La charge électrique et ses propriétés

Les processus physiques qui se déroulent dans la nature ne sont pas toujours expliqués par l'action des lois de la théorie de la cinétique moléculaire, de la mécanique ou de la thermodynamique. Il existe également des forces électromagnétiques qui agissent à distance et ne dépendent pas du poids corporel.

Leurs manifestations ont été décrites pour la première fois dans les travaux d'anciens scientifiques grecs, lorsqu'ils attiraient de la lumière, de petites particules de substances individuelles avec de l'ambre, frottées contre de la laine.

Contribution historique des scientifiques au développement de l'électrodynamique

Des expériences avec l'ambre ont été étudiées en détail par le chercheur anglais William Hilbert... Dans les dernières années du XVIe siècle, il rend compte de son travail et définit des objets capables d'attirer d'autres corps à distance avec le terme "électrifié".

Le physicien français Charles Dufay a établi l'existence de charges de signes opposés: certaines ont été formées en frottant des objets en verre sur du tissu en soie et d'autres - des résines sur de la laine. C'est ainsi qu'il les appelait : verre et résine. Après avoir terminé la recherche, Benjamin Franklin a introduit le concept de charges négatives et positives.

Charles Visulka réalise la possibilité de mesurer la force des charges en concevant une balance de torsion de sa propre invention.

Robert Milliken, sur la base d'une série d'expériences, il a établi la nature discrète des charges électriques de toute substance, prouvant qu'elles sont constituées d'un certain nombre de particules élémentaires. (À ne pas confondre avec un autre concept de ce terme - fragmentation, discontinuité.)

Les travaux de ces scientifiques ont servi de base à la connaissance moderne des processus et des phénomènes se produisant dans les champs électriques et magnétiques créés par les charges électriques et leur mouvement, étudiés par l'électrodynamique.

Détermination des frais et principes de leur interaction

La charge électrique caractérise les propriétés des substances qui leur confèrent la capacité de créer des champs électriques et d'interagir dans les processus électromagnétiques. Elle est également appelée quantité d'électricité et est définie comme une quantité scalaire physique. Les symboles "q" ou "Q" sont utilisés pour indiquer la charge, et l'unité "Pendentif" est utilisée dans les mesures, du nom du scientifique français qui a développé une technique unique.

Il a créé un appareil dont le corps utilisait des billes suspendues à un fin fil de quartz. Ils étaient orientés dans l'espace d'une certaine manière et leur position était enregistrée sur une échelle graduée avec des divisions égales.

À travers un trou spécial dans le couvercle, une autre balle avec une charge supplémentaire a été amenée à ces balles. Les forces d'interaction résultantes ont forcé les balles à dévier, à faire pivoter leur swing. La différence entre les lectures d'échelle avant et après la charge a permis d'estimer la quantité d'électricité dans les échantillons de test.

Une charge de 1 coulomb est caractérisée dans le système SI par un courant de 1 ampère traversant la section d'un fil en un temps égal à 1 seconde.

L'électrodynamique moderne divise toutes les charges électriques en :

• positif;

• négatif.

Lorsqu'ils interagissent les uns avec les autres, ils développent des forces dont la direction dépend de la polarité existante.

Les charges de même type, positives ou négatives, se repoussent toujours dans des directions opposées, tendant à s'éloigner le plus possible.Et pour les charges de signes opposés, il existe des forces qui tendent à les rapprocher et à les unir en une seule. .

Principe de superposition

Lorsqu'il y a plusieurs charges dans un certain volume, le principe de superposition fonctionne pour elles.

Sa signification est que chaque charge d'une certaine manière, selon la méthode décrite ci-dessus, interagit avec toutes les autres, étant attirée par les opposés et repoussée par les similaires. Par exemple, la charge positive q1 est affectée par la force attractive F31 vers la charge négative q3 et la force répulsive F21 depuis q2.

La force résultante F1 agissant sur q1 est déterminée par la sommation géométrique des vecteurs F31 et F21. (F1 = F31 + F21).

La même méthode est utilisée pour déterminer les forces résultantes F2 et F3 sur les charges q2 et q3, respectivement.

En utilisant le principe de superposition, il a été conclu que pour un certain nombre de charges dans un système fermé, des forces électrostatiques constantes agissent entre tous ses corps, et le potentiel en tout point particulier de cet espace est égal à la somme des potentiels de tous frais facturés séparément.

Le fonctionnement de ces lois est confirmé par les dispositifs créés électroscope et électromètre, qui ont un principe de fonctionnement commun.

Un électroscope se compose de deux feuilles minces identiques de papier d'aluminium suspendues dans un espace isolé sur un fil conducteur attaché à une boule de métal. Dans un état normal, les charges n'agissent pas sur cette boule, donc les pétales pendent librement dans l'espace à l'intérieur de l'ampoule de l'appareil.

Comment la charge peut-elle être transférée entre les corps

Si vous apportez un corps chargé, tel qu'une tige, à la boule de l'électroscope, la charge traversera la boule le long d'un fil conducteur jusqu'aux pétales. Ils recevront la même charge et commenceront à s'éloigner l'un de l'autre selon un angle proportionnel à la quantité d'électricité appliquée.

L'électromètre a la même structure de base, mais il y a de petites différences: un pétale est fixe immobile, et le second s'en éloigne et est équipé d'une flèche qui permet de lire l'échelle graduée.

Des porteurs intermédiaires peuvent être utilisés pour transférer la charge d'un corps stationnaire et chargé distant vers un électromètre.

Les mesures effectuées par un électromètre n'ont pas une classe de précision élevée et, sur leur base, il est difficile d'analyser les forces agissant entre les charges. L'équilibre de torsion de Coulomb est plus adapté à leur étude. Ils ont utilisé des boules avec des diamètres beaucoup plus petits que leur distance les unes des autres. Ils ont les propriétés de charges ponctuelles - des corps chargés dont les dimensions n'affectent pas la précision de l'appareil.

Les mesures effectuées par Coulomb ont confirmé son hypothèse selon laquelle une charge ponctuelle est transférée d'un corps chargé au même en propriétés et en masse, mais non chargée de telle manière qu'elle est uniformément répartie entre eux, diminuant d'un facteur 2 à la source.De cette façon, il a été possible de réduire le montant de la redevance par deux, trois fois et d'autres fois.

Les forces qui existent entre les charges électriques stationnaires sont appelées interactions coulombiennes ou statiques. Ils sont étudiés par l'électrostatique, qui est l'une des branches de l'électrodynamique.

Types de porteurs de charge électrique

La science moderne considère la plus petite particule chargée négativement électron, et positivement — positron... Ils ont la même masse 9,1 × 10-31 kilogrammes. Le proton de la particule n'a qu'une seule charge positive et une masse de 1,7 × 10-27 kilogrammes. Dans la nature, le nombre de charges positives et négatives est équilibré.

Dans les métaux, le mouvement des électrons est créé électricité, et dans les semi-conducteurs, ses porteurs de charge sont les électrons et les trous.

Dans les gaz, le courant est formé par le mouvement des ions - particules chargées non élémentaires (atomes ou molécules) avec des charges positives, appelées cations, ou négatives - anions.

Les ions sont formés à partir de particules neutres.

Une charge positive est créée dans une particule qui a perdu un électron sous l'influence d'une décharge électrique puissante, d'un rayonnement lumineux ou radioactif, du vent, du mouvement des masses d'eau ou d'un certain nombre d'autres raisons.

Les ions négatifs sont formés à partir de particules neutres qui ont en plus reçu un électron.

L'utilisation de l'ionisation à des fins médicales et dans la vie quotidienne

Les chercheurs ont depuis longtemps remarqué la capacité des ions négatifs à affecter le corps humain, à améliorer la consommation d'oxygène dans l'air, à le délivrer plus rapidement aux tissus et aux cellules et à accélérer l'oxydation de la sérotonine.Tout cela dans le complexe augmente considérablement l'immunité, améliore l'humeur, soulage la douleur.

Le premier ioniseur utilisé pour traiter les personnes s'appelait les lustres Chizhevsky, en l'honneur du scientifique soviétique qui a créé un appareil ayant un effet bénéfique sur la santé humaine.

Dans les appareils électriques modernes pour le travail dans un environnement domestique, vous pouvez trouver des ioniseurs intégrés dans les aspirateurs, les humidificateurs d'air, les sèche-cheveux, les sèche-cheveux ...

Des ioniseurs d'air spéciaux purifient sa composition, réduisent la quantité de poussière et d'impuretés nocives.

Les ioniseurs d'eau sont capables de réduire la quantité de réactifs chimiques dans leur composition. Ils sont utilisés pour nettoyer les piscines et les lacs, saturant l'eau avec des ions de cuivre ou d'argent qui réduisent la croissance des algues, détruisent les virus et les bactéries.

Termes et définitions utiles

Qu'est-ce que la charge électrique volumique

Il s'agit d'une charge électrique répartie dans tout le volume.

Qu'est-ce que la charge électrique de surface

C'est une charge électrique qui est considérée comme distribuée sur la surface.

Qu'est-ce qu'une charge électrique linéaire

C'est une charge électrique qui est considérée comme distribuée le long d'une ligne.

Quelle est la densité volumique de la charge électrique

C'est une grandeur scalaire caractérisant la répartition de la charge électrique volumique, égale à la limite du rapport de la charge volumique sur l'élément de volume dans lequel elle se répartit lorsque cet élément de volume tend vers zéro.

Quelle est la densité de charge électrique de surface

C'est une grandeur scalaire caractérisant la répartition de la charge électrique surfacique, égale à la limite du rapport de la charge électrique surfacique à l'élément surfacique sur lequel elle se répartit lorsque cet élément surfacique tend vers zéro.

Qu'est-ce que la densité de charge électrique linéaire

C'est une grandeur scalaire qui caractérise la répartition d'une charge électrique linéaire, égale à la limite du rapport d'une charge électrique linéaire sur un élément de la longueur de la ligne le long de laquelle cette charge est répartie lorsque cet élément de longueur tend vers zéro .

Qu'est-ce qu'un dipôle électrique

Il s'agit d'un ensemble de deux charges électriques ponctuelles de même grandeur et de signe opposé et situées à une très petite distance l'une de l'autre par rapport à la distance qui les sépare des points d'observation.

Quel est le moment électrique d'un dipôle électrique

C'est une quantité vectorielle égale au produit de la valeur absolue de l'une des charges du dipôle et de la distance entre elles et dirigée de la charge négative vers la charge positive.

Quel est le moment électrique du corps

C'est une grandeur vectorielle égale à la somme géométrique des moments électriques de tous les dipôles qui composent le corps considéré. "Le moment électrique d'un volume de matière donné" est défini de manière similaire.