Sähkövaraus ja sen ominaisuudet

Luonnossa tapahtuvia fysikaalisia prosesseja ei aina selitetä molekyylikineettisen teorian, mekaniikan tai termodynamiikan lakien vaikutuksella. On myös sähkömagneettisia voimia, jotka vaikuttavat etäisyyden päässä eivätkä ole riippuvaisia ​​kehon painosta.

Niiden ilmenemismuotoja kuvattiin ensimmäisen kerran muinaisten kreikkalaisten tiedemiesten teoksissa, kun ne houkuttelivat kevyitä, yksittäisten aineiden pieniä hiukkasia meripihkalla, hieroen villaa vasten.

Tiedemiesten historiallinen panos sähködynamiikan kehitykseen

Englantilainen tutkija William Hilbert tutki meripihkan kokeita yksityiskohtaisesti... 1500-luvun viimeisinä vuosina hän teki selostuksen työstään ja määritteli esineitä, jotka pystyvät houkuttelemaan muita kappaleita kaukaa käsitteellä "sähköistetty".

Ranskalainen fyysikko Charles Dufay totesi päinvastaisten varausten olemassaolon: jotkut muodostettiin hieromalla lasiesineitä silkkikankaalle ja toiset - hartseja villalle. Näin hän kutsui niitä: lasi ja hartsi. Tutkimuksen päätyttyä Benjamin Franklin esitteli negatiivisten ja positiivisten varausten käsitteen.

Charles Visulka toteuttaa varausten voimakkuuden mittaamisen mahdollisuuden suunnittelemalla oman keksintönsä vääntötasapainon.

Robert Milliken perusti kokeiden sarjaan perustuen minkä tahansa aineen sähkövarausten diskreetin luonteen ja osoitti, että ne koostuvat tietystä määrästä alkuainehiukkasia. (Ei pidä sekoittaa tämän termin toiseen käsitteeseen - pirstoutuminen, epäjatkuvuus.)

Näiden tiedemiesten työt toimivat perustana nykyaikaiselle tiedolle sähkövarausten synnyttämissä sähkö- ja magneettikentissä tapahtuvista prosesseista ja ilmiöistä sekä niiden liikkeistä, joita on tutkittu sähködynamiikan avulla.

Palkkioiden määrittäminen ja niiden vuorovaikutuksen periaatteet

Sähkövaraus luonnehtii aineiden ominaisuuksia, jotka antavat niille mahdollisuuden luoda sähkökenttiä ja olla vuorovaikutuksessa sähkömagneettisissa prosesseissa. Sitä kutsutaan myös sähkön määräksi ja se määritellään fysikaaliseksi skalaarisuureksi. Symboleja "q" tai "Q" käytetään ilmaisemaan varaus, ja mittauksissa käytetään yksikköä "Pendant", joka on nimetty ainutlaatuisen tekniikan kehittäneen ranskalaisen tiedemiehen mukaan.

Hän loi laitteen, jonka rungossa käytettiin ohuelle kvartsilangalle ripustettuja palloja. Ne suunnattiin avaruudessa tietyllä tavalla ja niiden sijainti mitattiin asteikolla tasaisin jaotteluin.

Kannessa olevan erityisen reiän kautta näihin palloihin tuotiin toinen pallo lisälatauksella. Syntyneet vuorovaikutusvoimat pakottivat pallot taipumaan, pyörittämään keinuaan. Asteikon lukemien ero ennen latausta ja sen jälkeen mahdollisti sähkömäärän arvioinnin testinäytteissä.

1 kulon varaukselle on SI-järjestelmässä tunnusomaista 1 ampeerin virta, joka kulkee johtimen poikkileikkauksen läpi 1 sekunnissa.

Nykyaikainen sähködynamiikka jakaa kaikki sähkövaraukset:

• positiivinen;

• negatiivinen.

Kun ne ovat vuorovaikutuksessa keskenään, ne kehittävät voimia, joiden suunta riippuu olemassa olevasta polariteetista.

Samantyyppiset varaukset, positiiviset tai negatiiviset, hylkivät aina vastakkaisiin suuntiin, pyrkien liikkumaan mahdollisimman kauas toisistaan.Ja vastakkaisten merkkien varauksissa on voimia, jotka pyrkivät tuomaan ne yhteen ja yhdistämään ne yhdeksi. .

Superposition periaate

Kun tietyssä tilavuudessa on useita varauksia, superpositioperiaate toimii niille.

Sen merkitys on, että jokainen varaus tietyllä tavalla, edellä käsitellyn menetelmän mukaisesti, on vuorovaikutuksessa kaikkien muiden kanssa, vastakohtien houkuttelemana ja samanlaisten hylkimänä. Esimerkiksi positiiviseen varaukseen q1 vaikuttavat vetovoima F31 negatiiviseen varaukseen q3 ja repulsiovoima F21 q2:sta.

Tuloksena oleva voima F1, joka vaikuttaa q1:een, määräytyy vektorien F31 ja F21 geometrisella summauksella. (F1 = F31 + F21).

Samalla menetelmällä määritetään varauksiin q2 ja q3 aiheutuvat voimat F2 ja F3.

Superpositioperiaatteen avulla pääteltiin, että tietyllä määrällä varauksia suljetussa järjestelmässä sen kaikkien kappaleiden välillä vaikuttavat vakiot sähköstaattiset voimat, ja potentiaali missä tahansa tämän tilan pisteessä on yhtä suuri kuin kaikkien niiden potentiaalien summa. erikseen veloitettavia maksuja.

Näiden lakien toiminnan vahvistavat luodut laitteet elektroskooppi ja elektrometri, joilla on yhteinen toimintaperiaate.

Elektroskooppi koostuu kahdesta identtisestä ohuesta kalvolevystä, jotka on ripustettu eristettyyn tilaan metallipalloon kiinnitetylle johtavalle langalle. Normaalitilassa varaukset eivät vaikuta tähän palloon, joten terälehdet roikkuvat vapaasti laitteen polttimon sisällä olevassa tilassa.

Kuinka varaus voidaan siirtää kehon välillä

Jos tuot sähköskoopin palloon varautuneen kappaleen, kuten sauvan, varaus kulkee pallon läpi johtavaa lankaa pitkin terälehtiin. Ne saavat saman latauksen ja alkavat siirtyä poispäin toisistaan ​​kulmassa, joka on verrannollinen käytetyn sähkön määrään.

Elektrometrillä on sama perusrakenne, mutta pieniä eroja on: yksi terälehti on kiinnitetty liikkumattomana, toinen siirtyy pois siitä ja on varustettu nuolella, jonka avulla voit lukea asteikon.

Välikantoaaltoja voidaan käyttää siirtämään varaus kaukaisesta paikallaan olevasta ja varautuneesta kappaleesta elektrometriin.

Elektrometrillä tehdyillä mittauksilla ei ole korkeaa tarkkuusluokkaa, ja niiden perusteella on vaikea analysoida varausten välillä vaikuttavia voimia. Coulombin vääntötasapaino sopii paremmin heidän tutkimukseen. He käyttivät palloja, joiden halkaisija oli paljon pienempi kuin niiden etäisyys toisistaan. Niillä on pistevarausten ominaisuuksia — varautuneita kappaleita, joiden mitat eivät vaikuta laitteen tarkkuuteen.

Coulombin tekemät mittaukset vahvistivat hänen oletuksensa, että pistevaraus siirtyy varautuneesta kappaleesta ominaisuuksiltaan ja massaltaan samaan, mutta varautumattomana siten, että se jakautuu tasaisesti niiden välillä, lähteessä kertoimella 2.Näin maksun suuruutta oli mahdollista pienentää kahdella, kolmella ja muullakin kertaisella.

Kiinteästi pysyvien sähkövarausten välillä esiintyviä voimia kutsutaan kulomiksi tai staattisiksi vuorovaikutuksiksi. Niitä tutkii sähköstatiikka, joka on yksi sähködynamiikan haaroista.

Sähkövarauksen kantajien tyypit

Nykyaikainen tiede pitää pienintä negatiivisesti varautunutta hiukkaselektronia ja positiivisesti positronia... Niillä on sama massa 9,1 × 10-31 kilogrammaa. Hiukkasen protonilla on vain yksi positiivinen varaus ja massa 1,7 × 10-27 kilogrammaa. Luonnossa positiivisten ja negatiivisten varausten määrä on tasapainossa.

Metalleissa syntyy elektronien liikettä sähköä, ja puolijohteissa sen varauksen kantajia ovat elektronit ja aukot.

Kaasuissa virta muodostuu ionien - varautuneiden ei-alkuainehiukkasten (atomien tai molekyylien) liikkeestä, joilla on positiivinen varaus, joita kutsutaan kationeiksi tai negatiivisiksi - anioneiksi.

Ionit muodostuvat neutraaleista hiukkasista.

Positiivinen varaus syntyy hiukkaseen, joka on menettänyt elektronin voimakkaan sähköpurkauksen, valon tai radioaktiivisen säteilyn, tuulen virtauksen, vesimassojen liikkeen tai useiden muiden syiden vaikutuksesta.

Negatiiviset ionit muodostuvat neutraaleista hiukkasista, jotka ovat lisäksi vastaanottaneet elektronin.

Ionisoinnin käyttö lääketieteellisiin tarkoituksiin ja jokapäiväiseen elämään

Tutkijat ovat jo pitkään havainneet negatiivisten ionien kyvyn vaikuttaa ihmiskehoon, parantaa ilman hapen kulutusta, kuljettaa sitä nopeammin kudoksiin ja soluihin ja nopeuttaa serotoniinin hapettumista.Kaikki tämä kompleksissa lisää merkittävästi immuniteettia, parantaa mielialaa, lievittää kipua.

Ensimmäinen ihmisten hoitoon käytetty ionisaattori nimettiin Chizhevsky-kattokruunuiksi Neuvostoliiton tiedemiehen kunniaksi, joka loi laitteen, jolla on myönteinen vaikutus ihmisten terveyteen.

Nykyaikaisissa kodin ympäristössä työskentelevissä sähkölaitteissa on sisäänrakennettuja ionisaattoreita pölynimureista, ilmankostuttimista, hiustenkuivaajasta, hiustenkuivaajasta ...

Erityiset ilmanionisaattorit puhdistavat sen koostumuksen, vähentävät pölyn ja haitallisten epäpuhtauksien määrää.

Vesi-ionisaattorit pystyvät vähentämään kemiallisten reagenssien määrää koostumuksessaan. Niitä käytetään altaiden ja järvien puhdistamiseen, kyllästäen vettä kupari- tai hopea-ioneilla, jotka vähentävät levien kasvua, tuhoavat viruksia ja bakteereja.

Hyödyllisiä termejä ja määritelmiä

Mikä on volyymi sähkövaraus

Tämä on sähkövaraus, joka on jakautunut koko tilavuuteen.

Mikä on pintasähkövaraus

Se on sähkövaraus, jonka katsotaan jakautuneen pinnalle.

Mikä on lineaarinen sähkövaraus

Se on sähkövaraus, jonka katsotaan jakautuneen linjaa pitkin.

Mikä on sähkövarauksen tilavuustiheys

Se on skalaarisuure, joka kuvaa tilavuussähkövarauksen jakautumista ja joka on yhtä suuri kuin tilavuusvarauksen ja tilavuuselementin suhteen raja, jossa se jakautuu, kun tämä tilavuuselementti pyrkii nollaan.

Mikä on pinnan sähkövarauksen tiheys

Se on pintasähkövarauksen jakautumista kuvaava skalaarisuure, joka on yhtä suuri kuin pintasähkövarauksen ja pinta-elementin välisen suhteen raja, jonka yli se jakautuu, kun tämä pintaelementti pyrkii nollaan.

Mikä on lineaarinen sähkövarauksen tiheys

Se on skalaarisuure, joka kuvaa lineaarisen sähkövarauksen jakautumista, joka on yhtä suuri kuin lineaarisen sähkövarauksen ja sen linjan pituuden elementin välisen suhteen raja, jota pitkin tämä varaus jakautuu, kun tämä pituuselementti pyrkii nollaan .

Mikä on sähködipoli

Se on joukko kahdesta pisteestä koostuvaa sähkövarausta, jotka ovat yhtä suuret ja vastakkaiset etumerkillä ja sijaitsevat hyvin pienellä etäisyydellä toisistaan ​​verrattuna etäisyyteen niistä havaintopisteisiin.

Mikä on sähködipolin sähkömomentti

Se on vektorisuure, joka on yhtä suuri kuin dipolin yhden varauksen absoluuttisen arvon ja niiden välisen etäisyyden tulo ja joka on suunnattu negatiivisesta positiiviseen varaukseen.

Mikä on kehon sähkömomentti

Se on vektorisuure, joka on yhtä suuri kuin kaikkien tarkasteltavana olevan kappaleen muodostavien dipolien sähkömomenttien geometrinen summa. "Tietytyn aineen tilavuuden sähkömomentti" määritellään samalla tavalla.