Sifat beban tepat waktu dan undang -undang coulomb

A Beban tepat waktu, Dalam konteks elektromagnetisme, caj elektrik dimensi yang begitu kecil, yang boleh dianggap sebagai titik. Sebagai contoh, zarah asas yang mempunyai cas elektrik, proton dan elektron, sangat kecil sehingga dimensi mereka boleh ditinggalkan dalam banyak aplikasi. Pertimbangkan bahawa beban tepat waktu memudahkan kerja mengira interaksi dan memahami sifat elektrik perkara itu.

Zarah rendah bukan satu -satunya yang boleh menjadi beban tertentu. Molekul terionisasi juga boleh, sfera yang dimuatkan yang digunakan oleh Charles. Coulomb (1736-1806) dalam eksperimennya dan juga tanah yang sama. Semua boleh dianggap beban tertentu, selagi kita melihatnya pada jarak jauh lebih besar daripada saiz objek.

Rajah 1. Beban spesifik tanda yang sama ditolak, sementara tanda bertentangan tertarik. Sumber: Wikimedia Commons.

Oleh kerana semua badan diperbuat daripada zarah -zarah asas, caj elektrik adalah harta benda yang melekat, seperti jisim. Anda tidak boleh mempunyai elektron tanpa jisim, dan tidak tanpa beban.

[TOC]

Sifat

Sejauh yang kita ketahui hari ini, terdapat dua jenis caj elektrik: positif dan negatif. Elektron mempunyai beban jenis negatif, sementara proton memilikinya positif.

Banyak tanda yang sama ditolak, sementara tanda bertentangan tertarik. Ini sah untuk apa -apa jenis caj elektrik, sama ada tepat waktu atau diedarkan melalui objek dimensi yang boleh diukur.

Di samping itu, eksperimen yang teliti mendapati bahawa beban proton dan elektron mempunyai magnitud yang sama.

Satu lagi perkara yang sangat penting untuk dipertimbangkan ialah caj elektrik dikira. Sehingga kini, beban elektrik terpencil belum dijumpai kurang daripada beban elektron. Semuanya adalah gandaan ini.

Akhirnya, caj elektrik dipelihara. Dengan kata lain, caj elektrik tidak dibuat dan tidak dimusnahkan, tetapi ia boleh dipindahkan dari satu objek ke yang lain. Dengan cara ini, jika sistem diasingkan, jumlah beban tetap tetap.

Boleh melayani anda: 21 peristiwa penting fizik

Unit caj elektrik

Unit untuk caj elektrik dalam Sistem Unit Antarabangsa (SI) adalah Coulomb, disingkat dengan modal C, sebagai penghormatan kepada Charles untuk. Coulomb (1736-1806), yang menemui undang-undang yang menanggung namanya dan menggambarkan interaksi antara dua caj tertentu. Kemudian kita akan bercakap mengenainya.

Caj elektrik elektron, yang paling kecil yang boleh diasingkan dalam alam semula jadi, mempunyai magnitud:

dan^- = 1.6 x 10 ^-16 C

Coulomb adalah unit yang cukup besar, jadi submultiple sering digunakan:

-1 mili 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

Dan seperti yang telah kita sebutkan tadi, tanda dan^- Ia negatif. Beban proton mempunyai magnitud yang sama, tetapi dengan tanda positif.

Tanda-tanda adalah soal konvensyen, iaitu, terdapat dua jenis elektrik dan perlu membezakannya, oleh itu seseorang ditugaskan tanda (-) dan tanda lain (+). Benjamin Franklin membuat penamaan ini, dan juga mengutarakan prinsip pemuliharaan beban.

Untuk masa Franklin, struktur dalaman atom masih belum diketahui, tetapi Franklin telah memerhatikan bahawa bar gelas sutera yang digosok secara elektrik dikenakan, memanggil jenis elektrik seperti ini.

Sebarang objek yang tertarik dengan elektrik sedemikian, mempunyai tanda negatif. Selepas elektron ditemui, diperhatikan bahawa bar kaca yang dimuatkan menarik mereka, dan ini adalah bagaimana beban elektron negatif.

Undang -undang Coulomb untuk beban tertentu

Pada akhir abad ke -18, Coulomb, seorang jurutera tentera Perancis, mendedikasikan banyak masa untuk mengkaji sifat -sifat bahan -bahan, kekuatan yang bertindak pada rasuk dan daya geseran.

Tetapi lebih teringat oleh undang -undang yang menanggung namanya dan menggambarkan interaksi antara dua caj elektrik tertentu.

Boleh melayani anda: Magnetisme: Sifat Magnet Bahan, Kegunaan

Biarkan dua caj elektrik q₁ dan q₂. Coulomb memutuskan bahawa daya di antara mereka, sudah keluar dari tarikan atau penolakan, berkadar terus dengan produk kedua -dua caj, dan berkadar songsang dengan kuadrat jarak di antara mereka.

Matematik:

F∝ Q₁ . q₂ / r²

Dalam persamaan ini, F mewakili magnitud daya dan r Ia adalah jarak yang memisahkan beban. Kesamaan memerlukan perkadaran yang berterusan, yang dipanggil pemalar elektrostatik dan dilambangkan sebagai k_dan.

Oleh itu:

F = k. q₁ . q₂ /r²

Coulomb juga mendapati bahawa kekuatan itu diarahkan sepanjang garis yang bergabung dengan beban. Kemudian ya r Ia adalah vektor unit di sepanjang garis itu, undang -undang Coulomb sebagai vektor adalah:

 Bentuk undang -undang Coulomb ini hanya berlaku untuk beban tertentu.

Permohonan undang -undang Coulomb 

Coulomb menggunakan peranti yang dipanggil Keseimbangan kilasan Untuk eksperimen anda. Melaluinya, nilai pemalar elektrostatik dapat ditubuhkan dalam:

k_dan = 8.99 x 10⁹ N m²/C² ≈ 9.0 x 10⁹ N m²/C²

Seterusnya kita akan melihat permohonan. Anda mempunyai tiga beban tertentu yang_Ke, q_B dan q_C terdapat dalam kedudukan yang ditunjukkan dalam Rajah 2. Mari kita hitung daya bersih pada q_B.

Rajah 2. Kekuatan beban negatif dikira oleh undang -undang Coulomb. Sumber: f. Zapata.

Beban q_Ke menarik beban q_B, Kerana mereka adalah tanda bertentangan. Perkara yang sama boleh dikatakan mengenai q_C. Rajah badan terpencil berada dalam Rajah 2 di sebelah kanan, yang menunjukkan bahawa kedua -dua daya diarahkan sepanjang paksi menegak atau paksi y, dan mempunyai deria yang bertentangan.

Daya bersih pada beban q_B adalah:

F_R = F_Ab + F_Cb (Prinsip superposisi)

Ia hanya kekal untuk menggantikan nilai berangka, berhati -hati untuk menulis semua unit dalam sistem antarabangsa (SI).

F_Ab = 9.0 x 10⁹ x 1 x 10^-9 x 2 x 10^-9 / (2 x 10^-2) ² N (+dan) = 0.000045 (+dan) N

F_Cb = 9.0 x 10⁹ x 2 x 10^-9 x 2 x 10^-9 / (1 x 10^-2) ² N (-dan) = 0.00036 (-dan) N

F_R = F_Ab + F_Cb = 0.000045 (+dan) + 0.00036 (-dan) N = 0.000315 (-dan) N

Graviti dan elektrik

Kedua -dua kuasa ini mempunyai bentuk matematik yang sama. Sudah tentu, mereka berbeza dengan nilai pemalar perkadaran dan di mana graviti berfungsi dengan massa, sementara elektrik melakukannya dengan beban.

Boleh melayani anda: dinamik sistem zarah: contoh, latihan

Tetapi yang penting ialah kedua -duanya bergantung pada songsang ke kuadrat jarak.

Terdapat jenis jisim yang unik dan dianggap positif, jadi daya graviti selalu menarik, sementara caj boleh positif atau negatif. Oleh itu, daya elektrik boleh menjadi tarikan atau penolakan, seperti halnya.

Dan kami mempunyai perincian ini yang berasal dari yang di atas: semua objek dalam kejatuhan bebas mempunyai pecutan yang sama, sementara mereka berada di dekat permukaan bumi.

Tetapi jika kita melepaskan proton dan elektron berhampiran satah yang dimuatkan, contohnya, elektron akan mempunyai pecutan yang lebih besar daripada proton. Di samping itu, pecutan akan mempunyai deria yang bertentangan.

Akhirnya, caj elektrik dikira, seperti yang dinyatakan. Ini bermakna kita dapat mencari beban 2.3 atau 4 kali dari elektron -atau proton -tetapi tidak pernah 1.5 kali beban ini. Massa sebaliknya bukan gandaan dari jisim yang unik.

Di dunia zarah subatom, daya elektrik melebihi magnitud graviti. Walau bagaimanapun, pada skala makroskopik, daya graviti adalah yang mendominasi. Di mana? Di peringkat planet, sistem suria, galaksi dan banyak lagi.

Rujukan

1. Figueroa, d. (2005). Siri: Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 5. Elektrostatik. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
2. Giancoli, d. 2006. Fizik: Prinsip dengan aplikasi. 6th. Ed Prentice Hall.
3. Kirkpatrick, l. 2007. Fizik: Lihatlah dunia. Edisi Singkat ke -6. Pembelajaran Cengage.
4. Knight, r. 2017. Fizik untuk saintis dan kejuruteraan: Pendekatan Strategi. Pearson.
5. Sears, Zemansky. 2016. Fizik universiti dengan fizik moden. Ke -14. Ed. V 2.