Sähkövarauksen omaavien alkuainehiukkasten ominaisuudet

Hankaamalla kahta eri kappaletta yhteen sekä induktiolla kappaleille voidaan antaa erityisiä ominaisuuksia — sähköisiä.

Sähkövaraukset ja varautuneet hiukkaset

Oppiminen sähköistetyt elimet osoitti, että niiden sähköiset ominaisuudet selittyvät sillä, että hiukkasilla, joista kaikki aineet koostuvat, on erityinen fyysinen ominaisuus, jota kutsutaan sähkövaraukseksi.

Sähkövaraus kuvaa hiukkasten suhdetta omaan sähkömagneettiseen kenttään ja niiden vuorovaikutusta ulkoisen sähkömagneettisen kentän kanssa. Varaus on yksi monien alkuainehiukkasten erottavista ominaisuuksista. Sähkövarauksia on kahdenlaisia: positiivinen ja negatiivinen.

Kuten tiedät, kaikki luonnon kappaleet koostuvat erillisistä hiukkasista. Näitä hiukkasia kutsutaan alkeishiukkasiksi. Jokaisella alkuainehiukkasella on omat ominaisuutensa, jotka eroavat muiden hiukkasten ominaisuuksista. Näitä ominaisuuksia ovat: lepomassa, sähkövaraus, spin, magneettinen momentti, elinikä jne.

Alkuainehiukkaset ovat osa aineen atomeja ja molekyylejä, mutta ne voivat olla myös vapaassa tilassa. Näitä ovat esimerkiksi elektronit, jotka muodostavat "elektronikaasun" metallilangoissa, katodivirtojen elektroneja tyhjiöputkissa jne.

Alkuainehiukkaset, joilla on erimerkkiset sähkövaraukset, vetävät puoleensa ja samanmerkkiset varaukset hylkivät toisiaan. Kun hiukkaset liikkuvat niiden ympärillä, havaitaan magneettikenttä.

Aineen tärkeimmät varauksen kantajat eli hiukkaset, joilla on sähköisiä ominaisuuksia, ovat negatiivisesti varautuneet elektronit ja positiivisesti varautuneet protonit. Ne ovat osa kaikkien aineiden atomeja, koska ne ovat niiden päärakenneosia.

Kaikkien sähköilmiöiden kokonaisuuden määräävät atomit ja niiden kentät muodostavien hiukkasten varaukset. Tarkastellaan tässä yhteydessä atomien sisäistä rakennetta siltä osin kuin on tarpeellista ymmärtää sähkötekniikassa käsiteltäviä ilmiöitä.

Kemiallisten alkuaineiden atomien rakenne: Atomien rakenne - aineen alkuainehiukkaset, elektronit, protonit, neutronit

Kappaleiden sähköiset ominaisuudet

Kiinteillä aineilla on yleensä kiderakenne: niiden atomit ovat avaruudessa tiukassa järjestyksessä tietyllä etäisyydellä toisistaan ​​muodostaen ns. spatiaalisen tai kidehilan. Hilakohdat sisältävät positiivisia ioneja.

Suhteellisen pienistä etäisyyksistä johtuen viereiset atomit vaikuttavat tietyn atomin valenssikuoren elektroneihin, minkä vuoksi valenssielektronit osallistuvat suoraan kunkin atomin elektroninvaihtoon ympäröivien naapuriatomien kanssa.Tämä johtaa siihen, että energiatasot on jaettu useisiin lähekkäin oleviin tasoihin, jotka muodostavat jatkuvien elektronien energiatilojen vyöhykkeitä.

Kappaleiden sähköiset ominaisuudet määräytyvät näiden vyöhykkeiden rakenteen ja vyöhykkeet täyttävien elektronien lukumäärän perusteella poissulkemisperiaatteen mukaisesti. Metalleissa, joihin kuuluu esimerkiksi kupari, valenssinauha on puoliksi täytetty elektroneilla, kun taas kaikki alemmat energiakaistat ovat täysin täytettyinä.

Osittain täytetty vyöhyke on tyypillistä kaikille metalleille.Eristetyn atomin valenssielektronin virittämiseksi korkeammalle tasolle tarvitaan tiettyjä erillisiä energian osia.

Metalleissa johtavuusnauha on osittain täytetty. Siksi siinä olevat elektronit miehittävät helposti vapaita tiloja, ja käytännössä mikä tahansa pieni energiamäärä riittää nostamaan elektronin korkeammalle vapaalle tasolle ja luomaan sähköä.

Koska metallien johtavuus johtuu elektronien liikkuvuudesta, sitä kutsutaan elektroninen johtavuus… Elektrolyyttien johtavuuden määrää helposti liikkuvien positiivisten ja negatiivisten ionien läsnäolo liuoksissa, joissa osa liuenneista molekyyleistä hajoaa. Tätä johtavuutta kutsutaan ionijohtavuus.

Merkittävä ioninjohtavuus on ominaista joillekin suoloille sulassa tilassa ja kaasut ionisoituneessa tilassa... Kaasut ionisoituvat korkean lämpötilan, korkean jännitteen jne. vaikutuksesta. Kaasua, jossa on suuri vapaita elektroneja ja molekyylejä ionisoituneessa tilassa, kutsutaan ns. plasma.

Katso myös: Metallit ja eristeet - mitä eroa on?

Coulombin laki

Coulombin laki (1785) loi ensimmäisenä kvantitatiivisen suhteen sähkövarausten arvojen ja niiden vuorovaikutuksen välille. Tällä lailla on ollut ja on edelleen tärkeä rooli sähköstaattisen kentän varausyksikön ja voiman ominaisuuksien määrittämisessä. Katso lisätietoja täältä:Coulombin laki ja sen soveltaminen sähkötekniikassa