Presné vlastnosti zaťaženia a zákon Coulomb

A Presné zaťaženie, V kontexte elektromagnetizmu je to elektrický náboj takých malých rozmerov, ktorý sa dá považovať za bod. Napríklad elementárne častice, ktoré majú elektrický náboj, protón a elektrón, sú také malé, že ich rozmery môžu byť vynechané v mnohých aplikáciách. Zvážte, že zaťaženie je presným uľahčuje prácu pri výpočte jeho interakcií a porozumenia elektrickým vlastnostiam veci.

Elementárne častice nie sú jediné, ktoré môžu byť špecifické zaťaženie. Ionizované molekuly môžu byť tiež, naložené gule, na ktoré Charles zvykol. Coulomb (1736-1806) vo svojich experimentoch a dokonca aj tej istej krajine. Všetky sa dajú považovať za špecifické zaťaženie, pokiaľ ich vidíme na vzdialenosti oveľa väčšie ako veľkosť objektu.

postava 1. Konkrétne zaťaženie toho istého znaku sú odrazené, zatiaľ čo opačné znamenie je priťahované. Zdroj: Wikimedia Commons.

Pretože všetky telá sú vyrobené z elementárnych častíc, elektrický náboj je vlastnou vlastnosťou hmoty, rovnako ako hmotnosť. Nemôžete mať elektrón bez hmotnosti a ani bez zaťaženia.

[TOC]

Vlastnosti

Pokiaľ vieme dnes, existujú dva typy elektrických nábojov: kladné a negatívne. Elektróny majú záporný typ zaťaženia, zatiaľ čo protóny ho majú pozitívne.

Zaťaženie toho istého znaku sú odrazené, zatiaľ čo opačné znamenie je priťahované. Toto platí pre akýkoľvek typ elektrického náboja, buď presný alebo distribuovaný do objektu merateľných rozmerov.

Okrem toho opatrné experimenty zistili, že zaťaženie protónom a elektrón majú presne rovnakú veľkosť.

Ďalším veľmi dôležitým bodom, ktorý treba zvážiť, je to, že elektrický náboj sa kvantifikuje. K dnešnému dňu sa izolované elektrické záťaže nezistilo menej ako elektrónové zaťaženie. Všetky sú násobky toho.

Nakoniec je elektrický náboj zachovaný. Inými slovami, elektrický náboj nie je vytvorený ani nie je zničený, ale môže sa prenášať z jedného objektu do druhého. Týmto spôsobom, ak je systém izolovaný, celkové zaťaženie zostáva konštantné.

Môže vám slúžiť: 21 dôležitých udalostí fyziky

Jednotky elektrického náboja

Jednotka pre elektrický náboj v medzinárodnom systéme jednotiek (SI) je Coulomb, skrátená s hlavným mestom C, na počesť Charlesa. Coulomb (1736-1806), ktorý objavil zákon, ktorý nesie jeho meno a opisuje interakciu medzi dvoma konkrétnymi obvineniami. Neskôr o nej budeme hovoriť.

Elektrónový elektrický náboj, ktorý je najmenší možný, ktorý sa dá v prírode izolovať, má veľkosť:

a^- = 1.6 x 10 ^-16 C

Coulomb je pomerne veľká jednotka, takže sa často používajú submultipy:

-1 mili c = 1 mc = 1 x 10^-3 C

-1 mikroc = 1 μC = 1 x 10^-6 C

-1 nano c = 1 nc = 1 x 10^-9 C

A ako sme už spomenuli, znamenie a^- Je to negatívne. Zaťaženie protónom má presne rovnakú veľkosť, ale s pozitívnym znakom.

Znaky sú záležitosťou dohovoru, to znamená, že existujú dva typy elektriny a je potrebné ich rozlíšiť, preto je jedným z nich priradený znak (-) a druhý znak (+). Benjamin Franklin urobil toto označenie a tiež vyhlásil princíp ochrany záťaže.

V prípade Franklinovho času bola vnútorná štruktúra atómu stále neznáma, ale Franklin poznamenal, že hodvábny stĺpový sklenený stĺpec bol elektricky nabitý, čo nazýva tento druh elektrickej energie pozitívnou.

Akýkoľvek objekt, ktorý bol priťahovaný k takejto elektrine, mal negatívny znak. Po objavení elektrónu sa zistilo, že ich naložená sklenená tyč priťahovala, a takto bolo elektrónové zaťaženie negatívne.

Coulomb zákon pre konkrétne zaťaženia

Na konci 18. storočia, Coulomb, inžinier francúzskej armády, venoval veľa času na štúdium vlastností materiálov, síl, ktoré pôsobia na lúče a trecia sila.

Ale zákon sa viac pamätá zákon, ktorý nesie jeho meno a opisuje interakciu medzi dvoma konkrétnymi elektrickými nábojmi.

Môže vám slúžiť: magnetizmus: magnetické vlastnosti materiálov, použitie

Nechajte dve elektrické poplatky Otázka₁ a Otázka₂. Coulomb zistil, že sila medzi nimi, už z príťažlivosti alebo odporu, bola priamo úmerná produktu oboch nábojov a nepriamo úmerná štvorcovej vzdialenosti medzi nimi.

Matematicky:

F∝ q₁ . Otázka₂ / r²

V tejto rovnici, F predstavuje veľkosť sily a r Je to vzdialenosť, ktorá oddeľuje záťaže. Rovnosť vyžaduje konštantu proporcionality, ktorá sa nazýva elektrostatická konštanta a je označovaná ako klimatizovať_a.

Teda:

F = k. Otázka₁ . Otázka₂ /r²

Coulomb tiež zistil, že sila bola nasmerovaná pozdĺž línie, ktorá sa spája s nákladmi. Potom áno r Je to jednotkový vektor pozdĺž tejto línie, Coulombov zákon ako vektor je:

 Táto forma zákona Coulomb sa vzťahuje iba na konkrétne zaťaženia.

Uplatňovanie zákona Coulomb 

Coulomb použil zariadenie s názvom Vyváženosť Pre vaše experimenty. Cez ňu je možné stanoviť hodnotu elektrostatickej konštanty v:

klimatizovať_a = 8.99 x 10⁹ N m²/C² ≈ 9.0 x 10⁹ N m²/C²

Ďalej uvidíme žiadosť. Máte tri konkrétne zaťaženia, ktoré_Do, Otázka_B a Q_C nájdené v pozíciách uvedených na obrázku 2. Vypočítajme čistú silu na Q_B.

Obrázok 2. Sila na záporné zaťaženie sa počíta Coulombovým zákonom. Zdroj: f. Zapata.

Zaťaženie q_Do priťahuje záťaž q_B, Pretože sú to opačné znaky. To isté sa dá povedať o Q_C. Izolovaný diagram tela je na obrázku 2 vpravo, čo ukazuje, že obe sily sú nasmerované pozdĺž vertikálnej osi alebo osi y a majú opačné zmysly.

Čistá sila na záťaž q_B je:

F_R = F_AB + F_Cb (Princíp superpozície)

Zostáva iba nahradenie numerických hodnôt, pričom starostlivosť o napísanie všetkých jednotiek v medzinárodnom systéme (SI).

F_AB = 9.0 x 10⁹ x 1 x 10^-9 x 2 x 10^-9 / (2 x 10^-2) ² N (+a) = 0.000045 (+a) N

F_Cb = 9.0 x 10⁹ x 2 x 10^-9 x 2 x 10^-9 / (1 x 10^-2) ² N (-a) = 0.00036 (-a) N

F_R = F_AB + F_Cb = 0.000045 (+a) + 0.00036 (-a) N = 0.000315 (-a) N

Gravitácia a elektrina

Tieto dve sily majú rovnakú matematickú formu. Samozrejme sa líšia v hodnote konštanty proporcionality a v ktorej gravitácia pracuje s hmotnosťami, zatiaľ čo elektrina to robí s nákladmi.

Môže vám slúžiť: Dynamika systému častíc: príklady, cvičenia

Ale dôležité je, že obaja závisia od inverzie od štvorca vzdialenosti.

Existuje jedinečný typ hmoty a považuje sa za pozitívny, takže gravitačná sila vždy priťahuje, zatiaľ čo náboje môžu byť pozitívne alebo negatívne. Preto môžu byť elektrické sily príťažlivosťou alebo odporom, ako je tomu tak.

A máme tento detail, ktorý sa odvodzuje z vyššie uvedeného: všetky objekty vo voľnom páde majú rovnaké zrýchlenie, zatiaľ čo sú blízko povrchu Zeme.

Ale ak uvoľníme napríklad protón a elektrón v blízkosti zaťaženej roviny, elektrón bude mať oveľa väčšie zrýchlenie ako v prípade protónu. Okrem toho budú mať zrýchlenie opačné zmysly.

Nakoniec sa elektrický náboj kvantifikuje, ako je uvedené. To znamená, že nájdeme zaťaženia 2,3 alebo 4 -násobok nádoby elektrónu alebo nádoby protónu -ale nikdy 1.5 -násobok tohto zaťaženia. Masy namiesto toho nie sú násobkami žiadnej jedinečnej hmoty.

Vo svete subatomických častíc elektrická sila presahuje gravitačnú veľkosť. Avšak v makroskopických mierkach je gravitačná sila, ktorá prevláda. Kde? Na úrovni planét, slnečnej sústavy, galaxie a ďalšie.

Odkazy

1. Figueroa, D. (2005). Séria: Fyzika pre vedu a inžinierstvo. Zväzok 5. Elektrostatika. Editoval Douglas Figueroa (USB).
2. Giancoli, D. 2006. Fyzika: Princípy s aplikáciami. 6. Ed Prentice Hall.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: pohľad na svet. 6. skrátene vydanie. Učenie sa.
4. Rytier, r. 2017. Fyzika pre vedcov a inžinierstvo: Strategický prístup. Pearson.
5. Sears, Zemansky. 2016. Fyzika univerzity s modernou fyzikou. 14. Edimatizovať. V 2.