Elektrisk laddning

Elektrisk laddning  ( mängd elektricitet ) är en fysisk skalär storhet som bestämmer kropparnas förmåga att vara en källa till elektromagnetiska fält och delta i elektromagnetisk interaktion .

Elektrisk laddning infördes först i Coulombs lag 1785 .

Enheten för elektrisk laddning i International System of Units (SI)  är hänget . Ett hängande är lika med den elektriska laddningen som passerar genom ledarens tvärsnitt med en ström på 1 A på en tid av 1 s . Om två kroppar, som var och en har en elektrisk laddning ( q 1 = q 2 = 1 C ), är placerade i vakuum på ett avstånd av 1 m , så samverkar de med en kraft på 9⋅10 9 H .

Historik

Redan i antiken var det känt att bärnsten ( forngrekiska ἤλεκτρον  - elektron ), som bars på ull, lockar lätta föremål. Och redan i slutet av 1500-talet kallade den engelske läkaren William Gilbert kroppar som kan attrahera lätta föremål efter gnuggning, elektrifierade .

1729 slog Charles Du Fay fast att det finns två typer av anklagelser. Den ena är bildad genom att gnida glas på siden och den andra är harts på ull. Därför kallade Dufay anklagelserna för "glas" respektive "harts". Begreppet positiv och negativ laddning introducerades av Benjamin Franklin .

I början av 1900-talet visade den amerikanske fysikern Robert Milliken experimentellt att den elektriska laddningen är diskret , det vill säga att laddningen av en kropp är en integrerad multipel av den elementära elektriska laddningen .

Elektrostatik

Elektrostatik är en del av läran om elektricitet , där växelverkan och egenskaper hos system av elektriska laddningar som är orörliga i förhållande till en vald tröghetsreferensram studeras .

Storleken på den elektriska laddningen (annars bara en elektrisk laddning) kan anta både positiva och negativa värden; det är en numerisk egenskap hos laddningsbärare och laddade kroppar. Detta värde bestäms på ett sådant sätt att kraftväxelverkan som bärs av fältet mellan laddningarna är direkt proportionell mot storleken på laddningarna, partiklarna eller kropparna som samverkar med varandra, och riktningarna för de krafter som verkar på dem från det elektromagnetiska fältet beror på anklagelsernas tecken.

Den elektriska laddningen i vilket system av kroppar som helst består av ett heltal av elementära laddningar lika med ungefär 1,6⋅10 −19 C [1] i SI-systemet eller 4,8⋅10 −10 enheter. SGSE [2] . Elektriska laddningsbärare är elektriskt laddade elementarpartiklar . Den minsta massastabila partikeln i ett fritt tillstånd, med en negativ elementär elektrisk laddning , är en elektron (dess massa är 9,11⋅10 −31 kg ). Den minst massstabila antipartikeln i det fria tillståndet med positiv elementarladdning är positronen , som har samma massa som elektronen [3] . Det finns också en stabil partikel med en positiv elementarladdning - en proton ( massan är 1,67⋅10 −27 kg ) och andra mindre vanliga partiklar. En hypotes lades fram (1964) att det även finns partiklar med en mindre laddning (±⅓ och ±⅔ av elementarladdningen) - kvarkar ; dock pekas de inte ut i ett fritt tillstånd (och kan uppenbarligen bara existera som en del av andra partiklar - hadroner ), som ett resultat av detta bär vilken fri partikel som helst endast ett heltal av elementära laddningar.

Den elektriska laddningen av en elementarpartikel är en relativistiskt oföränderlig storhet. Det beror inte på referenssystemet, vilket betyder att det inte beror på om denna laddning rör sig eller är i vila, den är inneboende i denna partikel under hela dess livstid, därför identifieras elementärladdade partiklar ofta med sina elektriska kostnader. I allmänhet finns det lika många negativa laddningar i naturen som det finns positiva. De elektriska laddningarna av atomer och molekyler är lika med noll, och laddningarna av positiva och negativa joner i varje cell i kristallgittret av fasta ämnen kompenseras.

Interaktion mellan avgifter

Det enklaste och mest vardagliga fenomenet, där det faktum att det finns bärare av elektriska laddningar i naturen , är elektrifieringen av kroppar vid kontakt [4] . Elektriska laddningsbärares förmåga till både ömsesidig attraktion och ömsesidig repulsion förklaras av att det finns två olika typer av elektriska laddningar [5] . Den ena typen av elektrisk laddning kallas positiv och den andra kallas negativ. Motsatt laddade kroppar attraherar varandra, och liknande laddade kroppar stöter bort varandra.

När två elektriskt neutrala kroppar kommer i kontakt, som ett resultat av friktion, passerar laddningar från en kropp till en annan. I var och en av dem kränks likheten mellan summan av positiva och negativa laddningar, och kropparna laddas olika.

När en kropp elektrifieras genom påverkan, störs den enhetliga laddningsfördelningen i den. De omfördelas så att det i en del av kroppen finns ett överskott av positiv laddning, och i en annan - negativ. Om dessa två delar är åtskilda kommer de att debiteras olika.

Lagen om bevarande av elektrisk laddning

Den totala elektriska laddningen i ett slutet system [6] bevaras i tid och kvantiseras - den förändras i delar som är multiplar av den elementära elektriska laddningen , det vill säga, med andra ord, den algebraiska summan av de elektriska laddningarna av kroppar eller partiklar som bildar ett elektriskt isolerat system förändras inte under några processer som sker i detta system.

I det aktuella systemet kan nya elektriskt laddade partiklar bilda till exempel elektroner - på grund av fenomenet jonisering av atomer eller molekyler, joner - på grund av fenomenet elektrolytisk dissociation etc. Om systemet däremot är elektriskt isolerat, då den algebraiska summan av laddningarna av alla partiklar, inklusive återigen förekommer i ett sådant system, alltid bevaras.

Lagen om bevarande av elektrisk laddning  är en av fysikens grundläggande lagar. Det bekräftades först experimentellt 1843 av den engelske vetenskapsmannen Michael Faraday och anses för närvarande vara en av de grundläggande bevarandelagarna i fysiken (liknande lagarna för bevarande av momentum och energi ). Allt känsligare experimentella tester av lagen om bevarande av laddning, som fortsätter till denna dag, har ännu inte avslöjat avvikelser från denna lag.

Gratis avgiftsbärare

Beroende på koncentrationen av fria bärare av elektriska laddningar delas kroppar in i ledare , dielektrikum och halvledare .

• Ledare  är kroppar i vilka elektriska laddningsbärare kan röra sig genom hela sin volym. Ledare är indelade i två grupper: 1) ledare av det första slaget ( metaller ), där rörelsen av bärare av elementära elektriska laddningar (fria elektroner) inte åtföljs av kemiska omvandlingar; 2) ledare av det andra slaget (till exempel smälta salter , syralösningar ) , där överföringen av laddningsbärare (positiva och negativa joner ) leder till kemiska förändringar.
• Dielektrika (till exempel glas , plast ) - kroppar där det praktiskt taget inte finns några fria bärare av elektrisk laddning.
• Halvledare (t.ex. germanium , kisel ) är mellanliggande mellan ledare och dielektrikum.

Dimension

För att upptäcka och mäta den totala elektriska laddningen av en kropp används ett elektroskop , som består av en metallstav - en elektrod och två stycken folie upphängda från den. När elektroden berörs av en laddad kropp flyter bärarna av elektrisk laddning ner genom elektroden på foliebladen, bladen visar sig vara laddade med samma namn och avviker därför från varandra.

En elektrometer kan också användas , i enklaste fall bestående av en metallstav och en pil som kan rotera runt en horisontell axel. När en elektriskt laddad kropp kommer i kontakt med elektrometerstaven fördelas de elektriska laddningsbärarna längs staven och nålen, och de frånstötande krafterna som verkar mellan bärarna av samma elektriska laddningar på staven och nålen får den att vända. För att mäta små elektriska laddningar används känsligare elektroniska elektrometrar.

Se även

• Laddning (fysik)
• Punkt elektrisk laddning
• elementär elektrisk laddning
• laddningstäthet
• Elektronladdning

Anteckningar

1. ↑ Eller, mer exakt, 1.602176487(40)⋅10 −19 C.
2. ↑ Eller, mer exakt, 4,803250(21)⋅10 −10 CGSE-enheter.
3. ↑ Den vanliga instabiliteten för en positron, associerad med förintelsen av ett elektron-positron-par, beaktas inte här
4. ↑ Men detta är långt ifrån det enda sättet att elektrifiera kroppar. Elektriska laddningar kan till exempel uppstå under inverkan av ljus
5. ↑ Sivukhin D.V. Allmän kurs i fysik. — M .: Fizmatlit ; MIPT Publishing House , 2004. - Volym III. Elektricitet. - S. 16. - 656 sid. — ISBN 5-9221-0227-3 .
6. ↑ Ett elektriskt slutet system är ett system där elektriskt laddade partiklar inte kan tränga igenom dess gränsyta (ett system som inte utbyter laddningar med yttre kroppar).

Litteratur

• M. Yu. Khlopov. Charge // Physical Encyclopedia  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Soviet Encyclopedia (vol. 1-2); Great Russian Encyclopedia (bd 3-5), 1988-1999. — ISBN 5-85270-034-7 .

Länkar

• Roller, Duane; Roller, DHD (1953). "Elektrikvetenskapens prenatala historia" . American Journal of Physics . 21 (5) : 351. Bibcode : 1953AmJPh..21..343R . DOI : 10.1119/1.1933449 .
• Roller, Duane; Roller, DHD (1953). "Elektrikvetenskapens prenatala historia" . American Journal of Physics . 21 (5): 356. Bibcode : 1953AmJPh..21..343R . DOI : 10.1119/1.1933449 .

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor norsk Great Soviet (1 upplaga) Britannica (online)
I bibliografiska kataloger	GND : 4151721-0