Propriétés des particules élémentaires chargées électriquement
En frottant deux corps différents ensemble, ainsi que par induction, on peut donner aux corps des propriétés spéciales - électriques.
Charges électriques et particules chargées
Apprentissage corps électrifiés ont montré que leurs propriétés électriques s'expliquent par le fait que les particules dont toutes les substances sont composées ont une propriété physique spéciale appelée charge électrique.
La charge électrique caractérise la relation des particules avec leur propre champ électromagnétique et leur interaction avec un champ électromagnétique externe. La charge est l'une des propriétés distinctives de nombreuses particules élémentaires. Il existe deux types de charges électriques : positif et négatif.
Comme vous le savez, tous les corps dans la nature sont composés de particules discrètes. Ces particules sont dites élémentaires. Chaque particule élémentaire a ses propres caractéristiques qui sont différentes des caractéristiques des autres particules. Ces caractéristiques incluent : la masse au repos, la charge électrique, le spin, le moment magnétique, la durée de vie, etc.
Les particules élémentaires font partie des atomes et des molécules de la matière, mais elles peuvent aussi être à l'état libre. Ce sont, par exemple, les électrons qui composent le "gaz d'électrons" dans les fils métalliques, les électrons des courants cathodiques dans des tubes à vide etc.
Les particules élémentaires avec des charges électriques de signes différents s'attirent et avec des charges de mêmes signes se repoussent. Lorsque les particules se déplacent autour d'elles, un champ magnétique est observé.
Les principaux porteurs de charge dans la matière, c'est-à-dire les particules qui ont des propriétés électriques, sont des électrons chargés négativement et des protons chargés positivement. Ils font partie des atomes de toutes les substances, étant leurs principaux éléments structurels.
La totalité de tous les phénomènes électriques est déterminée par les charges des particules qui composent les atomes et leurs champs. A ce propos, arrêtons-nous sur la structure interne des atomes dans la mesure où il est nécessaire de comprendre les phénomènes considérés en génie électrique.
La structure des atomes d'éléments chimiques: La structure des atomes — particules élémentaires de matière, électrons, protons, neutrons
Propriétés électriques des corps
Les solides ont généralement une structure cristalline: leurs atomes sont disposés dans l'espace selon une séquence stricte à une certaine distance les uns des autres, formant ce que l'on appelle le réseau spatial ou cristallin. Les sites du réseau contiennent des ions positifs.
En raison des distances relativement faibles, les atomes voisins agissent sur les électrons de la couche de valence d'un atome donné, c'est pourquoi les électrons de valence participent directement à l'échange d'électrons de chaque atome avec les atomes voisins environnants.Cela conduit au fait que les niveaux d'énergie sont divisés en plusieurs niveaux étroitement espacés qui forment des zones d'états d'énergie électroniques continus.
Les propriétés électriques des corps sont déterminées par la structure de ces zones et le nombre d'électrons remplissant les zones selon le principe d'exclusion. Dans les métaux qui incluent, par exemple, le cuivre, la bande de valence est à moitié remplie d'électrons, tandis que toutes les bandes d'énergie inférieure sont complètement remplies.
La présence d'une zone partiellement remplie est caractéristique de tous les métaux.Pour exciter l'électron de valence d'un atome isolé à un niveau supérieur, certaines parties discrètes d'énergie sont nécessaires.
Dans les métaux, la bande de conduction est partiellement remplie. Par conséquent, les électrons qu'il contient occupent facilement des états libres, et pratiquement n'importe quelle petite quantité d'énergie est suffisante pour élever un électron à un niveau libre supérieur et créer électricité.
Puisque la conductivité dans les métaux est due à la mobilité des électrons, on l'appelle conductivité électronique… La conductivité des électrolytes est déterminée par la présence d'ions positifs et négatifs facilement mobiles dans des solutions dans lesquelles certaines des molécules de soluté sont décomposées. Cette conductivité est appelée conductivité ionique.
Une conductivité ionique importante est caractéristique de certains sels à l'état fondu et gaz à l'état ionisé... Les gaz sont ionisés sous l'influence d'une température élevée, d'une haute tension, etc. Un gaz à haute densité d'électrons libres et de molécules à l'état ionisé est appelé plasma.
Voir également: Métaux et diélectriques - Quelle est la différence ?
La loi de coulomb
La loi de Coulomb (1785) fut la première à établir une relation quantitative entre les valeurs des charges électriques et leur interaction. Cette loi a joué et continue de jouer un rôle important dans l'établissement de l'unité des caractéristiques de charge et de force du champ électrostatique. Pour plus de détails voir ici :La loi de Coulomb et son application en génie électrique