- Īpašības
- Elektriskā lādiņa vienības
- Kulona likums par maksu par punktiem
- Kulona likuma piemērošana
- Smagums un elektrība
- Atsauces
Maksas punkts kontekstā elektromagnētisma, ir tas, ka elektriskā lādiņa šādu mazo izmēru, ka to var uzskatīt par punktu. Piemēram, elementārdaļiņas, kurām ir elektriskais lādiņš, protons un elektrons, ir tik mazas, ka to izmērus daudzās lietojumprogrammās var izlaist. Uzskatot, ka lādiņš ir orientēts uz punktu, ir daudz vieglāk aprēķināt tā mijiedarbību un izprast matērijas elektriskās īpašības.
Elementārās daļiņas nav vienīgās, kuras var būt punktveida lādiņi. Tās var būt arī jonizētas molekulas, lādētas sfēras, kuras Čārlzs A. Kulons (1736-1806) izmantoja savos eksperimentos, un pat pati Zeme. Visus var uzskatīt par punktveida lādiņiem, ja vien mēs tos redzam no attāluma, kas ir daudz lielāks par objekta lielumu.
1. attēls. Vienas un tās pašas zīmes punktveida lādiņi atgrūž viens otru, bet pretējās zīmes lādiņi piesaista. Avots: Wikimedia Commons.
Tā kā visi ķermeņi ir izgatavoti no elementārdaļiņām, elektriskais lādiņš, tāpat kā masa, ir neatņemama vielas īpašība. Jums nevar būt elektronu bez masas un arī bez maksas.
Īpašības
Cik mēs šodien zinām, pastāv divu veidu elektriskā lādiņa: pozitīvā un negatīvā. Elektroniem ir negatīva lādiņa, bet protoniem - pozitīva lādiņa.
Tās pašas zīmes maksa atgrūž, bet pretējās zīmes maksa piesaista. Tas ir spēkā jebkura veida elektriskajam lādiņam - gan precīzam, gan sadalītam pa izmērāmu objektu.
Turklāt rūpīgos eksperimentos tika noskaidrots, ka protona un elektronu lādiņiem ir tieši tāds pats lielums.
Vēl viens ļoti svarīgs apsvērums ir tas, ka elektriskais lādiņš ir kvantēts. Līdz šim nav atrasti izolēti elektriskie lādiņi, kas būtu mazāki par elektronu lādiņiem. Viņi visi ir šī daudzkārtņi.
Visbeidzot, tiek saglabāta elektriskā lādiņa. Citiem vārdiem sakot, elektriskais lādiņš netiek ne radīts, ne iznīcināts, bet to var pārnest no viena objekta uz otru. Tādā veidā, ja sistēma ir izolēta, kopējā slodze paliek nemainīga.
Elektriskā lādiņa vienības
Elektriskās lādēšanas vienība Starptautiskajā vienību sistēmā (SI) ir Kulons, saīsināts ar C kapitālu par godu Šarlam A. Kulonam (1736-1806), kurš atklāja likumu, kas ir viņa vārds, un apraksta mijiedarbību starp diviem punktiem. Par to mēs runāsim vēlāk.
Elektrona elektriskā lādiņa, kas ir mazākais iespējamais, ko var izolēt dabā, lielums ir:
Kulons ir diezgan liela vienība, tāpēc bieži tiek izmantoti submulti:
Un, kā mēs minēts iepriekš, tad pazīme e - ir negatīvs. Protona lādiņam ir tieši tāds pats lielums, bet ar pozitīvu zīmi.
Zīmes ir vispārpieņemts jautājums, tas ir, ir divu veidu elektrība, un tie ir jānošķir, tāpēc vienam tiek piešķirta zīme (-), bet otrai - (+). Benjamiņš Franklins izdarīja šo apzīmējumu, kā arī izteicās par maksas saglabāšanas principu.
Līdz Franklina laikam atoma iekšējā struktūra vēl nebija zināma, taču Franklins bija novērojis, ka ar zīdu noberzts stikla stienis kļūst elektriski uzlādēts, saucot šāda veida elektrību par pozitīvu.
Jebkuram objektam, kuru piesaistīja minētā elektrība, bija negatīva zīme. Pēc elektrona atklāšanas tika novērots, ka uzlādētais stikla stienis viņus pievilina, un šādi elektronu lādiņš kļuva negatīvs.
Kulona likums par maksu par punktiem
18. gadsimta beigās Kulons, Francijas armijas inženieris, ilgu laiku pavadīja, pētot materiālu īpašības, spēkus, kas iedarbojās uz sijām, un berzes spēku.
Bet viņu vislabāk atceras likumi, kas nes viņa vārdu un kas apraksta divu punktu elektrisko lādiņu mijiedarbību.
Ļaujiet būt diviem elektriskiem lādiņiem q 1 un q 2 . Kulons noteica, ka spēks starp tiem, vai nu pievilcība vai atgrūšana, ir tieši proporcionāls abu lādiņu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma starp tiem kvadrātam.
Matemātiski:
Šajā vienādojumā F apzīmē spēka lielumu un r ir attālums starp lādiņiem. Vienlīdzībai nepieciešama proporcionalitātes konstante, ko sauc par elektrostatisko konstanti un ko apzīmē ar k e .
Tādējādi:
Turklāt Kulons atklāja, ka spēks tika virzīts pa līniju, kas savieno lādiņus. Tātad, ja r ir vienības vektors gar minēto līniju, tad Kulona likums kā vektors ir:
Kulona likuma piemērošana
Kulons eksperimentiem izmantoja ierīci, ko sauc par vērpes līdzsvaru. Caur to bija iespējams noteikt elektrostatiskās konstantes vērtību:
Tālāk mēs redzēsim lietojumprogrammu. Trīs punktu slodzes veikti q A , q B q C , kas atrodas parādīts 2. aprēķināt neto spēku uz q pozīcijām B .
2. attēls. Negatīvā lādiņa spēks tiek aprēķināts, izmantojot Kulona likumu. Avots: F. Zapata.
Lādiņš q A piesaista lādiņu q B , jo tiem ir pretējas zīmes. To pašu var teikt par q C . Izolētā ķermeņa diagramma ir parādīta 2. attēlā labajā pusē, kurā tiek novērots, ka abi spēki ir vērsti pa vertikālo asi vai y asi, un tiem ir pretēji virzieni.
Tīkla uzlādes spēks q B ir:
F R = F AB + F CB (superpozīcijas princips)
Atliek tikai aizstāt skaitliskās vērtības, rūpējoties par visu vienību ierakstīšanu Starptautiskajā sistēmā (SI).
F AB = 9,0 x 10 9 x 1 x 10 -9 x 2 x 10 -9 / (2 x 10 -2 ) 2 N (+ y) = 0,000045 (+ y) N
F CB = 9,0 x 10 9 x 2 x 10 -9 x 2 x 10 -9 / (1 x 10 -2 ) 2 N (- y ) = 0,00036 (- y ) N
F R = F AB + F CB = 0,000045 (+ y) + 0,00036 (- y ) N = 0,000315 (- y) N
Smagums un elektrība
Šiem diviem spēkiem ir vienāda matemātiskā forma. Protams, tie atšķiras pēc proporcionalitātes konstantes vērtības un tajā, ka gravitācija darbojas ar masām, bet elektrība darbojas ar lādiņiem.
Bet svarīgi ir tas, ka abi ir atkarīgi no attāluma kvadrāta apgrieztā lieluma.
Pastāv unikāls masas tips, un to uzskata par pozitīvu, tāpēc gravitācijas spēks vienmēr ir pievilcīgs, savukārt lādiņi var būt pozitīvi vai negatīvi. Šī iemesla dēļ elektriskie spēki atkarībā no gadījuma var būt pievilcīgi vai atbaidoši.
Un mums ir šī detaļa, kas iegūta no iepriekšminētā: visiem brīvā kritiena objektiem ir vienāds paātrinājums, ja vien tie atrodas tuvu Zemes virsmai.
Bet, ja, piemēram, mēs izlaižam protonu un elektronu pie lādētas plaknes, elektronam būs daudz lielāks paātrinājums nekā protonam. Turklāt paātrinājumiem būs pretēji virzieni.
Visbeidzot, elektriskais lādiņš tiek kvantēts, tāpat kā teica. Tas nozīmē, ka mēs varam atrast lādiņus, kas ir 2,3 vai 4 reizes lielāki par elektroniem vai protoniem, bet nekad nav 1,5 reizes lielāki par šo lādiņu. Masas, no otras puses, nav kaut kādas vienas masas reizinājumi.
Subatomisko daļiņu pasaulē elektriskais spēks pēc lieluma pārsniedz gravitācijas spēku. Tomēr makroskopiskos svaros dominē gravitācijas spēks. Kur? Planētu, Saules sistēmas, galaktikas un daudz ko citu.
Atsauces
- Figueroa, D. (2005). Sērija: Fizika zinātnei un inženierijai. 5. sējums. Elektrostatika. Rediģēja Douglas Figueroa (USB).
- Giancoli, D. 2006. Fizika: principi un pielietojumi. 6. Eds Prentice Hall.
- Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: skats uz pasauli. 6. saīsināts izdevums. Cengage mācīšanās.
- Knight, R. 2017. Fizika zinātniekiem un inženierija: stratēģijas pieeja. Pīrsons.
- Sīrs, Zemanskis. 2016. Universitātes fizika ar moderno fiziku. 14. Red. V 2.