Elektrický náboj a jeho vlastnosti

Fyzikální procesy probíhající v přírodě nejsou vždy vysvětlovány působením zákonů molekulárně-kinetické teorie, mechaniky nebo termodynamiky. Existují také elektromagnetické síly, které působí na dálku a nejsou závislé na tělesné hmotnosti.

Jejich projevy byly poprvé popsány v dílech starověkých vědců z Řecka, kdy přitahovaly světlo, drobné částečky jednotlivých látek s jantarem, třeným o vlnu.

Historický přínos vědců k rozvoji elektrodynamiky

Experimenty s jantarem podrobně zkoumal anglický badatel William Hilbert... V posledních letech 16. století své dílo vylíčil a předměty schopné přitahovat na dálku jiná těla pojmem „elektrifikovaný“.

Francouzský fyzik Charles Dufay prokázal existenci nábojů s opačnými znaky: některé byly vytvořeny třením skleněných předmětů na hedvábnou tkaninu a jiné - pryskyřice na vlně. Tak je nazýval: sklo a pryskyřice. Po dokončení výzkumu Benjamin Franklin představil koncept záporných a kladných nábojů.

Charles Visulka si uvědomuje možnost měření síly nábojů návrhem torzní váhy podle vlastního vynálezu.

Robert Milliken na základě řady experimentů stanovil diskrétní povahu elektrických nábojů jakékoli látky a dokázal, že se skládají z určitého počtu elementárních částic. (Neplést s jiným konceptem tohoto termínu — fragmentace, diskontinuita.)

Práce těchto vědců sloužily jako základ moderního poznání procesů a jevů probíhajících v elektrických a magnetických polích vytvářených elektrickými náboji a jejich pohybem, studovaných elektrodynamikou.

Stanovení poplatků a principy jejich vzájemného působení

Elektrický náboj charakterizuje vlastnosti látek, které jim poskytují schopnost vytvářet elektrická pole a interagovat v elektromagnetických procesech. Nazývá se také množství elektřiny a je definováno jako fyzické skalární množství. Symboly „q“ nebo „Q“ se používají k označení náboje a jednotka „Pendant“ se používá při měřeních, pojmenovaná po francouzském vědci, který vyvinul jedinečnou techniku.

Vytvořil zařízení, jehož tělo využívalo kuličky zavěšené na tenké niti křemene. Byly určitým způsobem orientovány v prostoru a jejich poloha byla zaznamenávána proti odstupňované škále s rovnými dílky.

Speciálním otvorem ve víku se k těmto koulím přiváděl další míček s příplatkem. Výsledné síly vzájemného ovlivňování donutily koule vychýlit se, otočit svůj švih. Rozdíl v hodnotách stupnice před a po nabití umožnil odhadnout množství elektřiny v testovacích vzorcích.

Náboj 1 coulomb je v soustavě SI charakterizován proudem 1 ampér procházejícím průřezem drátu za čas rovný 1 sekundě.

Moderní elektrodynamika rozděluje všechny elektrické náboje na:

• pozitivní;

• negativní.

Když na sebe vzájemně působí, vyvíjejí síly, jejichž směr závisí na existující polaritě.

Náboje stejného typu, kladné nebo záporné, se vždy odpuzují v opačných směrech, mají tendenci se od sebe co nejvíce vzdalovat.A pro náboje opačných znamének existují síly, které mají tendenci je sbližovat a spojovat v jedno. .

Princip superpozice

Když je v určitém objemu více nábojů, funguje u nich princip superpozice.

Jeho význam spočívá v tom, že každý náboj určitým způsobem, podle výše uvedené metody, interaguje se všemi ostatními, přičemž je přitahován protiklady a odpuzován podobnými. Například kladný náboj q1 je ovlivněn přitažlivou silou F31 na záporný náboj q3 a odpudivou silou F21 z q2.

Výsledná síla F1 působící na q1 je určena geometrickým součtem vektorů F31 a F21. (F1 = F31 + F21).

Stejným způsobem se určí výsledné síly F2 a F3 na nábojích q2 a q3.

Pomocí principu superpozice se dospělo k závěru, že pro určitý počet nábojů v uzavřeném systému působí mezi všemi jeho tělesy konstantní elektrostatické síly a potenciál v kterémkoli konkrétním bodě tohoto prostoru je roven součtu potenciálů všech zvlášť účtované poplatky.

Fungování těchto zákonů je potvrzeno vytvořenými přístroji elektroskop a elektrometr, které mají společný princip činnosti.

Elektroskop se skládá ze dvou stejných tenkých fólií zavěšených v izolovaném prostoru na vodivém závitu připevněném ke kovové kouli. V normálním stavu náboje na tuto kouli nepůsobí, okvětní lístky proto volně visí v prostoru uvnitř baňky přístroje.

Jak lze přenášet náboj mezi tělesy

Pokud ke kouli elektroskopu přivedete nabité těleso, například tyč, pak náboj projde koulí po vodivém závitu až k okvětním lístkům. Dostanou stejný náboj a začnou se od sebe vzdalovat pod úhlem úměrným množství použité elektřiny.

Elektroměr má stejnou základní strukturu, ale existují malé rozdíly: jeden okvětní lístek je nehybný a druhý se od něj vzdaluje a je vybaven šipkou, která umožňuje odečítat stupnici.

Mezinosiče lze použít k přenosu náboje ze vzdáleného stacionárního a nabitého tělesa do elektroměru.

Měření prováděná elektroměrem nemají vysokou třídu přesnosti a na jejich základě je obtížné analyzovat síly působící mezi náboji. Pro jejich studium je vhodnější coulombovská torzní rovnováha. Používali koule s průměry mnohem menšími, než je jejich vzájemná vzdálenost. Mají vlastnosti bodových nábojů — nabitých těles, jejichž rozměry neovlivňují přesnost zařízení.

Měření provedená Coulombem potvrdila jeho předpoklad, že bodový náboj se přenáší z nabitého tělesa na totéž ve vlastnostech a hmotnosti, ale nenabitý takovým způsobem, že je mezi nimi rovnoměrně rozložen a u zdroje se 2x snižuje.Tímto způsobem bylo možné snížit výši poplatku dvakrát, třikrát a jindy.

Síly, které existují mezi stacionárními elektrickými náboji, se nazývají Coulombické nebo statické interakce. Zkoumá je elektrostatika, což je jedno z odvětví elektrodynamiky.

Typy nosičů elektrického náboje

Moderní věda považuje za nejmenší záporně nabitou částici elektron a pozitivně — pozitron... Mají stejnou hmotnost 9,1 × 10-31 kilogramů. Proton částice má pouze jeden kladný náboj a hmotnost 1,7 × 10-27 kilogramů. V přírodě je počet kladných a záporných nábojů vyrovnaný.

V kovech vzniká pohyb elektronů elektřinaa v polovodičích jsou jeho nosiči náboje elektrony a díry.

V plynech je proud tvořen pohybem iontů — nabitých neelementárních částic (atomů nebo molekul) s kladnými náboji, nazývanými kationty, nebo zápornými — anionty.

Ionty se tvoří z neutrálních částic.

Kladný náboj vzniká v částici, která ztratila elektron vlivem silného elektrického výboje, světelného nebo radioaktivního záření, proudění větru, pohybu vodních mas nebo z řady dalších důvodů.

Záporné ionty se tvoří z neutrálních částic, které navíc přijaly elektron.

Využití ionizace pro lékařské účely a každodenní život

Vědci si již dlouho všimli schopnosti záporných iontů ovlivňovat lidské tělo, zlepšovat spotřebu kyslíku ve vzduchu, rychleji ho dodávat do tkání a buněk a urychlovat oxidaci serotoninu.To vše v komplexu výrazně zvyšuje imunitu, zlepšuje náladu, zmírňuje bolest.

První ionizátor používaný k léčbě lidí se jmenoval Chiževskij lustry, na počest sovětského vědce, který vytvořil zařízení, které má příznivý vliv na lidské zdraví.

V moderních elektrospotřebičích pro práci v domácím prostředí najdete vestavěné ionizátory do vysavačů, zvlhčovačů vzduchu, fénů, fénů ...

Speciální ionizátory vzduchu čistí jeho složení, snižují množství prachu a škodlivých nečistot.

Ionizátory vody jsou schopny snížit množství chemických činidel v jejich složení. Používají se k čištění bazénů a jezer, nasycení vody ionty mědi nebo stříbra, které omezují růst řas, ničí viry a bakterie.

Užitečné termíny a definice

Co je objemový elektrický náboj

Jedná se o elektrický náboj distribuovaný v celém objemu.

Co je povrchový elektrický náboj

Je to elektrický náboj, který se považuje za distribuovaný po povrchu.

Co je lineární elektrický náboj

Je to elektrický náboj, který je považován za distribuovaný podél čáry.

Jaká je objemová hustota elektrického náboje

Je to skalární veličina charakterizující rozložení objemového elektrického náboje, rovná hranici poměru objemového náboje k objemovému prvku, ve kterém je distribuován, když tento objemový prvek směřuje k nule.

Jaká je hustota povrchového elektrického náboje

Je to skalární veličina charakterizující rozložení povrchového elektrického náboje, která se rovná hranici poměru povrchového elektrického náboje k povrchovému prvku, na kterém je distribuován, když tento povrchový prvek směřuje k nule.

Co je hustota lineárního elektrického náboje

Je to skalární veličina, která charakterizuje rozložení lineárního elektrického náboje, rovnající se hranici poměru lineárního elektrického náboje k prvku délky čáry, podél které je tento náboj distribuován, když tento prvek délky má tendenci k nule. .

Co je elektrický dipól

Je to soubor dvou bodových elektrických nábojů stejné velikosti a opačného znaménka a nacházejících se ve velmi malé vzdálenosti od sebe ve srovnání se vzdáleností od nich k pozorovacím bodům.

Jaký je elektrický moment elektrického dipólu

Je to vektorová veličina, která se rovná součinu absolutní hodnoty jednoho z nábojů dipólu a vzdálenosti mezi nimi a směřuje od záporného k kladnému náboji.

Jaký je elektrický moment těla

Je to vektorová veličina, která se rovná geometrickému součtu elektrických momentů všech dipólů, které tvoří uvažované těleso. Podobně je definován i „elektrický moment daného objemu hmoty“.