Carica elettrica e sue proprietà

I processi fisici che avvengono in natura non sono sempre spiegati dall'azione delle leggi della teoria cinetico-molecolare, della meccanica o della termodinamica. Esistono anche forze elettromagnetiche che agiscono a distanza e non dipendono dal peso corporeo.

Le loro manifestazioni furono descritte per la prima volta nelle opere di antichi scienziati greci, quando attirarono piccole particelle leggere di singole sostanze con l'ambra, strofinate contro la lana.

Contributo storico degli scienziati allo sviluppo dell'elettrodinamica

Gli esperimenti con l'ambra furono studiati in dettaglio dal ricercatore inglese William Hilbert... Negli ultimi anni del XVI secolo, fece un resoconto del suo lavoro e definì oggetti capaci di attrarre altri corpi a distanza con il termine "elettrizzato".

Il fisico francese Charles Dufay ha stabilito l'esistenza di cariche con segni opposti: alcune si sono formate sfregando oggetti di vetro su tessuto di seta e altre - resine su lana. Così li chiamava: vetro e resina. Dopo aver completato la ricerca, Benjamin Franklin ha introdotto il concetto di cariche negative e positive.

Charles Visulka realizza la possibilità di misurare la forza delle cariche progettando una bilancia di torsione di sua invenzione.

Robert Milliken, basandosi su una serie di esperimenti, stabilì la natura discreta delle cariche elettriche di qualsiasi sostanza, dimostrando che esse sono costituite da un certo numero di particelle elementari. (Da non confondere con un altro concetto di questo termine: frammentazione, discontinuità.)

Le opere di questi scienziati sono servite come base della moderna conoscenza dei processi e dei fenomeni che si verificano nei campi elettrici e magnetici creati dalle cariche elettriche e dal loro movimento, studiati dall'elettrodinamica.

Determinazione dei corrispettivi e principi della loro interazione

La carica elettrica caratterizza le proprietà delle sostanze che forniscono loro la capacità di creare campi elettrici e interagire nei processi elettromagnetici. È anche chiamata la quantità di elettricità ed è definita come una quantità scalare fisica. I simboli "q" o "Q" sono usati per indicare la carica e l'unità "Pendant" è usata nelle misurazioni, dal nome dello scienziato francese che ha sviluppato una tecnica unica.

Ha creato un dispositivo, il cui corpo utilizzava sfere sospese su un sottile filo di quarzo. Erano orientati nello spazio in un certo modo e la loro posizione veniva registrata su una scala graduata con divisioni uguali.

Attraverso uno speciale foro nel coperchio, a queste palline veniva portata un'altra palla con una carica aggiuntiva. Le risultanti forze di interazione costringevano le sfere a deviare, a ruotare la loro oscillazione. La differenza nelle letture della scala prima e dopo la ricarica ha permesso di stimare la quantità di elettricità nei campioni di prova.

Una carica di 1 coulomb è caratterizzata nel sistema SI da una corrente di 1 ampere che attraversa la sezione di un filo in un tempo pari a 1 secondo.

L'elettrodinamica moderna divide tutte le cariche elettriche in:

• positivo;

• negativo.

Quando interagiscono tra loro, sviluppano forze la cui direzione dipende dalla polarità esistente.

Cariche dello stesso tipo, positive o negative, si respingono sempre in direzioni opposte, tendendo ad allontanarsi il più possibile l'una dall'altra, e per cariche di segno opposto ci sono forze che tendono ad avvicinarle e ad unirle in una sola. .

Principio di sovrapposizione

Quando ci sono più cariche in un certo volume, il principio di sovrapposizione funziona per loro.

Il suo significato è che ciascuna carica in un certo modo, secondo il metodo discusso sopra, interagisce con tutte le altre, essendo attratta dagli opposti e respinta da quelli simili. Ad esempio, la carica positiva q1 è influenzata dalla forza attrattiva F31 della carica negativa q3 e dalla forza repulsiva F21 da q2.

La risultante forza F1 che agisce su q1 è determinata dalla somma geometrica dei vettori F31 e F21. (F1 = F31 + F21).

Lo stesso metodo viene utilizzato per determinare le forze risultanti F2 e F3 rispettivamente sulle cariche q2 e q3.

Utilizzando il principio di sovrapposizione, si è concluso che per un certo numero di cariche in un sistema chiuso, forze elettrostatiche costanti agiscono tra tutti i suoi corpi e il potenziale in un punto particolare di questo spazio è uguale alla somma dei potenziali di tutti spese addebitate separatamente.

Il funzionamento di queste leggi è confermato dai dispositivi creati elettroscopio ed elettrometro, che hanno un principio di funzionamento comune.

Un elettroscopio è costituito da due sottili fogli identici di lamina sospesi in uno spazio isolato su un filo conduttivo attaccato a una sfera di metallo. In uno stato normale, le cariche non agiscono su questa sfera, quindi i petali pendono liberamente nello spazio all'interno del bulbo del dispositivo.

Come si può trasferire l'addebito tra i corpi

Se porti un corpo carico, come un'asta, alla sfera dell'elettroscopio, la carica passerà attraverso la sfera lungo un filo conduttivo fino ai petali. Riceveranno la stessa carica e inizieranno ad allontanarsi l'uno dall'altro con un angolo proporzionale alla quantità di elettricità applicata.

L'elettrometro ha la stessa struttura di base, ma ci sono delle piccole differenze: un petalo è fisso immobile, e il secondo si allontana da esso ed è dotato di una freccia che permette di leggere la scala graduata.

I portatori intermedi possono essere utilizzati per trasferire la carica da un corpo distante stazionario e carico a un elettrometro.

Le misurazioni effettuate da un elettrometro non hanno un'elevata classe di precisione e sulla base di esse è difficile analizzare le forze che agiscono tra le cariche. La bilancia di torsione di Coulomb è più adatta per il loro studio. Hanno usato palline con diametri molto più piccoli della loro distanza l'una dall'altra. Hanno le proprietà delle cariche puntiformi: corpi carichi le cui dimensioni non influiscono sulla precisione del dispositivo.

Le misurazioni effettuate da Coulomb hanno confermato la sua ipotesi secondo cui una carica puntiforme viene trasferita da un corpo carico allo stesso nelle proprietà e nella massa, ma scarica in modo tale da essere uniformemente distribuita tra di loro, diminuendo di un fattore 2 alla sorgente.In questo modo è stato possibile ridurre di due, tre e altre volte l'importo del canone.

Le forze che esistono tra cariche elettriche stazionarie sono chiamate interazioni coulombiane o statiche. Sono studiati dall'elettrostatica, che è uno dei rami dell'elettrodinamica.

Tipi di portatori di carica elettrica

La scienza moderna considera la più piccola particella caricata negativamente elettrone e positivamente — positrone... Hanno la stessa massa 9,1 × 10-31 chilogrammi. Il protone particella ha una sola carica positiva e una massa di 1,7 × 10-27 chilogrammi. In natura, il numero di cariche positive e negative è bilanciato.

Nei metalli si crea il movimento degli elettroni elettricità, e nei semiconduttori i suoi portatori di carica sono elettroni e lacune.

Nei gas, la corrente è formata dal movimento di ioni - particelle non elementari cariche (atomi o molecole) con cariche positive, chiamate cationi, o anioni negativi.

Gli ioni sono formati da particelle neutre.

Una carica positiva viene creata in una particella che ha perso un elettrone sotto l'influenza di una potente scarica elettrica, radiazione luminosa o radioattiva, flusso del vento, movimento di masse d'acqua o una serie di altri motivi.

Gli ioni negativi sono formati da particelle neutre che hanno inoltre ricevuto un elettrone.

L'uso della ionizzazione per scopi medici e nella vita di tutti i giorni

I ricercatori hanno da tempo notato la capacità degli ioni negativi di influenzare il corpo umano, migliorare il consumo di ossigeno nell'aria, consegnarlo più velocemente ai tessuti e alle cellule e accelerare l'ossidazione della serotonina.Tutto questo nel complesso aumenta significativamente l'immunità, migliora l'umore, allevia il dolore.

Il primo ionizzatore usato per curare le persone è stato chiamato lampadari Chizhevsky, in onore dello scienziato sovietico che ha creato un dispositivo che ha un effetto benefico sulla salute umana.

Nei moderni apparecchi elettrici per lavorare in un ambiente domestico, puoi trovare ionizzatori incorporati in aspirapolvere, umidificatori d'aria, asciugacapelli, asciugacapelli ...

Speciali ionizzatori d'aria purificano la sua composizione, riducono la quantità di polvere e impurità nocive.

Gli ionizzatori d'acqua sono in grado di ridurre la quantità di reagenti chimici nella loro composizione. Sono usati per pulire piscine e laghi, saturando l'acqua con ioni di rame o argento che riducono la crescita di alghe, distruggono virus e batteri.

Termini e definizioni utili

Cos'è la carica elettrica volumetrica

Questa è una carica elettrica distribuita in tutto il volume.

Cos'è la carica elettrica superficiale

È una carica elettrica che si considera distribuita sulla superficie.

Cos'è una carica elettrica lineare

È una carica elettrica che si considera distribuita lungo una linea.

Qual è la densità volumetrica della carica elettrica

È una grandezza scalare che caratterizza la distribuzione della carica elettrica di volume, pari al limite del rapporto tra la carica di volume e l'elemento di volume in cui è distribuita quando tale elemento di volume tende a zero.

Qual è la densità di carica elettrica superficiale

È una grandezza scalare che caratterizza la distribuzione della carica elettrica superficiale, pari al limite del rapporto tra la carica elettrica superficiale e l'elemento di superficie su cui è distribuita quando tale elemento di superficie tende a zero.

Cos'è la densità di carica elettrica lineare

È una grandezza scalare che caratterizza la distribuzione di una carica elettrica lineare, pari al limite del rapporto tra una carica elettrica lineare e un elemento della lunghezza della linea lungo la quale questa carica è distribuita quando questo elemento di lunghezza tende a zero .

Cos'è un dipolo elettrico

È un insieme di due cariche elettriche puntiformi uguali in grandezza e di segno opposto e situate a una distanza molto piccola l'una dall'altra rispetto alla distanza da esse ai punti di osservazione.

Qual è il momento elettrico di un dipolo elettrico

È una quantità vettoriale pari al prodotto del valore assoluto di una delle cariche del dipolo e della distanza tra di esse e diretta dalla carica negativa a quella positiva.

Qual è il momento elettrico del corpo

È una grandezza vettoriale pari alla somma geometrica dei momenti elettrici di tutti i dipoli che compongono il corpo considerato. "Il momento elettrico di un dato volume di materia" è definito in modo simile.