Caj elektrik dan sifatnya

Proses fizikal yang berlaku di alam semula jadi tidak selalu dijelaskan oleh tindakan undang-undang teori kinetik molekul, mekanik atau termodinamik. Terdapat juga daya elektromagnet yang bertindak pada jarak jauh dan tidak bergantung kepada berat badan.

Manifestasi mereka pertama kali diterangkan dalam karya saintis purba dari Greece, apabila mereka menarik cahaya, zarah-zarah kecil bahan individu dengan ambar, disapu dengan bulu.

Sumbangan sejarah saintis kepada pembangunan elektrodinamik

Eksperimen dengan ambar telah dikaji secara terperinci oleh penyelidik Inggeris William Hilbert... Pada tahun-tahun terakhir abad ke-16, dia membuat akaun tentang kerjanya dan menentukan objek yang mampu menarik badan lain dari jauh dengan istilah "berelektrik".

Ahli fizik Perancis Charles Dufay menubuhkan kewujudan caj dengan tanda yang bertentangan: ada yang dibentuk dengan menggosok objek kaca pada kain sutera, dan yang lain - resin pada bulu. Itulah yang dia panggil mereka: kaca dan damar. Selepas menyelesaikan penyelidikan, Benjamin Franklin memperkenalkan konsep caj negatif dan positif.

Charles Visulka menyedari kemungkinan mengukur kekuatan cas dengan mereka bentuk keseimbangan kilasan ciptaannya sendiri.

Robert Milliken, berdasarkan satu siri eksperimen, beliau mewujudkan sifat diskret cas elektrik mana-mana bahan, membuktikan bahawa ia terdiri daripada sebilangan zarah asas. (Jangan dikelirukan dengan konsep lain istilah ini — pemecahan, ketakselanjaran.)

Kerja-kerja saintis ini berfungsi sebagai asas pengetahuan moden tentang proses dan fenomena yang berlaku dalam medan elektrik dan magnet yang dicipta oleh cas elektrik dan pergerakannya, dikaji oleh elektrodinamik.

Penentuan yuran dan prinsip interaksi mereka

Caj elektrik mencirikan sifat bahan yang memberikan mereka keupayaan untuk mencipta medan elektrik dan berinteraksi dalam proses elektromagnet. Ia juga dipanggil kuantiti elektrik dan ditakrifkan sebagai kuantiti skalar fizikal. Simbol "q" atau "Q" digunakan untuk menunjukkan caj, dan unit "Loket" digunakan dalam pengukuran, dinamakan sempena saintis Perancis yang membangunkan teknik unik.

Dia mencipta peranti, badannya menggunakan bola yang digantung pada benang kuarza nipis. Mereka berorientasikan di angkasa dengan cara tertentu dan kedudukan mereka direkodkan pada skala bergraduat dengan pembahagian yang sama.

Melalui lubang khas pada penutup, bola lain dengan caj tambahan dibawa ke bola ini. Daya interaksi yang terhasil memaksa bola untuk membelok, untuk memutar hayunan mereka. Perbezaan dalam bacaan skala sebelum dan selepas pengecasan membolehkan untuk menganggarkan jumlah elektrik dalam sampel ujian.

Caj 1 coulomb dicirikan dalam sistem SI dengan arus 1 ampere yang melalui keratan rentas wayar dalam masa yang sama dengan 1 saat.

Elektrodinamik moden membahagikan semua cas elektrik kepada:

• positif;

• negatif.

Apabila mereka berinteraksi antara satu sama lain, mereka membangunkan kuasa yang arahnya bergantung kepada kekutuban yang sedia ada.

Caj dari jenis yang sama, positif atau negatif, sentiasa menolak ke arah yang bertentangan, cenderung untuk menjauhkan diri dari satu sama lain sejauh mungkin. Dan untuk caj tanda yang bertentangan, terdapat daya yang cenderung untuk menyatukan mereka dan menyatukannya menjadi satu. .

Prinsip superposisi

Apabila terdapat beberapa cas dalam volum tertentu, prinsip superposisi berfungsi untuk mereka.

Maksudnya ialah setiap caj dengan cara tertentu, mengikut kaedah yang dibincangkan di atas, berinteraksi dengan semua yang lain, tertarik oleh lawan dan ditolak oleh yang serupa. Sebagai contoh, cas positif q1 dipengaruhi oleh daya tarikan F31 kepada cas negatif q3 dan daya tolakan F21 dari q2.

Daya F1 yang terhasil yang bertindak pada q1 ditentukan oleh penjumlahan geometri bagi vektor F31 dan F21. (F1 = F31 + F21).

Kaedah yang sama digunakan untuk menentukan daya F2 dan F3 yang terhasil pada cas q2 dan q3, masing-masing.

Dengan menggunakan prinsip superposisi, telah disimpulkan bahawa untuk sebilangan cas dalam sistem tertutup, daya elektrostatik malar bertindak di antara semua badannya, dan potensi pada mana-mana titik tertentu dalam ruang ini adalah sama dengan jumlah potensi semua caj yang dikenakan secara berasingan.

Operasi undang-undang ini disahkan oleh elektroskop dan elektrometer peranti yang dicipta, yang mempunyai prinsip operasi yang sama.

Elektroskop terdiri daripada dua helaian kerajang nipis yang serupa yang digantung dalam ruang bertebat pada benang konduktif yang dilekatkan pada bola logam. Dalam keadaan biasa, caj tidak bertindak pada bola ini, oleh itu kelopak tergantung bebas di ruang di dalam mentol peranti.

Bagaimana caj boleh dipindahkan antara badan

Jika anda membawa badan bercas, seperti rod, ke bola elektroskop, maka cas akan melalui bola sepanjang benang konduktif ke kelopak. Mereka akan menerima caj yang sama dan mula bergerak menjauhi satu sama lain pada sudut yang berkadar dengan jumlah elektrik yang digunakan.

Elektrometer mempunyai struktur asas yang sama, tetapi terdapat perbezaan kecil: satu kelopak tetap tidak bergerak, dan yang kedua bergerak menjauhinya dan dilengkapi dengan anak panah yang membolehkan anda membaca skala bergraduat.

Pembawa perantaraan boleh digunakan untuk memindahkan cas dari badan pegun dan bercas yang jauh ke elektrometer.

Pengukuran yang dibuat oleh elektrometer tidak mempunyai kelas ketepatan yang tinggi, dan berdasarkannya adalah sukar untuk menganalisis daya yang bertindak antara cas. Imbangan kilasan Coulomb lebih sesuai untuk kajian mereka. Mereka menggunakan bola dengan diameter jauh lebih kecil daripada jarak antara satu sama lain. Ia mempunyai sifat caj titik — badan bercas yang dimensinya tidak menjejaskan ketepatan peranti.

Pengukuran yang dibuat oleh Coulomb mengesahkan andaiannya bahawa satu cas titik dipindahkan dari badan bercas kepada yang sama dalam sifat dan jisim, tetapi tidak dicas sedemikian rupa sehingga ia diagihkan sama rata di antara mereka, berkurangan dengan faktor 2 pada punca.Dengan cara ini, adalah mungkin untuk mengurangkan jumlah yuran sebanyak dua, tiga dan masa lain.

Daya yang wujud antara cas elektrik pegun dipanggil interaksi Coulombik atau statik. Mereka dikaji oleh elektrostatik, yang merupakan salah satu cabang elektrodinamik.

Jenis pembawa cas elektrik

Sains moden menganggap elektron zarah bercas negatif terkecil, dan secara positif — positron... Mereka mempunyai jisim yang sama 9.1 × 10-31 kilogram. Proton zarah hanya mempunyai satu cas positif dan jisim 1.7 × 10-27 kilogram. Secara semula jadi, bilangan cas positif dan negatif adalah seimbang.

Dalam logam, pergerakan elektron dicipta elektrik, dan dalam semikonduktor pembawa casnya ialah elektron dan lubang.

Dalam gas, arus dibentuk oleh pergerakan ion — zarah bukan unsur bercas (atom atau molekul) dengan cas positif, dipanggil kation, atau anion negatif.

Ion terbentuk daripada zarah neutral.

Caj positif tercipta dalam zarah yang telah kehilangan elektron di bawah pengaruh nyahcas elektrik yang kuat, cahaya atau sinaran radioaktif, aliran angin, pergerakan jisim air atau beberapa sebab lain.

Ion negatif terbentuk daripada zarah neutral yang juga telah menerima elektron.

Penggunaan pengionan untuk tujuan perubatan dan kehidupan seharian

Penyelidik telah lama menyedari keupayaan ion negatif untuk mempengaruhi tubuh manusia, meningkatkan penggunaan oksigen di udara, menghantarnya lebih cepat ke tisu dan sel, dan mempercepatkan pengoksidaan serotonin.Semua ini dalam kompleks dengan ketara meningkatkan imuniti, meningkatkan mood, melegakan kesakitan.

Pengion pertama yang digunakan untuk merawat orang dinamakan candelier Chizhevsky, sebagai penghormatan kepada saintis Soviet yang mencipta peranti yang mempunyai kesan yang baik terhadap kesihatan manusia.

Dalam peralatan elektrik moden untuk bekerja di persekitaran rumah, anda boleh menemui pengion terbina dalam dalam pembersih vakum, pelembap udara, pengering rambut, pengering rambut ...

Pengion udara khas membersihkan komposisinya, mengurangkan jumlah habuk dan kekotoran berbahaya.

Pengion air mampu mengurangkan jumlah reagen kimia dalam komposisinya. Ia digunakan untuk membersihkan kolam dan tasik, menepu air dengan ion tembaga atau perak yang mengurangkan pertumbuhan alga, memusnahkan virus dan bakteria.

Istilah dan definisi yang berguna

Apakah isipadu cas elektrik

Ini ialah cas elektrik yang diedarkan ke seluruh isipadu.

Apakah cas elektrik permukaan

Ia adalah cas elektrik yang dianggap diagihkan ke atas permukaan.

Apakah itu cas elektrik linear

Ia adalah cas elektrik yang dianggap diedarkan sepanjang garis.

Berapakah ketumpatan isipadu cas elektrik

Ia ialah kuantiti skalar yang mencirikan taburan isipadu cas elektrik, sama dengan had nisbah cas isipadu kepada unsur isipadu di mana ia diagihkan apabila unsur isipadu ini cenderung kepada sifar.

Apakah ketumpatan cas elektrik permukaan

Ia ialah kuantiti skalar yang mencirikan taburan cas elektrik permukaan, sama dengan had nisbah cas elektrik permukaan kepada unsur permukaan yang mana ia diagihkan apabila unsur permukaan ini cenderung kepada sifar.

Apakah ketumpatan cas elektrik linear

Ia ialah kuantiti skalar yang mencirikan taburan cas elektrik linear, bersamaan dengan had nisbah cas elektrik linear kepada unsur panjang garis di mana cas ini diagihkan apabila unsur panjang ini cenderung kepada sifar. .

Apakah itu dipol elektrik

Ia adalah satu set cas elektrik dua titik yang sama magnitud dan bertentangan dalam tanda dan terletak pada jarak yang sangat kecil antara satu sama lain berbanding dengan jarak dari mereka ke titik cerapan.

Apakah momen elektrik bagi dipol elektrik

Ia adalah kuantiti vektor yang sama dengan hasil darab nilai mutlak salah satu cas dipol dan jarak antara mereka dan diarahkan dari negatif ke cas positif.

Apakah momen elektrik badan

Ia adalah kuantiti vektor yang sama dengan jumlah geometri momen elektrik semua dipol yang membentuk jasad yang sedang dipertimbangkan. "Momen elektrik bagi isipadu jirim tertentu" ditakrifkan dengan cara yang sama.