Elektrilaeng ja selle omadused

Looduses toimuvaid füüsikalisi protsesse ei saa alati seletada molekulaar-kineetilise teooria, mehaanika või termodünaamika seaduste toimega. Samuti on elektromagnetilisi jõude, mis toimivad distantsilt ja ei sõltu kehakaalust.

Nende ilminguid kirjeldati esmakordselt Kreeka iidsete teadlaste töödes, kui nad tõmbasid kergeid, üksikute ainete väikeseid osakesi merevaiguga, hõõrudes villa vastu.

Teadlaste ajalooline panus elektrodünaamika arengusse

Merevaiguga tehtud katseid uuris üksikasjalikult inglise teadlane William Hilbert... 16. sajandi viimastel aastatel tegi ta oma tööst ülevaate ja defineeris mõistega "elektrifitseeritud" objekte, mis suudavad kaugemalt ligi tõmmata teisi kehasid.

Prantsuse füüsik Charles Dufay tuvastas vastupidise märgiga laengute olemasolu: mõned moodustati klaasesemete hõõrumisel siidkangale ja teised - vaigud villale. Nii ta neid nimetas: klaas ja vaik. Pärast uurimistöö lõpetamist tutvustas Benjamin Franklin negatiivsete ja positiivsete laengute mõistet.

Charles Visulka mõistab võimalust mõõta laengute tugevust, kavandades oma väljamõeldud torsioonbilansi.

Robert Milliken tegi katsete seeria põhjal kindlaks mis tahes aine elektrilaengute diskreetsuse, tõestades, et need koosnevad teatud arvust elementaarosakestest. (Mitte segi ajada selle mõiste teise mõistega – killustatus, katkestus.)

Nende teadlaste tööd olid aluseks kaasaegsetele teadmistele elektrilaengute tekitatud elektri- ja magnetväljades toimuvate protsesside ja nähtuste ning nende liikumise kohta, mida uuriti elektrodünaamika abil.

Tasude määramine ja nende koostoime põhimõtted

Elektrilaeng iseloomustab ainete omadusi, mis annavad neile võime tekitada elektrivälju ja interakteeruda elektromagnetilistes protsessides. Seda nimetatakse ka elektrienergia koguseks ja see on defineeritud kui füüsiline skalaarsuurus. Laengu tähistamiseks kasutatakse sümboleid "q" või "Q" ja mõõtmisel kasutatakse ühikut "Ripats", mis on oma nime saanud ainulaadse tehnika välja töötanud prantsuse teadlase järgi.

Ta lõi seadme, mille korpuses kasutati õhukesel kvartsiliidil riputatud kuule. Need olid teatud viisil ruumis orienteeritud ja nende asukoht registreeriti võrdsete jaotustega skaalal.

Läbi kaanes oleva spetsiaalse augu toodi nende pallide juurde veel üks lisalaenguga pall. Tekkinud vastasmõju jõud sundisid pallid kõrvale kalduma, pöörama oma kiiku. Skaala näitude erinevus enne ja pärast laadimist võimaldas hinnata elektri kogust katseproovides.

1 kuloni laengut iseloomustab SI-süsteemis 1 amprine vool, mis läbib juhtme ristlõike ajaga, mis on võrdne 1 sekundiga.

Kaasaegne elektrodünaamika jagab kõik elektrilaengud järgmisteks osadeks:

• positiivne;

• negatiivne.

Omavahel suheldes arendavad nad jõudu, mille suund sõltub olemasolevast polaarsusest.

Sama tüüpi, positiivsed või negatiivsed laengud tõrjuvad alati vastassuundades, kaldudes üksteisest võimalikult kaugele eemalduma.Ja vastandmärgiliste laengute puhul on jõud, mis kipuvad neid kokku viima ja üheks ühendama. .

Superpositsiooni põhimõte

Kui teatud mahus on mitu laengut, töötab nende puhul superpositsiooni põhimõte.

Selle tähendus seisneb selles, et iga laeng teatud viisil, vastavalt ülalkirjeldatud meetodile, suhtleb kõigi teistega, olles vastandite poolt ligitõmbav ja sarnased tõrjunud. Näiteks positiivset laengut q1 mõjutab tõmbejõud F31 negatiivsele laengule q3 ja tõukejõud F21 q2-st.

Tekkiv jõud F1, mis mõjub q1-le, määratakse vektorite F31 ja F21 geomeetrilise liitmise teel. (F1 = F31 + F21).

Sama meetodit kasutatakse laengutele q2 ja q3 tekkivate jõudude F2 ja F3 määramiseks.

Superpositsiooni põhimõtet kasutades jõuti järeldusele, et suletud süsteemi teatud arvu laengute korral toimivad selle kõigi kehade vahel püsivad elektrostaatilised jõud ja selle ruumi mis tahes punkti potentsiaal on võrdne kõigi laengute potentsiaalide summaga. eraldi tasulised tasud.

Nende seaduste toimimist kinnitavad loodud seadmed elektroskoop ja elektromeeter, millel on ühine tööpõhimõte.

Elektroskoop koosneb kahest identsest õhukesest fooliumilehest, mis on riputatud isoleeritud ruumis metallkuuli külge kinnitatud juhtivale niidile. Tavalises olekus laengud sellele kuulile ei mõju, seetõttu ripuvad kroonlehed vabalt seadme pirni sees olevasse ruumi.

Kuidas saab laengut kehade vahel üle kanda

Kui tood elektroskoobi kuuli külge laetud keha, näiteks varda, siis laeng läbib kuuli mööda juhtivat niiti kroonlehtedeni. Nad saavad sama laengu ja hakkavad üksteisest eemalduma nurga all, mis on võrdeline rakendatud elektrihulgaga.

Elektromeetril on sama põhistruktuur, kuid on väikesed erinevused: üks kroonleht on fikseeritud liikumatult ja teine ​​eemaldub sellest ning on varustatud noolega, mis võimaldab lugeda gradueeritud skaalat.

Vahekandjaid saab kasutada laengu ülekandmiseks kaugel seisvalt ja laetud kehalt elektromeetrile.

Elektromeetriga tehtud mõõtmised ei ole kõrge täpsusklassiga ning nende põhjal on raske analüüsida laengute vahel mõjuvaid jõude. Nende uurimiseks sobib paremini kuloni torsioonbilanss. Nad kasutasid palle, mille läbimõõt oli palju väiksem kui nende kaugus üksteisest. Neil on punktlaengute omadused — laetud kehad, mille mõõtmed ei mõjuta seadme täpsust.

Coulombi tehtud mõõtmised kinnitasid tema oletust, et punktlaeng kandub laetud kehalt omadustelt ja massilt üle samale, kuid laenguta nii, et see jaguneb nende vahel ühtlaselt, vähenedes lähtekohas 2 korda.Nii oli võimalik tasu suurust vähendada kaks, kolm ja muud korda.

Statsionaarsete elektrilaengute vahel eksisteerivaid jõude nimetatakse kulonilisteks või staatilisteks interaktsioonideks. Neid uurib elektrostaatika, mis on üks elektrodünaamika harudest.

Elektrilaengukandjate tüübid

Tänapäeva teadus peab väikseimaks negatiivselt laetud osakese elektroniks ja positiivseks — positroniks... Nende mass on sama 9,1 × 10-31 kilogrammi. Osakese prootonil on ainult üks positiivne laeng ja mass on 1,7 × 10–27 kilogrammi. Looduses on positiivsete ja negatiivsete laengute arv tasakaalus.

Metallides tekib elektronide liikumine elektrit, ja pooljuhtides on selle laengukandjateks elektronid ja augud.

Gaasides moodustub vool ioonide - positiivse laenguga laetud mitteelementaarsete osakeste (aatomite või molekulide) liikumisel, mida nimetatakse katioonideks või negatiivseteks - anioonideks.

Ioonid moodustuvad neutraalsetest osakestest.

Positiivne laeng tekib osakeses, mis on kaotanud elektroni võimsa elektrilahenduse, valguse või radioaktiivse kiirguse, tuulevoolu, veemasside liikumise või mitmete muude põhjuste mõjul.

Negatiivsed ioonid tekivad neutraalsetest osakestest, mis on lisaks saanud elektroni.

Ionisatsiooni kasutamine meditsiinilistel eesmärkidel ja igapäevaelus

Teadlased on juba ammu märganud negatiivsete ioonide võimet mõjutada inimkeha, parandada õhuhapniku tarbimist, toimetada seda kiiremini kudedesse ja rakkudesse ning kiirendada serotoniini oksüdatsiooni.Kõik see kompleksis suurendab oluliselt immuunsust, parandab meeleolu, leevendab valu.

Esimene inimeste ravimiseks kasutatud ionisaator sai nimeks Tšiževski lühtrid, austades Nõukogude teadlast, kes lõi seadme, millel on inimeste tervisele kasulik mõju.

Kaasaegsetes kodukeskkonnas töötamiseks mõeldud elektriseadmetest leiate sisseehitatud ionisaatorid tolmuimejates, õhuniisutites, föönides, föönides ...

Spetsiaalsed õhuionisaatorid puhastavad selle koostist, vähendavad tolmu ja kahjulike lisandite hulka.

Vee ionisaatorid on võimelised vähendama keemiliste reaktiivide hulka nende koostises. Neid kasutatakse basseinide ja järvede puhastamiseks, küllastades vett vase või hõbeda ioonidega, mis vähendavad vetikate kasvu, hävitavad viiruseid ja baktereid.

Kasulikud terminid ja määratlused

Mis on mahuline elektrilaeng

See on kogu helitugevuses jaotatud elektrilaeng.

Mis on pinnapealne elektrilaeng

See on elektrilaeng, mida peetakse pinnale jaotunud.

Mis on lineaarne elektrilaeng

See on elektrilaeng, mida peetakse mööda joont jaotunud.

Mis on elektrilaengu mahutihedus

See on skalaarsuurus, mis iseloomustab mahulise elektrilaengu jaotust, mis on võrdne ruumalaengu ja ruumalaelemendi suhte piiriga, milles see jaotub, kui see mahuelement kipub olema null.

Mis on pinna elektrilaengu tihedus

See on pinna elektrilaengu jaotust iseloomustav skalaarsuurus, mis on võrdne pinna elektrilaengu ja pinnaelemendi suhte piiriga, mille üle see jaotub, kui see pinnaelement kaldub nulli.

Mis on lineaarne elektrilaengu tihedus

See on skalaarsuurus, mis iseloomustab lineaarse elektrilaengu jaotust, mis on võrdne lineaarse elektrilaengu ja selle joone pikkuse elemendi suhte piiriga, mida mööda see laeng jaotub, kui see pikkuselement kipub olema null .

Mis on elektriline dipool

See on kogum kahest punktist koosnevat elektrilaengut, mis on võrdse suuruse ja märgiga vastandlikud ning asuvad üksteisest väga väikesel kaugusel, võrreldes nende ja vaatluspunktide kaugusega.

Mis on elektridipooli elektrimoment

See on vektorkogus, mis võrdub dipooli ühe laengu absoluutväärtuse ja nendevahelise kauguse korrutisega ning on suunatud negatiivsest laengust positiivsele.

Mis on keha elektrimoment

See on vektorsuurus, mis võrdub kõigi vaadeldava keha moodustavate dipoolide elektrimomentide geomeetrilise summaga. "Antud ainemahu elektriline moment" on defineeritud sarnaselt.