Proprietà delle particelle elementari con carica elettrica
Strofinando insieme due corpi diversi, oltre che per induzione, ai corpi possono essere conferite proprietà speciali: elettriche.
Cariche elettriche e particelle cariche
Apprendimento corpi elettrificati ha mostrato che le loro proprietà elettriche sono spiegate dal fatto che le particelle di cui sono composte tutte le sostanze hanno una proprietà fisica speciale chiamata carica elettrica.
La carica elettrica caratterizza la relazione delle particelle con il proprio campo elettromagnetico e la loro interazione con un campo elettromagnetico esterno. La carica è una delle proprietà distintive di molte particelle elementari. Esistono due tipi di cariche elettriche: positivo e negativo.
Come sai, tutti i corpi in natura sono composti da particelle discrete. Queste particelle sono chiamate elementari. Ogni particella elementare ha le sue caratteristiche che sono diverse dalle caratteristiche di altre particelle. Queste caratteristiche includono: massa a riposo, carica elettrica, spin, momento magnetico, durata, ecc.
Le particelle elementari fanno parte degli atomi e delle molecole della materia, ma possono anche trovarsi allo stato libero. Questi sono, ad esempio, gli elettroni che compongono il "gas di elettroni" nei fili metallici, gli elettroni delle correnti catodiche nei tubi a vuoto eccetera.
Le particelle elementari con cariche elettriche di segno diverso si attraggono e con cariche dello stesso segno si respingono. Quando le particelle si muovono intorno a loro, si osserva un campo magnetico.
I principali portatori di carica nella materia, cioè le particelle che hanno proprietà elettriche, sono elettroni caricati negativamente e protoni caricati positivamente. Fanno parte degli atomi di tutte le sostanze, essendo i loro principali elementi strutturali.
La totalità di tutti i fenomeni elettrici è determinata dalle cariche delle particelle che compongono gli atomi e dai loro campi. A questo proposito soffermiamoci sulla struttura interna degli atomi in quanto è necessario comprendere i fenomeni considerati nell'ingegneria elettrica.
La struttura degli atomi degli elementi chimici: La struttura degli atomi — particelle elementari di materia, elettroni, protoni, neutroni
Proprietà elettriche dei corpi
I solidi di solito hanno una struttura cristallina: i loro atomi sono disposti nello spazio in una sequenza rigorosa a una certa distanza l'uno dall'altro, formando il cosiddetto reticolo spaziale o cristallino. I siti reticolari contengono ioni positivi.
A causa delle distanze relativamente piccole, gli atomi vicini agiscono sugli elettroni del guscio di valenza di un dato atomo, motivo per cui gli elettroni di valenza partecipano direttamente allo scambio elettronico di ciascun atomo con gli atomi vicini circostanti.Ciò porta al fatto che i livelli di energia sono divisi in diversi livelli ravvicinati che formano zone di stati energetici continui dell'elettrone.
Le proprietà elettriche dei corpi sono determinate dalla struttura di queste zone e dal numero di elettroni che riempiono le zone secondo il principio di esclusione. Nei metalli che includono, ad esempio, il rame, la banda di valenza è riempita per metà di elettroni, mentre tutte le bande di energia inferiore sono completamente riempite.
La presenza di una zona parzialmente riempita è caratteristica di tutti i metalli.Per eccitare l'elettrone di valenza di un atomo isolato a un livello superiore, sono necessarie alcune parti discrete di energia.
Nei metalli la banda di conduzione è parzialmente riempita. Pertanto, gli elettroni in esso contenuti occupano facilmente stati liberi e praticamente qualsiasi piccola quantità di energia è sufficiente per elevare un elettrone a un livello libero superiore e creare elettricità.
Poiché la conduttività nei metalli è dovuta alla mobilità degli elettroni, viene chiamata conducibilità elettronica… La conduttività degli elettroliti è determinata dalla presenza di ioni positivi e negativi facilmente mobili in soluzioni in cui alcune delle molecole di soluto sono decomposte. Questa conducibilità è chiamata conducibilità ionica.
Una significativa conduttività ionica è caratteristica di alcuni sali allo stato fuso e gas allo stato ionizzato... I gas vengono ionizzati sotto l'influenza di alta temperatura, alta tensione, ecc. Viene chiamato un gas con un'alta densità di elettroni liberi e molecole in uno stato ionizzato plasma.
Guarda anche: Metalli e dielettrici: qual è la differenza?
Legge di Coulomb
La legge di Coulomb (1785) fu la prima a stabilire una relazione quantitativa tra i valori delle cariche elettriche e la loro interazione. Questa legge ha svolto e continua a svolgere un ruolo importante nello stabilire l'unità di carica e le caratteristiche di forza del campo elettrostatico. Per maggiori dettagli vedi qui:La legge di Coulomb e la sua applicazione nell'ingegneria elettrica