Elektrische lading en zijn eigenschappen

Fysische processen die in de natuur plaatsvinden, worden niet altijd verklaard door de werking van de wetten van de moleculair-kinetische theorie, mechanica of thermodynamica. Er zijn ook elektromagnetische krachten die op afstand werken en niet afhankelijk zijn van het lichaamsgewicht.

Hun manifestaties werden voor het eerst beschreven in de werken van oude wetenschappers uit Griekenland, toen ze lichte, kleine deeltjes van individuele stoffen met barnsteen aantrokken, tegen wol gewreven.

Historische bijdrage van wetenschappers aan de ontwikkeling van de elektrodynamica

Experimenten met barnsteen werden in detail bestudeerd door de Engelse onderzoeker William Hilbert... In de laatste jaren van de 16e eeuw maakte hij verslag van zijn werk en definieerde hij objecten die andere lichamen van een afstand konden aantrekken met de term "geëlektrificeerd".

De Franse natuurkundige Charles Dufay stelde het bestaan ​​vast van ladingen met tegengestelde tekens: sommige werden gevormd door glazen voorwerpen op zijden stof te wrijven, en andere - harsen op wol. Zo noemde hij ze: glas en hars. Na afronding van het onderzoek introduceerde Benjamin Franklin het concept van negatieve en positieve ladingen.

Charles Visulka realiseert zich de mogelijkheid om de sterkte van ladingen te meten door een eigen uitvinding van een torsiebalans te ontwerpen.

Robert Milliken stelde op basis van een reeks experimenten de discrete aard van de elektrische ladingen van elke stof vast, waarmee hij bewees dat ze uit een bepaald aantal elementaire deeltjes bestaan. (Niet te verwarren met een ander concept van deze term: fragmentatie, discontinuïteit.)

De werken van deze wetenschappers dienden als basis voor moderne kennis van de processen en verschijnselen die optreden in de elektrische en magnetische velden die worden gecreëerd door elektrische ladingen en hun beweging, bestudeerd door elektrodynamica.

Bepaling van vergoedingen en principes van hun interactie

Elektrische lading kenmerkt de eigenschappen van stoffen die hen de mogelijkheid bieden om elektrische velden te creëren en te interageren in elektromagnetische processen. Het wordt ook wel de hoeveelheid elektriciteit genoemd en wordt gedefinieerd als een fysieke scalaire hoeveelheid. De symbolen "q" of "Q" worden gebruikt om lading aan te geven, en de eenheid "Pendant" wordt gebruikt in metingen, genoemd naar de Franse wetenschapper die een unieke techniek ontwikkelde.

Hij creëerde een apparaat waarvan het lichaam ballen gebruikte die aan een dunne draad van kwarts waren opgehangen. Ze waren op een bepaalde manier in de ruimte georiënteerd en hun positie werd genoteerd op een schaal met gelijke verdelingen.

Door een speciaal gat in het deksel werd een andere bal met een extra lading naar deze ballen gebracht. De resulterende krachten van interactie dwongen de ballen om af te buigen, om hun slag te draaien. Het verschil in schaalaflezingen voor en na het opladen maakte het mogelijk om de hoeveelheid elektriciteit in de testmonsters te schatten.

Een lading van 1 coulomb wordt in het SI-systeem gekenmerkt door een stroom van 1 ampère die door de doorsnede van een draad gaat in een tijd gelijk aan 1 seconde.

Moderne elektrodynamica verdeelt alle elektrische ladingen in:

• positief;

• negatief.

Wanneer ze met elkaar omgaan, ontwikkelen ze krachten waarvan de richting afhangt van de bestaande polariteit.

Ladingen van hetzelfde type, positief of negatief, stoten altijd in tegengestelde richtingen af ​​en hebben de neiging om zo ver mogelijk van elkaar weg te bewegen.En voor ladingen met tegengestelde tekens zijn er krachten die de neiging hebben om ze samen te brengen en ze tot één te verenigen. .

Principe van superpositie

Wanneer er meerdere ladingen in een bepaald volume zijn, werkt het principe van superpositie voor hen.

De betekenis ervan is dat elke lading op een bepaalde manier, volgens de hierboven besproken methode, interageert met alle anderen, aangetrokken door tegenstellingen en afgestoten door soortgelijke. De positieve lading q1 wordt bijvoorbeeld beïnvloed door de aantrekkende kracht F31 op de negatieve lading q3 en de afstotende kracht F21 van q2.

De resulterende kracht F1 die werkt op q1 wordt bepaald door de geometrische som van de vectoren F31 en F21. (F1 = F31 + F21).

Dezelfde methode wordt gebruikt om de resulterende krachten F2 en F3 op respectievelijk de ladingen q2 en q3 te bepalen.

Gebruikmakend van het principe van superpositie, werd geconcludeerd dat voor een bepaald aantal ladingen in een gesloten systeem, constante elektrostatische krachten tussen al zijn lichamen werken, en dat het potentieel op een bepaald punt in deze ruimte gelijk is aan de som van de potentialen van alle apart in rekening gebrachte kosten.

De werking van deze wetten wordt bevestigd door de gecreëerde apparaten elektroscoop en elektrometer, die een gemeenschappelijk werkingsprincipe hebben.

Een elektroscoop bestaat uit twee identieke dunne folievellen die in een geïsoleerde ruimte zijn opgehangen aan een geleidende draad die aan een metalen kogel is bevestigd. In een normale toestand werken de ladingen niet op deze bal, daarom hangen de bloembladen vrij in de ruimte in de lamp van het apparaat.

Hoe kan lading worden overgedragen tussen lichamen

Als je een geladen lichaam, zoals een staafje, naar de bol van de elektroscoop brengt, dan gaat de lading door de bol langs een geleidende draad naar de bloemblaadjes. Ze krijgen dezelfde lading en beginnen van elkaar weg te bewegen in een hoek die evenredig is met de hoeveelheid elektriciteit die wordt toegevoerd.

De elektrometer heeft dezelfde basisstructuur, maar er zijn kleine verschillen: het ene bloemblad is onbeweeglijk gefixeerd en het tweede beweegt ervan weg en is uitgerust met een pijl waarmee u de schaalverdeling kunt lezen.

Tussenliggende dragers kunnen worden gebruikt om lading over te dragen van een op afstand gelegen stationair en geladen lichaam naar een elektrometer.

Metingen uitgevoerd door een elektrometer hebben geen hoge nauwkeurigheidsklasse en op basis daarvan is het moeilijk om de krachten tussen ladingen te analyseren. Coulomb-torsiebalans is geschikter voor hun studie. Ze gebruikten ballen met een diameter die veel kleiner was dan hun afstand tot elkaar. Ze hebben de eigenschappen van puntladingen - geladen lichamen waarvan de afmetingen geen invloed hebben op de nauwkeurigheid van het apparaat.

De metingen van Coulomb bevestigden zijn veronderstelling dat een puntlading wordt overgedragen van een geladen lichaam naar hetzelfde in eigenschappen en massa, maar ongeladen op een zodanige manier dat het gelijkmatig tussen hen wordt verdeeld, met een factor 2 afnemend bij de bron.Op deze manier was het mogelijk om het bedrag van de vergoeding met twee, drie en andere keren te verlagen.

De krachten die bestaan ​​tussen stationaire elektrische ladingen worden Coulombische of statische interacties genoemd. Ze worden bestudeerd door elektrostatica, een van de takken van de elektrodynamica.

Soorten elektrische ladingdragers

De moderne wetenschap beschouwt het kleinste negatief geladen deeltje elektron, en positief - positron... Ze hebben dezelfde massa 9,1 × 10-31 kilogram. Het deeltjesproton heeft slechts één positieve lading en een massa van 1,7 × 10-27 kilogram. In de natuur is het aantal positieve en negatieve ladingen in evenwicht.

In metalen wordt de beweging van elektronen gecreëerd elektriciteit, en in halfgeleiders zijn de ladingsdragers elektronen en gaten.

In gassen wordt de stroom gevormd door de beweging van ionen - geladen niet-elementaire deeltjes (atomen of moleculen) met positieve ladingen, kationen genoemd, of negatieve - anionen.

Ionen worden gevormd uit neutrale deeltjes.

Er ontstaat een positieve lading in een deeltje dat een elektron heeft verloren onder invloed van een krachtige elektrische ontlading, licht of radioactieve straling, windstroming, beweging van watermassa's of een aantal andere redenen.

Negatieve ionen worden gevormd uit neutrale deeltjes die bovendien een elektron hebben gekregen.

Het gebruik van ionisatie voor medische doeleinden en het dagelijks leven

Onderzoekers hebben al lang het vermogen opgemerkt van negatieve ionen om het menselijk lichaam te beïnvloeden, het zuurstofverbruik in de lucht te verbeteren, het sneller aan weefsels en cellen af ​​te geven en de oxidatie van serotonine te versnellen.Dit alles in het complex verhoogt de immuniteit aanzienlijk, verbetert de stemming, verlicht pijn.

De eerste ionisator die werd gebruikt om mensen te behandelen, heette Chizhevsky-kroonluchters, ter ere van de Sovjetwetenschapper die een apparaat creëerde dat een gunstig effect heeft op de menselijke gezondheid.

In moderne elektrische toestellen voor werk in een huiselijke omgeving vind je ingebouwde ionisatoren in stofzuigers, luchtbevochtigers, haardrogers, haardrogers...

Speciale luchtionisatoren zuiveren de samenstelling, verminderen de hoeveelheid stof en schadelijke onzuiverheden.

Waterionisatoren kunnen de hoeveelheid chemische reagentia in hun samenstelling verminderen. Ze worden gebruikt om zwembaden en meren schoon te maken, het water te verzadigen met koper- of zilverionen die de groei van algen verminderen, virussen en bacteriën vernietigen.

Handige termen en definities

Wat is volume elektrische lading

Dit is een elektrische lading verdeeld over het volume.

Wat is elektrische oppervlaktelading

Het is een elektrische lading waarvan wordt aangenomen dat deze over het oppervlak is verdeeld.

Wat is een lineaire elektrische lading

Het is een elektrische lading waarvan wordt aangenomen dat deze langs een lijn wordt verdeeld.

Wat is de volumedichtheid van elektrische lading

Het is een scalaire grootheid die de verdeling van het volume elektrische lading kenmerkt, gelijk aan de limiet van de verhouding van de volumelading tot het volume-element waarin het wordt verdeeld wanneer dit volume-element naar nul neigt.

Wat is de oppervlakte elektrische ladingsdichtheid

Het is een scalaire grootheid die de verdeling van de oppervlakte-elektrische lading karakteriseert, gelijk aan de limiet van de verhouding van de oppervlakte-elektrische lading tot het oppervlakte-element waarover het wordt verdeeld wanneer dit oppervlakte-element naar nul neigt.

Wat is lineaire elektrische ladingsdichtheid

Het is een scalaire grootheid die de verdeling van een lineaire elektrische lading kenmerkt, gelijk aan de limiet van de verhouding van een lineaire elektrische lading tot een element van de lengte van de lijn waarlangs deze lading wordt verdeeld wanneer dit lengte-element naar nul neigt .

Wat is een elektrische dipool

Het is een set van tweepunts elektrische ladingen die even groot en tegengesteld van teken zijn en zich op een zeer kleine afstand van elkaar bevinden in vergelijking met de afstand van hen tot de observatiepunten.

Wat is het elektrische moment van een elektrische dipool

Het is een vectorgrootheid gelijk aan het product van de absolute waarde van een van de ladingen van de dipool en de afstand daartussen en gericht van negatieve naar positieve lading.

Wat is het elektrische moment van het lichaam

Het is een vectorgrootheid die gelijk is aan de geometrische som van de elektrische momenten van alle dipolen waaruit het betreffende lichaam bestaat. "Het elektrische moment van een bepaald volume materie" wordt op een vergelijkbare manier gedefinieerd.