EN punktbelastning, I forbindelse med elektromagnetisme er det den elektriske ladning med så små dimensioner, at det kan betragtes som et punkt. For eksempel er elementære partikler, der har en elektrisk ladning, protonen og elektronen, så små, at deres dimensioner kan udelades i mange applikationer. I betragtning af at en opladning er punktorienteret gør opgaven med at beregne dens interaktioner og forstå materiens elektriske egenskaber meget lettere..
Elementære partikler er ikke de eneste, der kan være punktladninger. Det kan også ioniserede molekyler, de ladede kugler, som Charles A. Coulomb (1736-1806) brugte i sine eksperimenter, og endda jorden selv. Alle kan betragtes som punktafgifter, så længe vi ser dem på afstande, der er meget større end objektets størrelse..
Da alle legemer er lavet af elementære partikler, er elektrisk ladning en iboende egenskab af stof, ligesom masse. Du kan ikke have en elektron uden masse, og du kan heller ikke have noget gebyr.
Artikelindeks
Så vidt vi ved i dag, er der to typer elektrisk ladning: positiv og negativ. Elektroner har en negativ ladning, mens protoner har en positiv ladning..
Afgifter af det samme tegn frastøder, mens de af det modsatte tegn tiltrækker. Dette gælder for enhver form for elektrisk ladning, enten punktlig eller fordelt over et objekt med målbare dimensioner..
Derudover verificerede omhyggelige eksperimenter, at ladningen af protonen og elektronen har nøjagtig samme størrelse..
Et andet meget vigtigt punkt at overveje er, at den elektriske ladning kvantiseres. Hidtil er der ikke fundet nogen isolerede elektriske ladninger i størrelsesorden mindre end elektronens ladning. De er alle flere af dette.
Endelig bevares den elektriske ladning. Med andre ord skabes eller ødelægges elektrisk ladning hverken, men den kan overføres fra et objekt til et andet. På denne måde forbliver den samlede belastning konstant, hvis systemet er isoleret..
Enheden til elektrisk opladning i det internationale system for enheder (SI) er Coulomb, forkortet med hovedstad C, til ære for Charles A. Coulomb (1736-1806), der opdagede loven, der bærer hans navn og beskriver samspillet mellem to point afgifter. Vi vil tale om hende senere.
Elektronens elektriske ladning, som er den mindst mulige, der kan isoleres i naturen, har en størrelse på:
og- = 1,6 x 10 -16 C
Coulomb er en ganske stor enhed, så submultiplerne bruges ofte:
-1 milli 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
Og som vi nævnte før, tegnet på og- er negativ. Protonens ladning har nøjagtig samme størrelse, men med et positivt tegn.
Tegnene er et spørgsmål om konvention, det vil sige, at der er to typer elektricitet, og det er nødvendigt at skelne mellem dem, derfor tildeles den ene et tegn (-) og det andet tegn (+). Benjamin Franklin foretog denne betegnelse og erklærede også princippet om bevarelse af ladning..
På Franklins tid var atomens indre struktur stadig ukendt, men Franklin havde observeret, at en glasstang, der var gnides med silke, blev elektrisk ladet og kaldte denne slags elektricitet positiv..
Ethvert objekt, der blev tiltrukket af nævnte elektricitet, havde et negativt tegn. Efter at elektronen blev opdaget, blev det observeret, at den ladede glasstang tiltrak dem, og sådan blev elektronladningen negativ.
I slutningen af det 18. århundrede brugte en fransk hæringeniør Coulomb lang tid på at undersøge materialernes egenskaber, kræfterne, der virker på bjælkerne, og friktionskraften..
Men han huskes bedst for loven, der bærer hans navn, og som beskriver interaktionen mellem topunkts elektriske ladninger.
Lad være to elektriske opladninger hvad1 Y hvadto. Coulomb fastslog, at kraften imellem dem, enten tiltrækning eller frastødning, var direkte proportional med produktet af begge ladninger og omvendt proportional med kvadratet for afstanden imellem dem..
Matematisk:
F∝ hvad1 . hvadto / rto
I denne ligning, F repræsenterer kraftens størrelse og r er den afstand, der adskiller ladningerne. Lighed kræver en proportionalitetskonstant, der kaldes den elektrostatiske konstant og betegnes som kog.
Dermed:
F = k. hvad1 . hvadto / rto
Desuden fandt Coulomb, at styrken var rettet langs den linje, der forbinder anklagerne. Så ja r er enhedsvektoren langs denne linje, Coulombs lov som en vektor er:
Coulomb brugte en enhed kaldet torsionsbalance til dine eksperimenter. Gennem det var det muligt at fastslå værdien af den elektrostatiske konstant i:
kog = 8,99 x 109 N mto/ Cto ≈ 9,0 x 109 N mto/ Cto
Dernæst ser vi en applikation. Der er tre punktafgifter qTIL, hvadB og hvadC der er i positionerne angivet i figur 2. Lad os beregne nettokraften på qB.
Belastningen qTIL tiltrækker den belastning, derB, fordi de har modsatte tegn. Det samme kan siges om qC. Det isolerede legemsdiagram er i figur 2 til højre, hvor det observeres, at begge kræfter er rettet langs den lodrette akse eller y-aksen og har modsatte retninger.
Nettokraften på ladningen qB det er:
FR = FAB + FCB (Princippet om superposition)
Det er kun at erstatte de numeriske værdier, idet man sørger for at skrive alle enhederne i det internationale system (SI).
FAB = 9,0 x 109 x 1 x 10-9 x 2 x 10-9 / (2 x 10-to) to N (+Y) = 0,000045 (+Y) N
FCB = 9,0 x 109 x 2 x 10-9 x 2 x 10-9 / (1 x 10-to) to N (-Y) = 0,00036 (-Y) N
FR = FAB + FCB = 0,000045 (+Y) + 0,00036 (-YN = 0,000315 (-Y) N
Disse to kræfter har den samme matematiske form. Selvfølgelig adskiller de sig i værdien af proportionalitetskonstanten, og ved at tyngdekraften arbejder med masser, mens elektricitet arbejder med afgifter..
Men det vigtige er, at begge afhænger af afstandens inverse firkant.
Der er en unik type masse, og den betragtes som positiv, så tyngdekraften er altid attraktiv, mens ladninger kan være positive eller negative. Af denne grund kan de elektriske kræfter være attraktive eller frastødende afhængigt af tilfældet..
Og vi har denne detalje, der er afledt af ovenstående: alle objekter i frit fald har samme acceleration, så længe de er tæt på jordens overflade..
Men hvis vi f.eks. Frigiver en proton og en elektron nær et ladet plan, vil elektronen have en meget større acceleration end protonen. Derudover vil accelerationerne have modsatte retninger.
Endelig kvantiseres den elektriske ladning, ligesom det blev sagt. Det betyder, at vi kan finde ladninger 2,3 eller 4 gange elektronen eller protonens, men aldrig 1,5 gange denne ladning. Masserne er derimod ikke multipla af en eller anden unik masse.
I verden af subatomære partikler overstiger den elektriske kraft tyngdekraften i størrelse. På makroskopiske skalaer er tyngdekraften dog den dominerende. Hvor? På planeteniveauet, solsystemet, galaksen og mere.
Endnu ingen kommentarer