Täsmällinen kuormitusominaisuudet ja Coulomb -laki

Eräs Täsmällinen kuorma, Sähkömagnetismin yhteydessä se on niin pienten mittojen sähkövaraus, jota voidaan pitää pisteenä. Esimerkiksi elementtihiukkaset, joissa on sähkövaraus, protoni ja elektroni, ovat niin pieniä, että niiden mitat voidaan jättää pois useissa sovelluksissa. Ajattele, että kuorma on täsmällinen helpottaa työtä sen vuorovaikutuksen laskemiseksi ja aineen sähköisten ominaisuuksien ymmärtämiseksi.

Alkeishiukkaset eivät ole ainoita, jotka voivat olla erityisiä kuormia. Ionisoidut molekyylit voivat myös olla, ladattuja palloja, joita Charles käytti. Coulomb (1736-1806) kokeissa ja jopa samassa maassa. Kaikkia voidaan pitää erityisinä kuormiina, kunhan näemme ne etäisyyksillä, jotka ovat paljon suurempia kuin esineen koko.

Kuvio 1. Saman merkin erityiset kuormat hylätään, kun taas vastakkainen merkki houkutellaan. Lähde: Wikimedia Commons.

Koska kaikki rungot on valmistettu alkuaikaisista hiukkasista, sähkövaraus on aineen luontainen ominaisuus, aivan kuten massa. Sinulla ei voi olla elektronia ilman massaa, eikä myöskään ilman kuormaa.

[TOC]

Ominaisuudet

Sikäli kuin tiedämme tänään, on olemassa kahta tyyppiä sähkövarausta: positiivinen ja negatiivinen. Elektroneilla on negatiivinen tyyppinen kuorma, kun taas protonit ovat positiivisia.

Saman merkin kuormat hylätään, kun taas vastakkainen merkki houkutellaan. Tämä pätee minkä tahansa tyyppiseen sähkövaraukseen, joko täsmälliseen tai jaetaan mitattavissa olevien objektien yli.

Lisäksi huolellisissa kokeissa havaittiin, että protonikuormituksella ja elektronilla on täsmälleen sama suuruus.

Toinen erittäin tärkeä harkittava kohta on, että sähkövaraus on kvantisoitu. Tähän päivään mennessä eristettyjä sähkökuormia ei ole löydetty vähemmän kuin elektronikuormitus. Kaikki ovat tämän kerrannaisia.

Lopuksi sähkövaraus säilyy. Toisin sanoen sähkövarausta ei luoda eikä tuhota, mutta se voidaan siirtää esineestä toiseen. Tällä tavalla, jos järjestelmä on eristetty, kokonaiskuorma pysyy vakiona.

Voi palvella sinua: 21 Tärkeää fysiikan tapahtumaa

Sähkömaksuyksiköt

Kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) sähkövarausyksikkö on Coulomb, lyhennetty pääoman C kanssa, Charlesin kunniaksi. Coulomb (1736-1806), joka löysi lain, joka kantaa hänen nimensä ja kuvaa kahden erityisen maksun vuorovaikutusta. Myöhemmin puhumme hänestä.

Elektronien sähkövarauksella, joka on pienin mahdollinen, joka voidaan eristää luonnossa, on suuruus::

ja^- = 1.6 x 10 ^-16 C

Coulomb on melko suuri yksikkö, joten ulkomaalaisia ​​käytetään usein:

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

-1 mikro C = 1 μC = 1 x 10^-6 C

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

Ja kuten olemme aiemmin maininneet, merkki ja^- Se on negatiivinen. Protonikuormituksella on täsmälleen sama suuruus, mutta positiivisella merkkillä.

Merkit ovat yleissopimuksen asia, ts. Sähkötyyppejä on kahta tyyppiä, ja ne on välttämätöntä erottaa ne, joten yksi on osoitettu merkki (-) ja toinen merkki (+). Benjamin Franklin teki tämän nimityksen ja ilmoitti myös kuorman säilyttämisperiaatteesta.

Franklinin ajaksi atomin sisäinen rakenne oli edelleen tuntematon, mutta Franklin oli havainnut, että silkki hierottu lasipalkki oli sähköisesti varautunut, kutsuen tällaista sähköä positiiviseksi.

Kaikilla sellaisilla sähköllä houkuttelemattomilla esineillä oli negatiivinen merkki. Elektronin löytämisen jälkeen havaittiin, että ladattu lasipalkki houkutteli heitä, ja näin elektronikuormitus oli negatiivinen.

Coulombin laki tietyille kuormille

1800 -luvun lopulla Ranskan armeijan insinööri Coulomb omistaa paljon aikaa materiaalien ominaisuuksien, palkkien ja kitkavoiman kanssa toimivien voimien tutkimiseen.

Mutta hänen nimensä kantava laki muistaa enemmän ja kuvaa kahden erityisen sähkömaksun välistä vuorovaikutusta.

Voi palvella sinua: Magnetismi: materiaalien magneettiset ominaisuudet, käyttötarkoitukset

Anna kaksi sähkömaksua Q -₁ ja Q -₂. Coulomb päätti, että heidän välinen voima, jo jo vetovoimasta tai torjunnasta, oli suoraan verrannollinen molempien varausten tuoteeseen ja käänteisesti verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön.

Matemaattisesti:

F∝ Q₁ . Q -₂ / r²

Tässä yhtälössä, F edustaa voiman suuruutta ja r - Se on etäisyys, joka erottaa kuormat. Tasa -arvo vaatii suhteellisuuden vakiona, jota kutsutaan sähköstaattiseksi vakioksi ja jota merkitään k -k -_ja.

Täten:

F = k. Q -₁ . Q -₂ /r²

Coulomb havaitsi myös, että voima oli suunnattu kuormitusten yhdistävälle linjalle. Sitten kyllä r - Se on yksikkövektori sitä linjaa pitkin, Coulombin laki vektorina on:

 Tämä Coulomb -lain muoto koskee vain tiettyjä kuormia.

Coulombin lain soveltaminen 

Coulomb käytti laitetta nimeltä Vääntötasapaino Kokeilusi. Sen kautta sähköstaattisen vakion arvo voidaan määrittää:

k -k -_ja = 8.99 x 10⁹ N m²/C² ≈ 9.0 x 10⁹ N m²/C²

Seuraavaksi näemme sovelluksen. Sinulla on kolme erityistä kuormaa_-Lla, Q -_{B -} ja Q_C löytyy kuviossa 2 ilmoitetuista paikoista. Lasketaan nettovoima q_{B -}.

Kuva 2. Negatiivisen kuorman voima lasketaan Coulombin laki. Lähde: f. Zapata.

Kuorma q_-Lla houkuttelee kuormaa q_{B -}, Koska ne ovat vastakkaisia ​​merkkejä. Sama voidaan sanoa Q: sta_C. Eristetty rungon kaavio on oikealla kuvassa 2, mikä osoittaa, että molemmat voimat on suunnattu pystysuoraa akselia tai Y -akselia pitkin ja niillä on vastakkaiset aistit.

Nettovoima kuormalla q_{B -} On:

F_{R -} = F_Ab + F_Cb (Superposition periaate)

Numeroiden korvaaminen on vain korvata kaikki kansainvälisen järjestelmän yksiköiden (SI) kirjoittamisen huolehtiminen.

F_Ab = 9.0 x 10⁹ x 1 x 10^-9 x 2 x 10^-9 / (2 x 10^-2-A ² N (+ja) = 0.000045 (+ja) N

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

F_{R -} = F_Ab + F_Cb = 0.000045 (+ja) + 0 -.00036 (-ja) N = 0.000315 (-ja) N

Painovoima ja sähkö

Näillä kahdella voimalla on sama matemaattinen muoto. Tietysti ne eroavat suhteellisuusvakion arvosta ja jossa painovoima toimii massojen kanssa, kun taas sähkö tekee sen kuormituksilla.

Voi palvella sinua: Hiukkasjärjestelmän dynamiikka: Esimerkkejä, harjoituksia

Mutta tärkeää on, että molemmat riippuvat käänteisestä etäisyyden neliöön.

Massatyyppi on ainutlaatuinen ja sitä pidetään positiivisena, joten gravitaatiovoima houkuttelee aina, kun taas maksut voivat olla positiivisia tai negatiivisia. Siksi sähkövoimat voivat olla vetovoima tai torjunta, tapauksen mukaan.

Ja meillä on tämä yksityiskohta, joka saadaan yllä olevasta: kaikilla vapaan putoamisten kohteilla on sama kiihtyvyys, kun ne ovat lähellä maan pintaa.

Mutta jos vapautamme esimerkiksi protonin ja elektronin lähellä lastattua tasoa, elektronilla on paljon suurempi kiihtyvyys kuin protonilla. Lisäksi kiihtyvyydet ovat vastakkaisia ​​aisteja.

Lopuksi sähkövaraus on kvantisoitu, kuten todettiin. Tämä tarkoittaa, että löydämme kuormat 2,3 tai 4 kertaa elektronien tai protonin -mutta koskaan 1.5 kertaa tämä kuorma. Massat eivät sen sijaan ole kertoja yhdestäkään ainutlaatuisesta massasta.

Subatomisten hiukkasten maailmassa sähkövoima ylittää gravitaation suuruuden. Makroskooppisissa asteikoissa painovoima on kuitenkin hallitseva. Missä? Galaksin ja muun planeettojen, aurinkokunnan, galaksin ja muun kanssa.

Viitteet

1. Figueroa, D. (2005). Sarja: Tieteen ja tekniikan fysiikka. Nide 5. Sähköstaatiikka. Toimittanut Douglas Figueroa (USB).
2. Giancoli, D. 2006. Fysiikka: sovellusten periaatteet. Kuudes. Ed Prentice Hall.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fysiikka: Katsaus maailmaan. Kuudes lyhennetty painos. Cengage -oppiminen.
4. Ritari, r. 2017. Tutkijoiden fysiikka ja tekniikka: strategialähestymistapa. Pearson.
5. Sears, Zemansky. 2016. Yliopiston fysiikka, jolla on moderni fysiikka. 14. päivä. Ed. V 2.