Eigenschappen van elementaire deeltjes met elektrische lading
Door twee verschillende lichamen tegen elkaar te wrijven, maar ook door inductie, kunnen de lichamen speciale eigenschappen krijgen - elektrisch.
Elektrische ladingen en geladen deeltjes
Aan het leren geëlektrificeerde lichamen toonde aan dat hun elektrische eigenschappen worden verklaard door het feit dat de deeltjes waaruit alle stoffen zijn samengesteld een speciale fysieke eigenschap hebben die elektrische lading wordt genoemd.
Elektrische lading kenmerkt de relatie van deeltjes met hun eigen elektromagnetische veld en hun interactie met een extern elektromagnetisch veld. Lading is een van de onderscheidende eigenschappen van veel elementaire deeltjes. Er zijn twee soorten elektrische ladingen: positief en negatief.
Zoals je weet, zijn alle lichamen in de natuur samengesteld uit afzonderlijke deeltjes. Deze deeltjes worden elementair genoemd. Elk elementair deeltje heeft zijn eigen kenmerken die verschillen van de kenmerken van andere deeltjes. Deze kenmerken omvatten: rustmassa, elektrische lading, spin, magnetisch moment, levensduur, etc.
Elementaire deeltjes maken deel uit van de atomen en moleculen van materie, maar ze kunnen zich ook in een vrije toestand bevinden. Dit zijn bijvoorbeeld de elektronen waaruit het "elektronengas" in metaaldraden bestaat, de elektronen van kathodestromen in vacuümbuizen enz.
Elementaire deeltjes met elektrische ladingen van verschillende tekens trekken elkaar aan en met ladingen van dezelfde tekens stoten ze elkaar af. Wanneer de deeltjes eromheen bewegen, wordt een magnetisch veld waargenomen.
De belangrijkste ladingdragers in materie, dat wil zeggen deeltjes met elektrische eigenschappen, zijn negatief geladen elektronen en positief geladen protonen. Ze maken deel uit van de atomen van alle stoffen en zijn hun belangrijkste structurele elementen.
De totaliteit van alle elektrische verschijnselen wordt bepaald door de ladingen van de deeltjes die de atomen vormen en hun velden. Laten we in dit verband stilstaan bij de interne structuur van atomen voor zover het nodig is om de verschijnselen die in de elektrotechniek worden overwogen, te begrijpen.
De structuur van atomen van chemische elementen: De structuur van atomen - elementaire materiedeeltjes, elektronen, protonen, neutronen
Elektrische eigenschappen van lichamen
Vaste stoffen hebben meestal een kristallijne structuur: hun atomen zijn in de ruimte gerangschikt in een strikte volgorde op een bepaalde afstand van elkaar, waardoor het zogenaamde ruimtelijke of kristalrooster wordt gevormd. Roostersites bevatten positieve ionen.
Vanwege de relatief kleine afstanden werken naburige atomen in op de elektronen van de valentieschil van een bepaald atoom, daarom nemen de valentie-elektronen rechtstreeks deel aan de elektronenuitwisseling van elk atoom met de omringende naburige atomen.Dit leidt tot het feit dat de energieniveaus zijn verdeeld in verschillende dicht bij elkaar gelegen niveaus die zones vormen van continue elektronenenergietoestanden.
De elektrische eigenschappen van lichamen worden bepaald door de structuur van deze zones en het aantal elektronen dat de zones vult volgens het uitsluitingsprincipe. In metalen die bijvoorbeeld koper bevatten, is de valentieband voor de helft gevuld met elektronen, terwijl alle lagere energiebanden volledig gevuld zijn.
De aanwezigheid van een gedeeltelijk gevulde zone is kenmerkend voor alle metalen.Om het valentie-elektron van een geïsoleerd atoom naar een hoger niveau te exciteren, zijn bepaalde afzonderlijke energiedelen vereist.
Bij metalen is de geleidingsband gedeeltelijk gevuld. Daarom nemen de elektronen erin gemakkelijk vrije toestanden in, en praktisch elke kleine hoeveelheid energie is voldoende om een elektron naar een hoger vrij niveau te brengen en te creëren elektriciteit.
Omdat geleidbaarheid in metalen te wijten is aan de mobiliteit van elektronen, wordt dit genoemd elektronische geleidbaarheid… De geleidbaarheid van elektrolyten wordt bepaald door de aanwezigheid van gemakkelijk mobiele positieve en negatieve ionen in oplossingen waarin sommige van de opgeloste moleculen worden ontleed. Deze geleidbaarheid wordt genoemd ionische geleidbaarheid.
Aanzienlijke ionische geleidbaarheid is kenmerkend voor sommige zouten in gesmolten toestand en gassen in geïoniseerde toestand... Gassen worden geïoniseerd onder invloed van hoge temperatuur, hoge spanning etc. Een gas met een hoge dichtheid aan vrije elektronen en moleculen in geïoniseerde toestand heet plasma.
Zie ook: Metalen en diëlektrica - wat is het verschil?
De wet van Coulomb
De wet van Coulomb (1785) was de eerste die een kwantitatieve relatie vaststelde tussen de waarden van elektrische ladingen en hun interactie. Deze wet heeft een belangrijke rol gespeeld en speelt nog steeds bij het vaststellen van de eenheid van lading en krachtkarakteristieken van het elektrostatische veld. Zie hier voor meer informatie:De wet van Coulomb en de toepassing ervan in de elektrotechniek