Lastnosti točnih obremenitev in zakon Coulomb

A Natančna obremenitev, V okviru elektromagnetizma gre za električni naboj tako majhnih dimenzij, ki jih lahko štejemo za točko. Na primer, osnovni delci z električnim nabojem, protonom in elektronom so tako majhni, da se lahko njihove dimenzije izpustijo v številnih aplikacijah. Upoštevajte, da je obremenitev natančna delo pri izračunu njegovih interakcij in razumevanju električnih lastnosti zadeve.

Osnovni delci niso edini, ki so lahko določene obremenitve. Lahko so tudi ionizirane molekule, naložene sfere, ki jih je Charles nekoč. Coulomb (1736-1806) v svojih poskusih in celo isti deželi. Vse se lahko šteje za posebne obremenitve, dokler jih vidimo na razdaljah, veliko večjih od velikosti predmeta.

Slika 1. Specifične obremenitve istega znaka so odvrnjene, medtem ko se privlačijo nasprotni znak. Vir: Wikimedia Commons.

Ker so vsi telesi izdelani iz osnovnih delcev, je električni naboj lastna lastnost snovi, tako kot masa. Ne morete imeti elektrona brez mase in niti brez obremenitve.

[TOC]

Lastnosti

Kolikor vemo danes, obstajata dve vrsti električnega naboja: pozitiven in negativen. Elektroni imajo negativno obremenitev, medtem ko imajo protoni pozitivni.

Tovori istega znaka so odvrnjene, medtem ko se privlačijo nasprotni znak. To velja za katero koli vrsto električnega naboja, bodisi natančnega ali razporejenega nad predmetom merljivih dimenzij.

Poleg tega so skrbni poskusi ugotovili, da imata protonska obremenitev in elektron popolnoma enako velikost.

Druga zelo pomembna točka, ki jo je treba upoštevati, je, da je električni naboj kvantiziran. Do danes izoliranih električnih obremenitev ni bilo mogoče najti manj kot obremenitev elektronov. Vsi so večkratniki tega.

Končno se ohrani električni naboj. Z drugimi besedami, električni naboj ni ustvarjen niti se ne uničuje, vendar ga je mogoče prenesti iz enega predmeta na drugega. Na ta način, če je sistem izoliran, ostane skupna obremenitev konstantna.

Vam lahko služi: 21 pomembnih dogodkov fizike

Električne polnilne enote

Enota za električno polnjenje v mednarodnem sistemu enot (SI) je Coulomb, skrajšana s prestolnico C, v čast Charlesa do. Coulomb (1736-1806), ki je odkril zakon, ki nosi njegovo ime, in opisuje interakcijo med dvema posebnima obtožbama. Kasneje bomo govorili o njej.

Elektronski električni naboj, ki je najmanjši možni, ki jih je mogoče izolirati, ima velikost:

in^- = 1.6 x 10 ^-16 C

Coulomb je dokaj velika enota, zato se pogosto uporabljajo submultiples:

-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

In kot smo že omenili, znak in^- Je negativno. Protonska obremenitev ima popolnoma enako velikost, vendar s pozitivnim znakom.

Znaki so stvar konvencije, to je, da obstajata dve vrsti električne energije in jih je treba razlikovati, zato je eden dodeljen znak (-) in drugi znak (+). Benjamin Franklin je naredil to poimenovanje in prav tako izgovarjal načelo ohranjanja obremenitve.

Za Franklinovo čas je bila notranja struktura atoma še vedno neznana, toda Franklin je opazil, da je bila steklena palica s svile električno nabita in tako imenuje tovrstno električno energijo pozitivno.

Vsak predmet, ki ga je pritegnila takšna elektrika, je imel negativen znak. Po odkritju elektrona je bilo opaziti, da jih je pritegnila naložena steklena palica, in tako je bila obremenitev elektronov negativna.

Coulomb zakon za posebne obremenitve

Konec 18. stoletja je Coulomb, inženir francoske vojske, veliko časa namenil preučevanju lastnosti materialov, sil, ki delujejo na tramovi.

Toda zakon se bolj spomni, ki nosi njegovo ime in opisuje interakcijo med dvema specifičnimi električnimi naboji.

Vam lahko služi: magnetizem: magnetne lastnosti materialov, uporabe

Pustite dva električna pristojbina q₁ in q₂. Coulomb je ugotovil, da je bila sila med njimi, ki je že iz privlačnosti ali odbojnosti, neposredno sorazmerna z produktom obeh nabojev in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njimi.

Matematično:

F∝ Q₁ . q₂ / r²

V tej enačbi, F predstavlja velikost sile in r Razdalja loči obremenitve. Enakost zahteva konstanto sorazmernosti, ki se imenuje elektrostatična konstanta in je označena kot k_in.

Tako:

F = k. q₁ . q₂ /r²

Coulomb je tudi ugotovil, da je bila sila usmerjena vzdolž črte, ki se pridruži obremenitvam. Potem ja r To je vektor enote vzdolž te črte, Coulombov zakon kot vektor je:

 Ta oblika zakona Coulomb velja samo za posebne obremenitve.

Uporaba zakona Coulomb 

Coulomb je uporabil napravo z imenom Torzijsko ravnovesje Za vaše poskuse. Skozi to bi lahko vzpostavili vrednost elektrostatične konstante v:

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

Nato bomo videli aplikacijo. Imate tri posebne obremenitve, ki_Do, q_B in q_C najdemo v položajih, navedenih na sliki 2. Izračunamo neto silo na Q_B.

Slika 2. Sila na negativni obremenitvi izračuna Coulombov zakon. Vir: f. Zapata.

Obremenitev q_Do Pritegne obremenitev q_B, Ker so nasprotni znaki. Enako lahko rečemo o q_C. Izolirani shema telesa je na sliki 2 na desni, kar kaže, da sta obe sili usmerjeni vzdolž navpične osi ali osi Y in imata nasprotna čutila.

Neto sila na obremenitvi q_B je:

F_R = F_Ab + F_Cb (Načelo superpozicije)

Še vedno je nadomestiti številčne vrednosti in skrbeti za pisanje vseh enot v mednarodnem sistemu (SI).

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

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

F_R = F_Ab + F_Cb = 0.000045 (+in) + 0.00036 (-in) N = 0.000315 (-in) N

Gravitacija in elektrika

Ti dve sili imata enako matematično obliko. Seveda se razlikujejo po vrednosti konstante sorazmernosti in v kateri gravitacija deluje z masami, medtem ko to počne elektrika z obremenitvami.

Vam lahko služi: dinamika sistema delcev: primeri, vaje

Pomembno pa je, da sta oba odvisna od obratnega do kvadrata razdalje.

Obstaja edinstvena vrsta mase in velja za pozitivno, zato gravitacijska sila vedno privlači, medtem ko so naboji lahko pozitivni ali negativni. Zato so lahko električne sile privlačnost ali odbojnost, kot je.

In imamo to podrobnost, ki izhaja iz zgoraj navedenega: vsi predmeti v prostem padcu imajo enak pospešek, medtem ko so blizu površine zemlje.

Če pa sprostimo proton in elektron v bližini naložene ravnine, bo imel elektron veliko večji pospešek kot proton. Poleg tega bodo pospeški imeli nasprotna čutila.

Končno je električni naboj kvantiziran, kot je navedeno. To pomeni, da lahko najdemo obremenitve 2,3 ali 4 -krat večje od elektrona -ali protona -vendar nikoli 1.5 -krat to obremenitev. Mase namesto tega niso večkratne edinstvene mase.

V svetu subatomskih delcev električna sila presega gravitacijsko velikost. Vendar je na makroskopskih lestvicah tista, ki prevladuje. Kje? Na ravni planetov, sončnega sistema, galaksije in še več.

Reference

1. Figueroa, d. (2005). Serija: Fizika za znanost in inženiring. Zvezek 5. Elektrostatika. Uredil Douglas Figueroa (USB).
2. Giancoli, d. 2006. Fizika: načela z aplikacijami. 6. Ed Prentice Hall.
3. Kirkpatrick, l. 2007. Fizika: pogled na svet. 6. skrajšana izdaja. Cengage učenje.
4. Vitez, r. 2017. Fizika za znanstvenike in inženiring: strateški pristop. Pearson.
5. Sears, Zemansky. 2016. Univerzitetna fizika s sodobno fiziko. 14. Ed. V 2.