Električni naboj

Iz Wikipedije, besplatne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretraživanje
Okusi u fizici čestica n o str
Mirisi
Paritet
Kvantni brojevi
Optužbe
Kombinacije
vidi takođe
Električni naboj
q , Q
Dimension TI
Jedinice
SI privjesak
SGSE statcoulomb ( Franklin )
SGSM abculone
Ostale jedinice amper sat , faraday , elementarno punjenje
Napomene (uredi)
skalarno , kvantizirano
Klasična elektrodinamika
VFPt Solenoid correct2.svg
Magnetizam električne energije
Takođe pogledajte: Portal: Fizika

Električni naboj ( količina električne energije ) je fizikalna skalarna veličina koja određuje sposobnost tijela da budu izvor elektromagnetskih polja i da učestvuju u elektromagnetnoj interakciji .

Prvi put je električni naboj uveden u Coulombov zakon 1785 .

Jedinica za mjerenje električnog naboja u Međunarodnom sistemu jedinica (SI) je kulon . Jedan kulon jednak je električnom naboju koji prolazi kroz poprečni presjek vodiča sa strujom od 1 A u vremenu od 1 s . Električni naboj jednog kulona je vrlo velik. Ako dva tijela, od kojih svako ima električni naboj (q 1 = q 2 = 1 C) postavljena u vakuumu na udaljenosti od 1 m, stupila bi u interakciju s ogromnom silom u 9⋅10 9 H , tj. Silom jednakom veličinom sila kojom Zemljina gravitacija privlači objekt težak oko 1 milion tona.

istorija

Michael Faraday za eksperimente u svojoj laboratoriji
Benjamin Franklin provodi svoj poznati eksperiment sa letećim zmajem, u kojem dokazuje da je munja električna energija.

Još u davna vremena bilo je poznato da jantar ( starogrčki ἤλεκτρον - elektron ), trljan o vunu, privlači lagane predmete. A već krajem 16. stoljeća engleski ljekar William Hilbert nazvao je tijela koja nakon trljanja privlače lagane predmete, elektrificirana .

1729. Charles Dufay je utvrdio da postoje dvije vrste optužbi. Jedan nastaje trljanjem stakla o svilu, a drugi trljanjem smole o vunu. Stoga je Du Fay optužbe nazvao "staklo", odnosno "smola". Koncept pozitivnog i negativnog naboja predstavio je Benjamin Franklin .

Početkom 20. stoljeća američki fizičar Robert Millikan empirijski je pokazao da je električni naboj diskretan , odnosno da je naboj bilo kojeg tijela cijeli broj višestruki od elementarnog električnog naboja .

Elektrostatika

Elektrostatika je dio teorije električne energije , koja proučava interakcije i svojstva sistema električnih naboja, stacionarni u odnosu na izabrani inercijalnih okvir reference .

Veličina električnog naboja (inače samo električni naboj) može poprimiti i pozitivne i negativne vrijednosti; to je numerička karakteristika nosilaca naboja i nabijenih tijela. Ova vrijednost je određena na takav način da je interakcija sila koju nosi polje između naboja izravno proporcionalna veličini naboja, čestica ili tijela koja međusobno djeluju, te smjerovima sila koje na njih djeluju sa strane elektromagnetsko polje ovisi o predznaku naboja.

Električni naboj bilo kojeg sistema tijela sastoji se od cijelog broja elementarnih naboja jednakih približno 1,6⋅10 −19 C [1] u SI sistemu ili 4,8⋅10 −10 jedinica. SGSE [2] . Nosioci električnog naboja su električno nabijene elementarne čestice . Najmanja stabilna masa u čestici slobodnog stanja s jednim negativnim elementarnim električnim nabojem je elektron (njegova masa je 9,11⋅10 −31 kg ). Najmanje mase stabilan antičestica sa pozitivnim osnovnim zadužen je pozitrona , koja ima istu masu kao elektron [3] . Postoje i stabilne čestice s jednim pozitivnim elementarnim nabojem - proton ( masa je 1,67⋅10 −27 kg ) i druge, rjeđe čestice. Iznesena je hipoteza (1964.) da postoje i čestice sa manjim nabojem (± ⅓ i ± ⅔ elementarnog naboja) - kvarkovi ; međutim, one nisu izolirane u slobodnom stanju (i, očito, mogu postojati samo u sastavu drugih čestica - hadrona ), pa kao rezultat toga svaka slobodna čestica nosi samo cijeli broj elementarnih naboja.

Električni naboj bilo koje elementarne čestice je relativistički invarijantna veličina. Ne ovisi o referentnom okviru, što znači da ne ovisi o tome da li se naboj kreće ili miruje, inherentan je ovoj čestici tijekom cijelog života, pa se elementarno nabijene čestice često identificiraju sa svojim električnim nabojima . Općenito, u prirodi postoji onoliko negativnih naboja koliko i pozitivnih. Električni naboji atoma i molekula jednaki su nuli, a naboji pozitivnih i negativnih iona u svakoj ćeliji kristalnih rešetki čvrstih tijela su kompenzirani.

Interakcija naboja

Interakcija električno nabijenih tijela: istoimena tijela odbijaju se, različito - privlače jedno drugo

Najjednostavniji i svakodnevni fenomen u kojem se otkriva činjenica postojanja nosilaca električnih naboja u prirodi je naelektrisanje tijela pri dodiru [4] . Sposobnost nosilaca električnih naboja i na međusobno privlačenje i na međusobno odbijanje objašnjava se postojanjem dvije različite vrste električnih naboja [5] . Jedna vrsta električnog naboja naziva se pozitivna, a druga negativna. Vjerovatno nabijena tijela se privlače, a nabijena tijela se odbijaju.

Kada dva električno neutralna tijela dođu u kontakt zbog trenja, naboji se prenose s jednog tijela na drugo. U svakom od njih krši se jednakost zbira pozitivnih i negativnih naboja, a tijela se različito naplaćuju.

Kada se tijelo naelektrizira utjecajem na njega, dolazi do poremećaja ujednačene raspodjele naboja. Oni se preraspodjeljuju tako da u jednom dijelu tijela postoji višak pozitivnog naboja, a u drugom - negativnog. Ako su ova dva dijela isključena, bit će im naplaćeno suprotno.

Simetrija u fizici
Transformacija Odgovarajući
invarijantnost
Odgovarajući
zakon
očuvanje
Vrijeme emitiranja Uniformity
vrijeme
... energije
C , P , CP i T -simetrije Izotropija
vrijeme
... paritet
Space Prostor za emitovanje Uniformity
svemir
... zamah
Space Rotacijski prostor Izotropija
svemir
... momenat
impuls
Lorentz grupa (pojačava) Relativnost
Lorentzova kovarijansa
... kretanje
centar mase
~ Pretvorba mjerača Merna invarijantnost ... naplatiti

Zakon o očuvanju električnog naboja

Ukupni električni naboj zatvorenog sistema [6] očuvan je u vremenu i kvantiziran - mijenja se u dijelovima koji su višekratnici elementarnog električnog naboja , to jest, drugim riječima, algebarski zbir električnih naboja tijela ili čestica koji čine električno izolirani sistem ne mijenja se tokom bilo kakvih procesa koji se dešavaju u ovom sistemu.

U sustavu koji se razmatra mogu se formirati nove električno nabijene čestice, na primjer, elektroni - zbog fenomena ionizacije atoma ili molekula, iona - zbog pojave elektrolitičke disocijacije itd. Međutim, ako je sustav električno izoliran , tada se uvijek sprema algebarski zbir naboja svih čestica, uključujući i one koje se ponovno pojavljuju u takvom sistemu.

Zakon očuvanja električnog naboja jedan je od osnovnih zakona fizike. Prvi put ga je 1843. eksperimentalno potvrdio engleski naučnik Michael Faraday, a trenutno se smatra jednim od osnovnih zakona očuvanja u fizici (slično zakonima očuvanja impulsa i energije ). Sve osjetljivija eksperimentalna ispitivanja zakona očuvanja naboja, koja se nastavljaju do danas, još uvijek nisu otkrila odstupanja od ovog zakona.

Besplatni prevoznici

Ovisno o koncentraciji slobodnih nosača električnih naboja, tijela se dijele na vodiče , dielektrike i poluvodiče .

  • Provodnici su tijela u kojima se nositelji električnog naboja mogu kretati po cijeloj zapremini. Provodnici se dijele u dvije grupe: 1) vodiči prve vrste ( metali ) u kojima kretanje nosilaca elementarnih električnih naboja (slobodni elektroni) nije praćeno hemijskim transformacijama; 2) vodiči druge vrste (na primjer, rastopljene soli , otopine kiselina ) u kojima prijenos nosača naboja (pozitivni i negativni ioni ) dovodi do kemijskih promjena.
  • Dielektrici (na primjer staklo , plastika ) su tijela u kojima su slobodni nosioci električnog naboja praktički odsutni.
  • Poluvodiči (na primjer, germanij , silicij ) zauzimaju srednji položaj između vodiča i dielektrika.

Merenje

Najjednostavniji elektroskop

Za otkrivanje i mjerenje ukupnog električnog naboja tijela koristi se elektroskop koji se sastoji od metalne šipke - elektrode i dva lista folije suspendirane s nje. Kada naelektrisano tijelo dodirne elektrodu, nosioci električnog naboja teku kroz elektrodu na folijske listove, ispostavlja se da su listovi nabijeni istim imenom i stoga odstupaju jedno od drugog.

U najjednostavnijem slučaju može se koristiti i elektrometar , koji se sastoji od metalne šipke i strelice koja se može okretati oko vodoravne osi. Kad električno nabijeno tijelo dotakne šipku elektrometra, nositelji električnog naboja raspoređeni su duž štapa i strelice, a odbojne sile koje djeluju između nosača istih električnih naboja na štapu i strelici uzrokuju njegovu rotaciju. Osjetljiviji elektronički elektrometri koriste se za mjerenje malih električnih naboja.

vidi takođe

Napomene (uredi)

  1. Ili, točnije, 1.602176487 (40) ⋅10 −19 Cl.
  2. Ili, preciznije, 4,803250 (21) ⋅10 −10 jedinica CGSE -a.
  3. Uobičajena pozitronska nestabilnost povezana s poništavanjem para elektron-pozitron se u ovom slučaju ne uzima u obzir
  4. Ali to nije jedini način elektrifikacije tijela. Električni naboji mogu nastati, na primjer, djelovanjem svjetlosti
  5. Sivukhin D.V. Opći tečaj fizike. - M .: Fizmatlit ; Izdavačka kuća MIPT -a , 2004. - T. III. Struja. - S. 16. - 656 str. -ISBN 5-9221-0227-3 .
  6. Električno zatvoren sistem je sistem u kojem čestice s električnim nabojem ne mogu prodrijeti kroz njegovu graničnu površinu (sistem koji ne razmjenjuje naboje s vanjskim tijelima).

Književnost

Linkovi

  • Roller, Duane; Roller, DHD (1953). “Prenatalna istorija elektrotehnike”. Američki časopis za fiziku . 21 (5): 351. Bibcode : 1953AmJPh..21..343R . DOI : 10.1119 / 1.1933449 .
  • Roller, Duane; Roller, DHD (1953). “Prenatalna istorija elektrotehnike”. Američki časopis za fiziku . 21 (5): 356. Bibcode : 1953AmJPh..21..343R . DOI : 10.1119 / 1.1933449 .