Càrrega elèctrica i les seves propietats
Els processos físics que tenen lloc a la natura no sempre s'expliquen per l'acció de les lleis de la teoria cinètica molecular, la mecànica o la termodinàmica. També hi ha forces electromagnètiques que actuen a distància i no depenen del pes corporal.
Les seves manifestacions es van descriure per primera vegada en els treballs d'antics científics de Grècia, quan van atreure petites partícules lleugeres de substàncies individuals amb ambre, fregats contra la llana.
Aportació històrica dels científics al desenvolupament de l'electrodinàmica
Els experiments amb l'ambre van ser estudiats amb detall per l'investigador anglès William Hilbert... En els darrers anys del segle XVI va fer un relat de la seva obra i va definir objectes capaços d'atreure altres cossos des de la distància amb el terme "electrificat".
El físic francès Charles Dufay va establir l'existència de càrregues amb signes oposats: algunes es formaven fregant objectes de vidre sobre teixit de seda, i altres - resines sobre llana. Així els anomenava: vidre i resina. Després de completar la investigació, Benjamin Franklin va introduir el concepte de càrregues negatives i positives.
Charles Visulka s'adona de la possibilitat de mesurar la força de les càrregues dissenyant una balança de torsió de la seva pròpia invenció.
Robert Milliken, a partir d'una sèrie d'experiments, va establir la naturalesa discreta de les càrregues elèctriques de qualsevol substància, demostrant que consten d'un cert nombre de partícules elementals. (No s'ha de confondre amb un altre concepte d'aquest terme: fragmentació, discontinuïtat).
Els treballs d'aquests científics van servir com a base del coneixement modern dels processos i fenòmens que ocorren en els camps elèctrics i magnètics creats per les càrregues elèctriques i el seu moviment, estudiats per l'electrodinàmica.
Determinació de tarifes i principis de la seva interacció
La càrrega elèctrica caracteritza les propietats de les substàncies que els proporcionen la capacitat de crear camps elèctrics i interactuar en processos electromagnètics. També s'anomena quantitat d'electricitat i es defineix com una quantitat escalar física. Els símbols "q" o "Q" s'utilitzen per indicar la càrrega, i la unitat "Pendent" s'utilitza en les mesures, que porta el nom del científic francès que va desenvolupar una tècnica única.
Va crear un dispositiu, el cos del qual utilitzava boles suspeses sobre un fil prim de quars. Estaven orientats en l'espai d'una determinada manera i la seva posició es registrava en una escala graduada amb divisions iguals.
A través d'un forat especial a la tapa, es va portar una altra bola amb una càrrega addicional a aquestes boles. Les forces d'interacció resultants van forçar les boles a desviar-se, a girar el seu swing. La diferència en les lectures d'escala abans i després de la càrrega va permetre estimar la quantitat d'electricitat a les mostres de prova.
Una càrrega d'1 coulomb es caracteritza en el sistema SI per un corrent d'1 ampere que travessa la secció transversal d'un cable en un temps igual a 1 segon.
L'electrodinàmica moderna divideix totes les càrregues elèctriques en:
-
positiu;
-
negatiu.
Quan interactuen entre ells, desenvolupen forces la direcció de les quals depèn de la polaritat existent.
Les càrregues del mateix tipus, positives o negatives, sempre es repel·len en sentit contrari, tendeixen a allunyar-se les unes de les altres al màxim, i per a càrregues de signe oposat hi ha forces que tendeixen a unir-les i a unir-les en un sol. .
Principi de superposició
Quan hi ha diverses càrregues en un volum determinat, el principi de superposició els funciona.
El seu significat és que cada càrrega d'una determinada manera, segons el mètode comentat anteriorment, interactua amb totes les altres, sent atreta pels contraris i repel·lida per altres semblants. Per exemple, la càrrega positiva q1 es veu afectada per la força d'atracció F31 a la càrrega negativa q3 i la força repulsiva F21 de q2.
La força resultant F1 que actua sobre q1 ve determinada per la suma geomètrica dels vectors F31 i F21. (F1 = F31 + F21).
El mateix mètode s'utilitza per determinar les forces resultants F2 i F3 sobre les càrregues q2 i q3, respectivament.
Utilitzant el principi de superposició, es va concloure que, per a un cert nombre de càrregues en un sistema tancat, actuen forces electrostàtiques constants entre tots els seus cossos, i el potencial en qualsevol punt concret d'aquest espai és igual a la suma dels potencials de tots. càrrecs per separat.
El funcionament d'aquestes lleis es confirma amb els dispositius creats electroscopi i electròmetre, que tenen un principi de funcionament comú.
Un electroscopi consisteix en dues làmines fines idèntiques de làmines suspeses en un espai aïllat sobre un fil conductor unit a una bola metàl·lica. En un estat normal, les càrregues no actuen sobre aquesta bola, per tant els pètals pengen lliurement a l'espai interior de la bombeta del dispositiu.
Com es pot transferir la càrrega entre cossos
Si porteu un cos carregat, com una vareta, a la bola de l'electroscopi, aleshores la càrrega passarà a través de la bola al llarg d'un fil conductor fins als pètals. Rebran la mateixa càrrega i començaran a allunyar-se els uns dels altres en un angle proporcional a la quantitat d'electricitat aplicada.
L'electròmetre té la mateixa estructura bàsica, però hi ha petites diferències: un pètal es fixa immòbil i el segon s'allunya d'ell i està equipat amb una fletxa que permet llegir l'escala graduada.
Els portadors intermedis es poden utilitzar per transferir càrrega d'un cos llunyà estacionari i carregat a un electròmetre.
Les mesures realitzades per un electròmetre no tenen una classe alta de precisió i, a partir d'elles, és difícil analitzar les forces que actuen entre càrregues. El balanç de torsió de Coulomb és més adequat per al seu estudi. Feien servir boles amb diàmetres molt més petits que la seva distància entre si. Tenen les propietats de càrregues puntuals: cossos carregats les dimensions dels quals no afecten la precisió del dispositiu.
Les mesures realitzades per Coulomb van confirmar la seva suposició que una càrrega puntual es transfereix d'un cos carregat al mateix en propietats i massa, però sense càrrega de tal manera que es distribueix uniformement entre ells, disminuint en un factor 2 a la font.D'aquesta manera, es va poder reduir l'import de la quota en dues, tres i altres vegades.
Les forces que existeixen entre càrregues elèctriques estacionàries s'anomenen interaccions coulombiques o estàtiques. S'estudien per l'electroestàtica, que és una de les branques de l'electrodinàmica.
Tipus de portadors de càrrega elèctrica
La ciència moderna considera l'electró de partícula de càrrega negativa més petita, i positivament — positró... Tenen la mateixa massa 9,1 × 10-31 quilograms. El protó de la partícula només té una càrrega positiva i una massa d'1,7 × 10-27 quilograms. A la natura, el nombre de càrregues positives i negatives està equilibrat.
En els metalls es crea el moviment dels electrons electricitat, i en els semiconductors els seus portadors de càrrega són electrons i forats.
En els gasos, el corrent es forma pel moviment d'ions, partícules no elementals carregades (àtoms o molècules) amb càrregues positives, anomenades cations o anions negatius.
Els ions es formen a partir de partícules neutres.
Es crea una càrrega positiva en una partícula que ha perdut un electró sota la influència d'una potent descàrrega elèctrica, radiació lluminosa o radioactiva, flux de vent, moviment de masses d'aigua o una sèrie d'altres motius.
Els ions negatius es formen a partir de partícules neutres que, a més, han rebut un electró.
L'ús de la ionització amb finalitats mèdiques i la vida quotidiana
Els investigadors han observat durant molt de temps la capacitat dels ions negatius per afectar el cos humà, millorar el consum d'oxigen a l'aire, lliurar-lo més ràpidament als teixits i cèl·lules i accelerar l'oxidació de la serotonina.Tot això en el complex augmenta significativament la immunitat, millora l'estat d'ànim, alleuja el dolor.
El primer ionitzador utilitzat per tractar les persones es va anomenar canelobres Chizhevsky, en honor al científic soviètic que va crear un dispositiu que té un efecte beneficiós sobre la salut humana.
En els electrodomèstics moderns per treballar en un entorn domèstic, podeu trobar ionitzadors integrats en aspiradores, humidificadors d'aire, assecadors de cabells, assecadors de cabells...
Els ionitzadors d'aire especials purifiquen la seva composició, redueixen la quantitat de pols i impureses nocives.
Els ionitzadors d'aigua són capaços de reduir la quantitat de reactius químics en la seva composició. S'utilitzen per netejar piscines i llacs, saturant l'aigua amb ions de coure o plata que redueixen el creixement d'algues, destrueixen virus i bacteris.
Termes i definicions útils
Què és la càrrega elèctrica de volum
Es tracta d'una càrrega elèctrica distribuïda per tot el volum.
Què és la càrrega elèctrica superficial
És una càrrega elèctrica que es considera distribuïda per la superfície.
Què és una càrrega elèctrica lineal
És una càrrega elèctrica que es considera distribuïda al llarg d'una línia.
Quina és la densitat de volum de la càrrega elèctrica
És una magnitud escalar que caracteritza la distribució de la càrrega elèctrica de volum, igual al límit de la relació entre la càrrega de volum i l'element de volum en què es distribueix quan aquest element de volum tendeix a zero.
Quina és la densitat de càrrega elèctrica superficial
És una magnitud escalar que caracteritza la distribució de la càrrega elèctrica superficial, igual al límit de la relació entre la càrrega elèctrica superficial i l'element superficial sobre el qual es distribueix quan aquest element superficial tendeix a zero.
Què és la densitat de càrrega elèctrica lineal
És una magnitud escalar que caracteritza la distribució d'una càrrega elèctrica lineal, igual al límit de la relació d'una càrrega elèctrica lineal a un element de la longitud de la línia al llarg de la qual es distribueix aquesta càrrega quan aquest element de longitud tendeix a zero. .
Què és un dipol elèctric
És un conjunt de dues càrregues elèctriques puntuals d'igual magnitud i de signe oposat i situades a una distància molt petita entre elles en comparació amb la distància d'elles als punts d'observació.
Quin és el moment elèctric d'un dipol elèctric
És una magnitud vectorial igual al producte del valor absolut d'una de les càrregues del dipol per la distància entre elles i dirigida de la càrrega negativa a la positiva.
Quin és el moment elèctric del cos
És una magnitud vectorial igual a la suma geomètrica dels moments elèctrics de tots els dipols que formen el cos considerat. "El moment elèctric d'un volum determinat de matèria" es defineix de manera similar.