšmė ta, kad kiekvienas krūvis tam tikru būdu, pagal aukščiau aptartą metodą, sąveikauja su visais kitais, traukiamas priešingybių ir atstumiamas panašių. Pavyzdžiui, teigiamą krūvį q1 veikia traukos jėga F31 į neigiamą krūvį q3 ir atstūmimo jėga F21 nuo q2.

Susidaranti jėga F1, veikianti q1, nustatoma vektorių F31 ir F21 geometrine suma. (F1 = F31 + F21).

Tuo pačiu metodu nustatomos atitinkamai krūvių q2 ir q3 susidarančios jėgos F2 ir F3.

Naudojant superpozicijos principą, buvo padaryta išvada, kad tam tikram krūvių skaičiui uždaroje sistemoje tarp visų jos kūnų veikia pastovios elektrostatinės jėgos, o potencialas bet kuriame konkrečiame šios erdvės taške yra lygus visų krūvių potencialų sumai. atskirai apmokestinami mokesčiai.

Šių dėsnių veikimą patvirtina sukurti prietaisai elektroskopas ir elektrometras, kurie turi bendrą veikimo principą.

Elektroskopas susideda iš dviejų vienodų plonų folijos lakštų, pakabintų izoliuotoje erdvėje ant laidžiojo sriegio, pritvirtinto prie metalinio rutulio. Įprastoje būsenoje krūviai šio kamuoliuko neveikia, todėl žiedlapiai laisvai kabo įrenginio lemputės viduje esančioje erdvėje.

Kaip krūvis gali būti perduodamas tarp kūnų

Jei į elektroskopo rutulį atnešite įkrautą kūną, pvz., strypą, tada krūvis pereis per rutulį laidžiu siūlu iki žiedlapių. Jie gaus tą patį krūvį ir pradės tolti vienas nuo kito kampu, proporcingu panaudotos elektros kiekiui.

Elektrometras turi tą pačią pagrindinę struktūrą, tačiau yra nedidelių skirtumų: vienas žiedlapis fiksuojamas nejudėdamas, o antrasis nutolsta nuo jo ir yra su rodykle, leidžiančia nuskaityti graduotą skalę.

Tarpiniai nešikliai gali būti naudojami perkeliant krūvį iš tolimo nejudančio ir įkrauto kūno į elektrometrą.

Elektrometru atlikti matavimai nepasižymi aukšta tikslumo klase, ir jų pagrindu sunku analizuoti jėgas, veikiančias tarp krūvių. Kulonų sukimo balansas labiau tinka jų tyrimui. Jie naudojo rutulius, kurių skersmuo buvo daug mažesnis už atstumą vienas nuo kito. Jie turi taškinių krūvių savybes – įkrautų kūnų, kurių matmenys neturi įtakos prietaiso tikslumui.

Kulono atlikti matavimai patvirtino jo prielaidą, kad taškinis krūvis perkeliamas iš įkrauto kūno į tą patį savo savybėmis ir mase, tačiau neįkraunamas taip, kad pasiskirstytų tarp jų tolygiai, šaltinyje mažėjant 2 kartus.Tokiu būdu buvo galima du, tris ir kitus kartus sumažinti mokesčio dydį.

Jėgos, egzistuojančios tarp stacionarių elektros krūvių, vadinamos kuloninėmis arba statinėmis sąveikomis. Juos tiria elektrostatika, kuri yra viena iš elektrodinamikos šakų.

Elektrinių krūvininkų tipai

Šiuolaikinis mokslas laiko mažiausią neigiamo krūvio dalelės elektroną, o teigiamai — pozitroną... Jų masė vienoda 9,1 × 10-31 kilogramo. Dalelės protonas turi tik vieną teigiamą krūvį ir 1,7 × 10-27 kilogramų masę. Gamtoje teigiamų ir neigiamų krūvių skaičius yra subalansuotas.

Metaluose sukuriamas elektronų judėjimas elektros, o puslaidininkiuose jo krūvininkai yra elektronai ir skylės.

Dujose srovė susidaro judant jonams - įkrautoms neelementinėms dalelėms (atomoms ar molekulėms), turinčioms teigiamą krūvį, vadinamų katijonais arba neigiamais - anijonais.

Jonai susidaro iš neutralių dalelių.

Teigiamas krūvis susidaro dalelėje, kuri prarado elektroną dėl galingos elektros iškrovos, šviesos ar radioaktyvios spinduliuotės, vėjo srauto, vandens masių judėjimo ar daugelio kitų priežasčių.

Neigiami jonai susidaro iš neutralių dalelių, kurios papildomai gavo elektroną.

Jonizacijos naudojimas medicininiais tikslais ir kasdieniame gyvenime

Mokslininkai jau seniai pastebėjo neigiamų jonų savybę paveikti žmogaus organizmą, gerinti ore esančio deguonies suvartojimą, greičiau tiekti jį į audinius ir ląsteles, pagreitinti serotonino oksidaciją.Visa tai komplekse žymiai padidina imunitetą, gerina nuotaiką, malšina skausmą.

Pirmasis žmonėms gydyti naudojamas jonizatorius buvo pavadintas Čiževskio sietynais, pagerbiant sovietų mokslininką, sukūrusį prietaisą, turintį teigiamą poveikį žmonių sveikatai.

Šiuolaikiniuose elektriniuose prietaisuose, skirtuose darbui namų aplinkoje, galite rasti įmontuojamus jonizatorius dulkių siurbliuose, oro drėkintuvuose, plaukų džiovintuvuose, plaukų džiovintuvuose ...

Specialūs oro jonizatoriai išvalo jo sudėtį, sumažina dulkių ir kenksmingų priemaišų kiekį.

Vandens jonizatoriai gali sumažinti cheminių reagentų kiekį jų sudėtyje. Jie naudojami baseinams ir ežerams valyti, prisotinant vandenį vario ar sidabro jonais, kurie mažina dumblių augimą, naikina virusus ir bakterijas.

Naudingi terminai ir apibrėžimai

Kas yra tūrinis elektros krūvis

Tai elektros krūvis, paskirstytas visame tūryje.

Kas yra paviršinis elektros krūvis

Tai elektros krūvis, kuris laikomas paskirstytu paviršiuje.

Kas yra linijinis elektros krūvis

Tai elektros krūvis, kuris laikomas paskirstytu išilgai linijos.

Koks yra elektros krūvio tūrinis tankis

Tai skaliarinis dydis, apibūdinantis tūrinio elektros krūvio pasiskirstymą, lygus tūrinio krūvio santykio su tūrio elementu, kuriame jis pasiskirsto, ribai, kai šis tūrinis elementas linkęs į nulį.

Koks yra paviršiaus elektrinio krūvio tankis

Tai skaliarinis dydis, apibūdinantis paviršiaus elektros krūvio pasiskirstymą, lygus paviršiaus elektrinio krūvio santykio su paviršiaus elementu, per kurį jis pasiskirsto, ribai, kai šis paviršiaus elementas linkęs į nulį.

Kas yra linijinis elektros krūvio tankis

Tai skaliarinis dydis, apibūdinantis linijinio elektros krūvio pasiskirstymą, lygų tiesinio elektros krūvio santykio su linijos ilgio elementu, išilgai kurio šis krūvis pasiskirsto, kai šis ilgio elementas linkęs į nulį. .

Kas yra elektrinis dipolis

Tai dviejų taškinių elektros krūvių, vienodo dydžio ir priešingų pagal ženklą, rinkinys, esantis labai mažu atstumu vienas nuo kito, palyginti su atstumu nuo jų iki stebėjimo taškų.

Koks yra elektrinio dipolio elektrinis momentas

Tai vektorinis dydis, lygus vieno iš dipolio krūvių absoliučios vertės ir atstumo tarp jų sandaugai ir nukreiptas iš neigiamo į teigiamą krūvį.

Koks yra kūno elektrinis momentas

Tai vektorinis dydis, lygus visų nagrinėjamą kūną sudarančių dipolių elektrinių momentų geometrinei sumai. „Tam tikros medžiagos tūrio elektrinis momentas“ apibrėžiamas panašiai.