EN punktbelastning, I forbindelse med elektromagnetisme er det den elektriske ladningen med så små dimensjoner at den kan betraktes som et poeng. For eksempel er elementære partikler som har en elektrisk ladning, protonen og elektronen, så små at dimensjonene deres kan utelates i mange applikasjoner. Å ta i betraktning at en ladning er punktorientert, gjør jobben med å beregne samspillet og forstå materiens elektriske egenskaper mye lettere..
Elementære partikler er ikke de eneste som kan være punktladninger. Det kan også ioniserte molekyler, de ladede kulene som Charles A. Coulomb (1736-1806) brukte i sine eksperimenter, og til og med jorden selv. Alle kan betraktes som punktladninger, så lenge vi ser dem på avstander som er mye større enn størrelsen på objektet..
Siden alle legemer er laget av elementære partikler, er elektrisk ladning en iboende egenskap av materie, akkurat som masse. Du kan ikke ha et elektron uten masse, og du kan heller ikke ha noe ladning.
Artikkelindeks
Så vidt vi vet i dag, er det to typer elektrisk ladning: positiv og negativ. Elektroner har negativ ladning, mens protoner har positiv ladning..
Avgifter av samme tegn frastøter, mens de med motsatt tegn tiltrekker seg. Dette gjelder for alle typer elektrisk ladning, enten punktlig eller distribuert over et objekt med målbare dimensjoner..
I tillegg verifiserte nøye eksperimenter at ladningen til protonet og elektronet har nøyaktig samme størrelse..
Et annet veldig viktig poeng å vurdere er at den elektriske ladningen kvantiseres. Til dags dato har det ikke blitt funnet noen isolerte elektriske ladninger i størrelsesorden mindre enn ladningen til elektronet. De er alle multipler av dette.
Til slutt er den elektriske ladningen konservert. Med andre ord, elektrisk ladning blir ikke skapt eller ødelagt, men den kan overføres fra ett objekt til et annet. På denne måten, hvis systemet er isolert, forblir den totale belastningen konstant..
Enheten for elektrisk ladning i International System of Units (SI) er Coulomb, forkortet med hovedstad C, til ære for Charles A. Coulomb (1736-1806), som oppdaget loven som bærer hans navn og beskriver samspillet mellom to poeng kostnader. Vi vil snakke om henne senere.
Elektronens elektriske ladning, som er minst mulig som kan isoleres i naturen, har en styrke på:
og- = 1,6 x 10 -16 C
Coulomb er en ganske stor enhet, så delmultipler brukes 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 nevnte før, tegnet på og- er negativ. Protonens ladning har nøyaktig samme størrelse, men med et positivt tegn.
Tegnene er et spørsmål om konvensjon, det vil si at det er to typer elektrisitet, og det er nødvendig å skille dem, derfor tildeles den ene et tegn (-) og det andre tegnet (+). Benjamin Franklin gjorde denne betegnelsen, og bekjente også prinsippet om bevaring av ladning..
På Franklins tid var atomens indre struktur fremdeles ukjent, men Franklin hadde observert at en glassstang som ble gnidd med silke ble elektrisk ladet og kalte denne typen strøm positiv..
Ethvert objekt som ble tiltrukket av nevnte elektrisitet hadde et negativt tegn. Etter at elektronen ble oppdaget, ble det observert at den ladede glassstangen tiltrukket dem, og slik ble elektronladningen negativ.
På slutten av 1700-tallet brukte Coulomb, en fransk hæringeniør, lang tid på å studere materialers egenskaper, styrkene som virker på bjelkene og friksjonskraften..
Men han huskes best for loven som bærer navnet hans, og som beskriver samspillet mellom topunkts elektriske ladninger.
La være to elektriske ladninger hva1 Y hvato. Coulomb bestemte at kraften mellom dem, enten tiltrekning eller frastøting, var direkte proporsjonal med produktet av begge ladningene, og omvendt proporsjonal med kvadratet av avstanden mellom dem..
Matematisk:
F∝ hva1 . hvato / rto
I denne ligningen, F representerer størrelsen på kraften og r er avstanden som skiller ladningene. Likhet krever en konstant proporsjonalitet, som kalles elektrostatisk konstant og betegnes som kog.
Og dermed:
F = k. hva1 . hvato / rto
Videre fant Coulomb at styrken var rettet langs linjen som forbinder anklagene. Så ja r er enhetsvektoren langs denne linjen, Coulombs lov som vektor er:
Coulomb brukte en enhet som het torsjonsbalanse for eksperimentene dine. Gjennom det var det mulig å etablere verdien av den elektrostatiske konstanten i:
kog = 8,99 x 109 N mto/ Cto ≈ 9,0 x 109 N mto/ Cto
Deretter vil vi se en applikasjon. Det er trepunktsladninger qTIL, hvaB og hvaC som er i posisjonene angitt i figur 2. La oss beregne nettokraften på qB.
Lasten qTIL tiltrekker belastningen somB, fordi de har motsatte tegn. Det samme kan sies om qC. Det isolerte kroppsdiagrammet er i figur 2 til høyre, der det observeres at begge kreftene er rettet langs den vertikale aksen eller y-aksen, og har motsatte retninger.
Nettokraften på ladningen qB Det er:
FR = FAB + FCB (Prinsipp for superposisjon)
Det gjenstår bare å erstatte de numeriske verdiene, og ta vare på å skrive alle enhetene i det internasjonale systemet (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 (-Y) N = 0,000315 (-Y) N
Disse to kreftene har samme matematiske form. Selvfølgelig skiller de seg i verdien av proporsjonalitetskonstanten, og ved at tyngdekraften fungerer med masser, mens elektrisitet fungerer med ladninger..
Men det viktige er at begge avhenger av den omvendte firkanten av avstanden.
Det er en unik type masse, og den regnes som positiv, så gravitasjonskraften er alltid attraktiv, mens ladninger kan være positive eller negative. Av denne grunn kan de elektriske kreftene være attraktive eller frastøtende, avhengig av tilfelle..
Og vi har denne detalj som er avledet fra det ovennevnte: alle objekter i fritt fall har samme akselerasjon, så lenge de er nær jordens overflate..
Men hvis vi for eksempel frigjør et proton og et elektron i nærheten av et ladet plan, vil elektronen ha en mye større akselerasjon enn protonen. I tillegg vil akselerasjonene ha motsatt retning.
Til slutt kvantiseres den elektriske ladningen, akkurat som det ble sagt. Det betyr at vi kan finne ladninger 2,3 eller 4 ganger så mye som elektronet eller protonet, men aldri 1,5 ganger denne ladningen. Massene er derimot ikke multipler av noen unik masse.
I verden av subatomære partikler overstiger den elektriske kraften den tyngdekraften i størrelse. Imidlertid, på makroskopiske skalaer, er tyngdekraften den dominerende. Hvor? På nivået med planetene, solsystemet, galaksen og mer.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.