Електричний заряд: що це таке і як він вимірюється

У природі не все можна пояснити з точки зору механіки, МКТ та термодинаміки, є і електромагнітні явища, які впливають на тіло, при цьому не залежать від їх маси. Здатність тел бути джерелом електромагнітних полів характеризується фізичної скалярною величиною – електричним зарядом. Його вперше вивели в законі Кулона в 1785 році, але звернули увагу на його існування ще до нашої ери. У цій статті ми простими словами розповімо про те, що таке електричний заряд і як він вимірюється.

Історія відкриттів

Ще в давнину було помічено, що якщо потерти янтар про шовкову матерію, то камінь почне притягати до себе легкі предмети. Вільям Гільберт вивчав ці досліди до кінця XVI століття. У звіті про виконану роботу предмети, які можуть притягувати інші тіла, назвав наелектризованими.

Наступні відкриття в 1729 році зробив Шарль Дюфе, спостерігаючи за поведінкою тел при їх терті про різні матерії. Таким чином він довів існування двох видів зарядів: перші утворюються при терті смоли про шерсть, а другі – при терті скла об шовк. За логікою, він назвав їх «смоляними» і «скляними». Бенджамін Франклін також досліджував це питання і ввів поняття позитивного і негативного заряду. На ілюстрації – Б. Франклін ловить блискавку.

Шарлем Кулоном, портрет якого зображений нижче, був відкритий закон, який згодом був названий Законом Кулона. Він описував взаємодію двох точкових зарядів. Також зміг виміряти величину і винайшов для цього крутильні ваги, про які ми розповімо пізніше.

І вже на початку минулого століття Роберт Міллікен, в результаті проведених дослідів, довів їх дискретність. Це означає, що заряд кожного тіла дорівнює цілому кратному елементарного електричного заряду, а елементарним є електрон.

теоретичні відомості

Електричним зарядом називається здатність тел створювати електромагнітне поле. У фізиці розділ електростатики вивчає взаємодії нерухомих щодо обраної інерціальнійсистеми звіту зарядів.

У чому вимірюється

Одиниця виміру в системі СІ називається «Кулон» – це електричний заряд, що проходить через перетин провідника 1 Ампер за 1 секунду.

Літерне позначення – Q або q. Може приймати як позитивні, так і негативні значення. Назва носить на честь фізика Шарля Кулона, він вивів формулу для знаходження сил взаємодії між ними, вона називається «Закон Кулона»:

У ній q1, q2 – модулі зарядів, r – відстань між ними, k – коеф-т пропорційності.

Формула схожа на закон тяжіння, в принципі вона і описує подібна взаємодія. Він має найменшу масу. Його електричний заряд негативний і він дорівнює:

-1.6 * 10 ^ (- 19) Кл

Позитрон – це протилежна величина електрону, також складається з одного позитивного елементарного заряду.

Крім того, що він дискретний, квантуется або вимірюється порціями, для нього ще й справедливий Закон збереження зарядів, який говорить про те, що в замкнутій системі можуть виникати тільки одночасно заряди обох знаків. Простою мовою – алгебраїчна (з урахуванням знаків) сума зарядів частинок і тіл, в замкнутій (ізольованою) системі завжди залишається незмінною. Він не змінюється з часом або при русі частинки, він постійний протягом її часу життя. Найпростіші заряджені частинки умовно порівнюють з електричними зарядами.

Закон збереження електричних зарядів вперше підтвердив Майкл Фарадей в 1843 році. Це один з фундаментальних законів фізики.

Провідники, напівпровідники і діелектрики

У провідниках є багато вільних зарядів. Вони вільно переміщаються по всьому об’єму тіла. У напівпровідниках вільних носіїв майже немає, але якщо передати тілу невелику енергію вони утворюються, в результаті чого тіло починає проводити електричний струм, тобто електричні заряди починають рух. Діелектриками називають речовини, де число вільних носіїв мінімально, тому струм через них протікати не може або може за певних умов, наприклад, дуже висока напруга.

У чому виражається взаємодія

Електричні заряди притягуються і відштовхуються один від одного. Це схоже на взаємодію магнітів. Всім знайоме, що якщо потерти лінійку або кулькову ручку про волосся – вона наелектризується. Якщо в цьому стані піднести її до паперу, то вона прилипне до наелектризованої пластику. При електризації відбувається перерозподіл зарядів, так що на одній частині тіла їх стає більше, а на інший менше.

З цієї ж причини вас іноді б’є струмом шерстяний светр або інші люди, коли ви їх торкаєтеся.

висновок: електричні заряди з одним знаком прагнуть один до одного, а з різними – відштовхуються. Вони перетікають з одного тіла на інше, коли торкаються один одного.

способи вимірювання

Існує ряд способів вимірювання електричного заряду, давайте розглянемо деякі з них. Вимірювальний прилад називається крутильними вагами.

Ваги Кулона – це крутильні ваги його винаходу. Сенс полягає, в тому, що в посудині на кварцовою нитки підвішена легка штанга з двома кульками на кінцях, і один нерухомий заряджений кульку. Другим кінцем нитка закріплена за ковпак. Нерухомий кулька виймається, для того щоб повідомити йому заряд, після цього потрібно встановити його назад в судину. Після цього підвішена на нитці частина почне рух. На посудині нанесена проградуірованная шкала. Принцип його дії відображений на відео.

Інший прилад для вимірювання електричного заряду – електроскоп. Він, як і попередні, являє собою скляну посудину з електродом, на якому закріплено два металевих листочка з фольги. Заряджене тіло підносять до верхнього кінця електрода, за яким заряд стікає на фольгу, в результаті обидва листочка виявляться однойменно зарядженими і почнуть відштовхуватися. Величину заряду визначають по тому, наскільки сильно вони відхиляться.

Електрометр – ще один вимірювальний прилад. Складається з металевого стержня і обертається стрілки. При дотику до електрометрії зарядженим тілом, заряди стікають по стрижні до стрілки, стрілка відхиляється і вказує на шкалі певну величину.

Наостанок рекомендуємо переглянути ще одну корисну відео по темі:

Ми розглянули важливу фізичну величину. Навчання про неї дозволили значно розширити знання про електрику в цілому. Внесок у науку і техніку досить вагомий, а область застосування цих знань пов’язана і з медициною. Іонізатори повітря позитивно впливають на організм людини: прискорюють процес доставки кисню з повітря до клітин. Прикладом такого приладу є люстра Чижевського. Тепер ви знаєте, що таке електричний заряд і як його вимірюють.

Ссылка на основную публикацию