Elektrisk ladning

Elektrisk ladning  ( mængde af elektricitet ) er en fysisk skalær størrelse , der bestemmer kroppens evne til at være en kilde til elektromagnetiske felter og deltage i elektromagnetisk interaktion .

Elektrisk ladning blev først indført i Coulombs lov i 1785 .

Enheden for elektrisk ladning i International System of Units (SI)  er vedhænget . Et vedhæng er lig med den elektriske ladning, der passerer gennem lederens tværsnit med en strøm på 1 A i en tid på 1 s . Hvis to legemer, som hver har en elektrisk ladning ( q 1 = q 2 = 1 C ), er placeret i vakuum i en afstand af 1 m , så interagerer de med en kraft på 9⋅10 9 H .

Historie

Selv i oldtiden var det kendt, at rav ( oldgræsk ἤλεκτρον  - elektron ), båret på uld, tiltrækker lette genstande. Og allerede i slutningen af ​​det 16. århundrede kaldte den engelske læge William Gilbert kroppe, der er i stand til at tiltrække lette genstande efter gnidning, elektrificerede .

I 1729 konstaterede Charles Du Fay , at der er to slags anklager. Den ene er dannet ved at gnide glas på silke, og den anden er harpiks på uld. Derfor kaldte Dufay anklagerne for henholdsvis "glas" og "harpiks". Begrebet positiv og negativ ladning blev introduceret af Benjamin Franklin .

I begyndelsen af ​​det 20. århundrede viste den amerikanske fysiker Robert Milliken eksperimentelt, at den elektriske ladning er diskret , det vil sige, at ladningen af ​​enhver krop er et integreret multiplum af den elementære elektriske ladning .

Elektrostatik

Elektrostatik er et afsnit af elektricitetslæren , hvor vekselvirkningerne og egenskaberne ved systemer af elektriske ladninger, der er ubevægelige i forhold til en valgt inerti- referenceramme , studeres .

Størrelsen af ​​den elektriske ladning (ellers kun en elektrisk ladning) kan antage både positive og negative værdier; det er en numerisk karakteristik af ladningsbærere og ladede legemer. Denne værdi bestemmes på en sådan måde, at kraftvekselvirkningen, der bæres af feltet mellem ladningerne, er direkte proportional med størrelsen af ​​ladningerne, partiklerne eller legemer, der interagerer med hinanden, og retningerne af de kræfter, der virker på dem fra det elektromagnetiske felt afhænge af anklagernes tegn.

Den elektriske ladning af ethvert system af legemer består af et helt antal elementære ladninger svarende til cirka 1,6⋅10 −19 C [1] i SI-systemet eller 4,8⋅10 −10 enheder. SGSE [2] . Elektriske ladningsbærere er elektrisk ladede elementarpartikler . Den mindste massestabile partikel i fri tilstand med en negativ elementær elektrisk ladning er en elektron (dens masse er 9,11⋅10 −31 kg ). Den mindst massestabile antipartikel i fri tilstand med positiv elementær ladning er positronen , som har samme masse som elektronen [3] . Der er også en stabil partikel med én positiv elementær ladning - en proton ( massen er 1,67⋅10 −27 kg ) og andre, mindre almindelige partikler. Der blev fremsat en hypotese (1964), at der også findes partikler med en mindre ladning (±⅓ og ±⅔ af den elementære ladning) - kvarker ; dog er de ikke udskilt i en fri tilstand (og kan tilsyneladende kun eksistere som en del af andre partikler - hadroner ), som et resultat, bærer enhver fri partikel kun et helt antal elementære ladninger.

Den elektriske ladning af enhver elementær partikel er en relativistisk invariant størrelse. Det afhænger ikke af referencesystemet, hvilket betyder, at det ikke afhænger af, om denne ladning bevæger sig eller er i hvile, den er iboende i denne partikel i hele dens levetid, derfor identificeres elementært ladede partikler ofte med deres elektriske afgifter. Generelt er der lige så mange negative ladninger i naturen, som der er positive. De elektriske ladninger af atomer og molekyler er lig med nul, og ladningerne af positive og negative ioner i hver celle i krystalgitteret af faste stoffer kompenseres.

Interaktion mellem afgifter

Det enkleste og mest dagligdags fænomen, hvor det faktum, at der findes bærere af elektriske ladninger i naturen , er elektrificeringen af ​​legemer ved kontakt [4] . Elektriske ladningsbæreres evne til både gensidig tiltrækning og gensidig frastødning forklares ved, at der findes to forskellige typer elektriske ladninger [5] . Den ene slags elektrisk ladning kaldes positiv, og den anden kaldes negativ. Modsat ladede kroppe tiltrækker hinanden, og tilsvarende ladede kroppe frastøder hinanden.

Når to elektrisk neutrale legemer kommer i kontakt, som et resultat af friktion, går ladninger fra en krop til en anden. I hver af dem er ligheden af ​​summen af ​​positive og negative ladninger krænket, og kroppene oplades forskelligt.

Når et legeme elektrificeres gennem påvirkning, forstyrres den ensartede ladningsfordeling i det. De omfordeles, så der i en del af kroppen er et overskud af positiv ladning, og i en anden - negativ. Hvis disse to dele er adskilt, vil de blive opkrævet forskelligt.

Loven om bevarelse af elektrisk ladning

Den samlede elektriske ladning i et lukket system [6] bevares i tid og kvantificeres - den ændres i dele, der er multipla af den elementære elektriske ladning , det vil sige, med andre ord, den algebraiske sum af de elektriske ladninger af legemer eller partikler, der danne et elektrisk isoleret system ændres ikke under nogen processer, der forekommer i dette system.

I det pågældende system kan nye elektrisk ladede partikler danne fx elektroner - på grund af fænomenet ionisering af atomer eller molekyler, ioner - på grund af fænomenet elektrolytisk dissociation osv. Men hvis systemet er elektrisk isoleret, så er den algebraiske sum af ladningerne af alle partikler, inklusive igen optræder i et sådant system altid bevaret.

Loven om bevarelse af elektrisk ladning  er en af ​​fysikkens grundlæggende love. Det blev først eksperimentelt bekræftet i 1843 af den engelske videnskabsmand Michael Faraday og betragtes i øjeblikket som en af ​​de grundlæggende bevarelseslove i fysik (svarende til lovene om bevarelse af momentum og energi ). Stadig mere følsomme eksperimentelle test af loven om bevarelse af ladning, som fortsætter den dag i dag, har endnu ikke afsløret afvigelser fra denne lov.

Gratis udbydere

Afhængigt af koncentrationen af ​​frie bærere af elektriske ladninger er kroppe opdelt i ledere , dielektriske og halvledere .

• Ledere  er legemer, hvori elektriske ladningsbærere kan bevæge sig gennem hele dets volumen. Ledere er opdelt i to grupper: 1) ledere af den første slags ( metaller ), hvor bevægelsen af ​​bærere af elementære elektriske ladninger (frie elektroner) ikke er ledsaget af kemiske transformationer; 2) ledere af den anden slags (for eksempel smeltede salte , syreopløsninger ) , hvor overførslen af ​​ladningsbærere (positive og negative ioner ) fører til kemiske ændringer.
• Dielektriske stoffer (for eksempel glas , plastik ) - legemer, hvor der praktisk talt ikke er nogen frie bærere af elektrisk ladning.
• Halvledere (f.eks. germanium , silicium ) er mellemliggende mellem ledere og dielektrikum.

Dimension

For at detektere og måle den samlede elektriske ladning af et legeme, bruges et elektroskop , som består af en metalstang - en elektrode og to stykker folie suspenderet fra den. Når elektroden berøres af et ladet legeme, strømmer bærerne af elektrisk ladning ned gennem elektroden på foliebladene, bladene viser sig at være ladede med samme navn og afviger derfor fra hinanden.

Et elektrometer kan også bruges , i det enkleste tilfælde bestående af en metalstang og en pil, der kan dreje rundt om en vandret akse. Når et elektrisk ladet legeme kommer i kontakt med elektrometerstangen, fordeles de elektriske ladningsbærere langs stangen og nålen, og de frastødende kræfter, der virker mellem bærerne af de samme elektriske ladninger på stangen og nålen, får den til at dreje. Til at måle små elektriske ladninger bruges mere følsomme elektroniske elektrometre.

Se også

• Ladning (fysik)
• Punkt elektrisk ladning
• elementær elektrisk ladning
• ladningstæthed
• Elektron ladning

Noter

1. ↑ Eller mere præcist 1.602176487(40)⋅10 −19 C.
2. ↑ Eller mere præcist 4.803250(21)⋅10 −10 CGSE-enheder.
3. ↑ Den sædvanlige ustabilitet for en positron, forbundet med udslettelse af et elektron-positron-par, er ikke taget i betragtning her
4. ↑ Men dette er langt fra den eneste måde at elektrificere kroppe på. Elektriske ladninger kan for eksempel opstå under påvirkning af lys
5. ↑ Sivukhin D.V. Almen kursus i fysik. — M .: Fizmatlit ; MIPT Publishing House , 2004. - Vol. III. Elektricitet. - S. 16. - 656 s. — ISBN 5-9221-0227-3 .
6. ↑ Et elektrisk lukket system er et system, hvor elektrisk ladede partikler ikke kan trænge igennem dets grænseflade (et system, der ikke udveksler ladninger med eksterne legemer).

Litteratur

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

Links

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

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk norsk Great Soviet (1 udg.) Britannica (online)
I bibliografiske kataloger	GND : 4151721-0