Električni naboj i njegova svojstva

Fizikalni procesi koji se odvijaju u prirodi ne mogu se uvijek objasniti djelovanjem zakona molekularno-kinetičke teorije, mehanike ili termodinamike. Postoje i elektromagnetske sile koje djeluju na daljinu i ne ovise o težini tijela.

Njihove manifestacije prvi put su opisane u djelima drevnih znanstvenika iz Grčke, kada su privukle svjetlost, male čestice pojedinačnih tvari s jantarom, trljajući se o vunu.

Povijesni doprinos znanstvenika razvoju elektrodinamike

Pokuse s jantarom detaljno je proučavao engleski istraživač William Hilbert... Posljednjih godina 16. stoljeća napravio je prikaz svog rada i objekte koji mogu privući druga tijela iz daljine definirao pojmom "naelektrizirani".

Francuski fizičar Charles Dufay utvrdio je postojanje naboja suprotnih predznaka: neki su nastali trljanjem staklenih predmeta o svilenu tkaninu, a drugi - smole na vunu. Tako ih je nazvao: staklo i smola. Nakon završetka istraživanja Benjamin Franklin uveo je koncept negativnog i pozitivnog naboja.

Charles Visulka ostvaruje mogućnost mjerenja jakosti naboja projektiranjem torzijske vage vlastitog izuma.

Robert Milliken, na temelju niza eksperimenata, utvrdio je diskretnu prirodu električnih naboja bilo koje tvari, dokazujući da se one sastoje od određenog broja elementarnih čestica. (Ne smije se brkati s drugim konceptom ovog pojma — fragmentacija, diskontinuitet.)

Radovi ovih znanstvenika poslužili su kao temelj suvremenih spoznaja o procesima i pojavama koje se događaju u električnim i magnetskim poljima stvorenim električnim nabojima i njihovim kretanjem, koje proučava elektrodinamika.

Određivanje naknada i načela njihove interakcije

Električni naboj karakterizira svojstva tvari koja im daju sposobnost stvaranja električnih polja i međudjelovanja u elektromagnetskim procesima. Također se naziva i količina elektriciteta i definira se kao fizikalna skalarna veličina. Za označavanje naboja koriste se simboli "q" ili "Q", au mjerenjima se koristi jedinica "Privjesak", nazvana po francuskom znanstveniku koji je razvio jedinstvenu tehniku.

Stvorio je uređaj čije je tijelo koristilo kuglice obješene na tanku kvarcnu nit. Bili su orijentirani u prostoru na određeni način i njihov položaj bilježen je prema graduiranoj ljestvici s jednakim podjelama.

Kroz poseban otvor na poklopcu, do ovih kuglica je dovedena još jedna kuglica s dodatnim nabojem. Rezultirajuće sile međudjelovanja prisilile su lopte da se skrenu, da zakrenu svoj zamah. Razlika u očitanjima skale prije i poslije punjenja omogućila je procjenu količine električne energije u ispitnim uzorcima.

Naboj od 1 kulona karakteriziran je u SI sustavu strujom od 1 ampera koja prolazi kroz poprečni presjek žice u vremenu jednakom 1 sekundi.

Moderna elektrodinamika sve električne naboje dijeli na:

• pozitivan;

• negativan.

Kada međusobno djeluju, razvijaju sile čiji smjer ovisi o postojećem polaritetu.

Naboji iste vrste, pozitivni ili negativni, uvijek se odbijaju u suprotnim smjerovima, težeći da se što dalje udalje jedan od drugog, a za naboje suprotnih predznaka postoje sile koje ih teže zbližiti i spojiti u jedno. .

Princip superpozicije

Kada postoji nekoliko naboja u određenom volumenu, za njih funkcionira princip superpozicije.

Njegovo značenje je da svaki naboj na određeni način, u skladu s gore razmotrenom metodom, stupa u interakciju sa svim ostalima, privlačeći ga suprotnosti i odbijajući slični. Na primjer, na pozitivni naboj q1 djeluje privlačna sila F31 na negativni naboj q3 i odbojna sila F21 iz q2.

Rezultirajuća sila F1 koja djeluje na q1 određena je geometrijskim zbrajanjem vektora F31 i F21. (F1 = F31 + F21).

Istim se postupkom određuju rezultirajuće sile F2 i F3 na naboje q2, odnosno q3.

Koristeći načelo superpozicije, zaključeno je da za određeni broj naboja u zatvorenom sustavu između svih njegovih tijela djeluju stalne elektrostatske sile, a potencijal u bilo kojoj točki u tom prostoru jednak je zbroju potencijala svih posebno naplaćene naknade.

Djelovanje ovih zakona potvrđuju stvoreni uređaji elektroskop i elektrometar, koji imaju zajednički princip rada.

Elektroskop se sastoji od dva identična tanka lista folije obješenih u izoliranom prostoru na vodljivu nit pričvršćenu na metalnu kuglu. U normalnom stanju, naboji ne djeluju na ovu kuglu, stoga latice slobodno vise u prostoru unutar žarulje uređaja.

Kako se naboj može prenositi između tijela

Ako kuglici elektroskopa prinesete nabijeno tijelo, npr. šipku, tada će naboj proći kroz kuglicu po vodljivoj niti do latica. Dobit će isti naboj i početi se udaljavati jedno od drugog pod kutom proporcionalnim količini primijenjene električne energije.

Elektrometar ima istu osnovnu strukturu, ali postoje male razlike: jedna latica je fiksirana nepomično, a druga se odmiče od nje i opremljena je strelicom koja vam omogućuje čitanje graduirane ljestvice.

Srednji nositelji mogu poslužiti za prijenos naboja s udaljenog nepokretnog i nabijenog tijela na elektrometar.

Mjerenja koja se izvode elektrometrom nemaju visoku klasu točnosti i na njihovoj osnovi je teško analizirati sile koje djeluju između naboja. Za njihovo proučavanje prikladnija je Coulombova torzijska vaga. Koristili su lopte promjera mnogo manjeg od njihove udaljenosti jedna od druge. Imaju svojstva točkastih naboja — nabijenih tijela čije dimenzije ne utječu na točnost uređaja.

Mjerenja koja je proveo Coulomb potvrdila su njegovu pretpostavku da se točkasti naboj prenosi s nabijenog tijela na isto po svojstvima i masi, ali nenabijeno na način da se ravnomjerno raspoređuje među njima, smanjujući se za faktor 2 na izvoru.Na taj se način iznos naknade mogao smanjiti dva, tri i više puta.

Sile koje postoje između stacionarnih električnih naboja nazivaju se kulomskim ili statičkim međudjelovanjima. Proučava ih elektrostatika, koja je jedna od grana elektrodinamike.

Vrste nositelja električnog naboja

Moderna znanost smatra najmanju negativno nabijenu česticu elektron, a pozitivno — pozitron... Imaju istu masu 9,1 × 10-31 kilograma. Proton čestice ima samo jedan pozitivan naboj i masu od 1,7 × 10-27 kilograma. U prirodi je broj pozitivnih i negativnih naboja uravnotežen.

U metalima se stvara kretanje elektrona struja, a u poluvodičima su mu nositelji naboja elektroni i šupljine.

U plinovima, struja nastaje kretanjem iona — nabijenih neelementarnih čestica (atoma ili molekula) s pozitivnim nabojem, zvanim kationi, ili negativnim — anionima.

Ioni nastaju iz neutralnih čestica.

Pozitivan naboj nastaje u čestici koja je izgubila elektron pod utjecajem snažnog električnog pražnjenja, svjetlosnog ili radioaktivnog zračenja, strujanja vjetra, kretanja vodenih masa ili niza drugih razloga.

Negativni ioni nastaju iz neutralnih čestica koje su dodatno primile elektron.

Primjena ionizacije u medicinske svrhe i svakodnevnom životu

Istraživači su odavno primijetili sposobnost negativnih iona da utječu na ljudsko tijelo, poboljšavaju potrošnju kisika u zraku, brže ga dostavljaju tkivima i stanicama te ubrzavaju oksidaciju serotonina.Sve to u kompleksu značajno povećava imunitet, poboljšava raspoloženje, ublažava bol.

Prvi ionizator korišten za liječenje ljudi nazvan je Chizhevsky lusteri, u čast sovjetskog znanstvenika koji je stvorio uređaj koji ima blagotvoran učinak na ljudsko zdravlje.

U suvremenim električnim uređajima za rad u kućnom okruženju možete pronaći ugrađene ionizatore u usisavače, ovlaživače zraka, sušila za kosu, sušila za kosu...

Posebni ionizatori zraka pročišćavaju njegov sastav, smanjuju količinu prašine i štetnih nečistoća.

Ionizatori vode mogu smanjiti količinu kemijskih reagensa u svom sastavu. Koriste se za čišćenje bazena i jezera, zasićenje vode ionima bakra ili srebra koji smanjuju rast algi, uništavaju viruse i bakterije.

Korisni pojmovi i definicije

Što je volumni električni naboj

Ovo je električni naboj raspoređen po cijelom volumenu.

Što je površinski električni naboj

To je električni naboj za koji se smatra da je raspoređen po površini.

Što je linearni električni naboj

To je električni naboj za koji se smatra da je raspoređen duž linije.

Kolika je volumna gustoća električnog naboja

To je skalarna veličina koja karakterizira raspodjelu volumnog električnog naboja, jednaka granici omjera volumnog naboja i volumenskog elementa u kojem je raspoređen kada taj volumenski element teži nuli.

Kolika je površinska gustoća električnog naboja

To je skalarna veličina koja karakterizira raspodjelu površinskog električnog naboja, jednaka granici omjera površinskog električnog naboja i površinskog elementa preko kojeg je raspoređen kada ovaj površinski element teži nuli.

Što je linearna gustoća električnog naboja

To je skalarna veličina koja karakterizira distribuciju linearnog električnog naboja, jednaka granici omjera linearnog električnog naboja i elementa duljine pravca duž kojeg je taj naboj raspoređen kada taj element duljine teži nuli .

Što je električni dipol

To je skup dvaju točkastih električnih naboja jednakih veličina i suprotnih predznaka koji se nalaze na vrlo maloj udaljenosti jedan od drugog u usporedbi s udaljenošću od njih do točaka promatranja.

Koliki je električni moment električnog dipola

To je vektorska veličina jednaka umnošku apsolutne vrijednosti jednog od naboja dipola i udaljenosti između njih i usmjerena od negativnog prema pozitivnom naboju.

Koliki je električni moment tijela

To je vektorska veličina jednaka geometrijskom zbroju električnih momenata svih dipola koji čine razmatrano tijelo. "Električni moment određenog volumena materije" definiran je na sličan način.