A încărcare punctuală, În contextul electromagnetismului, sarcina electrică de dimensiuni atât de mici este că poate fi considerată un punct. De exemplu, particulele elementare care au o sarcină electrică, protonul și electronul, sunt atât de mici încât dimensiunile lor pot fi omise în multe aplicații. Luând în considerare faptul că o sarcină este orientată către puncte, este mult mai ușoară calcularea interacțiunilor sale și înțelegerea proprietăților electrice ale materiei..
Particulele elementare nu sunt singurele care pot fi sarcini punctuale. La fel și moleculele ionizate, sferele încărcate pe care Charles A. Coulomb (1736-1806) le-a folosit în experimentele sale și chiar Pământul însuși. Toate pot fi considerate sarcini punctuale, atâta timp cât le vedem la distanțe mult mai mari decât dimensiunea obiectului..
Deoarece toate corpurile sunt formate din particule elementare, sarcina electrică este o proprietate inerentă a materiei, la fel ca masa. Nu puteți avea un electron fără masă și nici nu puteți avea nicio taxă.
Indice articol
Din câte știm astăzi, există două tipuri de încărcare electrică: pozitivă și negativă. Electronii au o sarcină negativă, în timp ce protonii au o sarcină pozitivă..
Sarcinile cu același semn se resping, în timp ce cele cu semnul opus atrag. Acest lucru este valabil pentru orice tip de încărcare electrică, fie punctuală, fie distribuită pe un obiect cu dimensiuni măsurabile..
În plus, experimente atente au verificat că sarcina protonului și cea a electronului au exact aceeași magnitudine..
Un alt punct foarte important de luat în considerare este că sarcina electrică este cuantificată. Până în prezent, nu au fost găsite sarcini electrice izolate cu o magnitudine mai mică decât sarcina electronului. Toți sunt multipli ai acestui lucru.
În cele din urmă, sarcina electrică este conservată. Cu alte cuvinte, sarcina electrică nu este nici creată, nici distrusă, dar poate fi transferată de la un obiect la altul. În acest fel, dacă sistemul este izolat, sarcina totală rămâne constantă..
Unitatea pentru încărcarea electrică din Sistemul Internațional de Unități (SI) este Coulomb, prescurtat cu o majusculă C, în onoarea lui Charles A. Coulomb (1736-1806), care a descoperit legea care îi poartă numele și descrie interacțiunea dintre taxe în două puncte. Vom vorbi despre ea mai târziu.
Sarcina electrică a electronului, care este cea mai mică posibilă, care poate fi izolată în natură, are o magnitudine de:
și- = 1,6 x 10 -16 C
Coulomb este o unitate destul de mare, deci submultiplii sunt adesea utilizați:
-1 milli C = 1 mC = 1 x 10-3 C
-1 micro C = 1 μC = 1 x 10-6 C
-1 nano C = 1 nC = 1 x 10-9 C
Și, așa cum am menționat anterior, semnul și- este negativ. Încărcarea protonului are exact aceeași magnitudine, dar cu un semn pozitiv.
Semnele sunt o chestiune de convenție, adică există două tipuri de energie electrică și este necesar să le distingem, prin urmare, unuia i se atribuie un semn (-) și celălalt semn (+). Benjamin Franklin a făcut această denumire și a enunțat, de asemenea, principiul conservării sarcinii..
Pe vremea lui Franklin, structura internă a atomului era încă necunoscută, dar Franklin observase că o tijă de sticlă frecată cu mătase se încărca electric, numind acest tip de electricitate pozitiv..
Orice obiect care era atras de electricitatea menționată avea un semn negativ. După ce electronul a fost descoperit, s-a observat că tija de sticlă încărcată i-a atras și astfel sarcina electronică a devenit negativă.
La sfârșitul secolului al XVIII-lea, Coulomb, un inginer al armatei franceze, a petrecut mult timp studiind proprietățile materialelor, forțele care acționează asupra grinzilor și forța de frecare..
Dar este cel mai bine amintit pentru legea care îi poartă numele și care descrie interacțiunea dintre încărcăturile electrice în două puncte.
Fie două încărcături electrice ce1 Da ceDouă. Coulomb a stabilit că forța dintre ele, fie atracție, fie respingere, a fost direct proporțională cu produsul ambelor sarcini și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele..
Matematic:
F∝ ce1 . ceDouă / rDouă
În această ecuație, F reprezintă magnitudinea forței și r este distanța care separă taxele. Egalitatea necesită o constantă de proporționalitate, care se numește constantă electrostatică și este notată ca kși.
Prin urmare:
F = k. ce1 . ceDouă / rDouă
Mai mult, Coulomb a constatat că forța a fost îndreptată de-a lungul liniei care leagă încărcăturile. Atunci da r este vectorul unitar de-a lungul acestei linii, legea lui Coulomb ca vector este:
Coulomb a folosit un dispozitiv numit echilibrul de torsiune pentru experimentele tale. Prin intermediul acestuia a fost posibilă stabilirea valorii constantei electrostatice în:
kși = 8,99 x 109 N mDouă/ CDouă ≈ 9,0 x 109 N mDouă/ CDouă
În continuare vom vedea o aplicație. Există trei puncte de încărcare qLA, ceB si ceC care se află în pozițiile indicate în figura 2. Să calculăm forța netă pe qB.
Sarcina qLA atrage sarcina careB, deoarece sunt de semne opuse. Același lucru se poate spune despre qC. Diagrama corpului izolat este în figura 2 din dreapta, în care se observă că ambele forțe sunt direcționate de-a lungul axei verticale sau axa y și au direcții opuse.
Forța netă asupra sarcinii qB este:
FR = FAB + FCB (Principiul suprapunerii)
Rămâne doar să înlocuiți valorile numerice, având grijă să scrieți toate unitățile din sistemul internațional (SI).
FAB = 9,0 x 109 x 1 x 10-9 x 2 x 10-9 / (2 x 10-Două) Două N (+Y) = 0,000045 (+Y) N
FCB = 9,0 x 109 x 2 x 10-9 x 2 x 10-9 / (1 x 10-Două) Două N (-Da) = 0,00036 (-Da) N
FR = FAB + FCB = 0,000045 (+Y) + 0,00036 (-Da) N = 0,000315 (-Y) N
Aceste două forțe au aceeași formă matematică. Desigur, acestea diferă prin valoarea constantei proporționalității și prin aceea că gravitația funcționează cu mase, în timp ce electricitatea funcționează cu sarcini..
Dar important este că ambele depind de pătratul invers al distanței.
Există un tip unic de masă și este considerat pozitiv, deci forța gravitațională este întotdeauna atractivă, în timp ce sarcinile pot fi pozitive sau negative. Din acest motiv, forțele electrice pot fi atractive sau respingătoare, în funcție de caz..
Și avem acest detaliu care derivă din cele de mai sus: toate obiectele în cădere liberă au aceeași accelerație, atâta timp cât sunt aproape de suprafața Pământului..
Dar dacă eliberăm un proton și un electron lângă un plan încărcat, de exemplu, electronul va avea o accelerație mult mai mare decât protonul. În plus, accelerațiile vor avea direcții opuse.
În cele din urmă, sarcina electrică este cuantificată, așa cum s-a spus. Asta înseamnă că putem găsi încărcături de 2,3 sau 4 ori mai mari decât ale electronului - sau ale protonului -, dar niciodată de 1,5 ori mai mult decât această sarcină. Masele, pe de altă parte, nu sunt multiple ale unei mase unice.
În lumea particulelor subatomice, forța electrică o depășește în magnitudine pe cea gravitațională. Cu toate acestea, la scările macroscopice, forța gravitațională este cea predominantă. Unde? La nivelul planetelor, al sistemului solar, al galaxiei și multe altele.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.