Εισαγωγή στην Ηλεκτρική Φόρτιση

Γνωρίζουμε για υποατομικά σωματίδια όπως πρωτόνια, ηλεκτρόνια και νετρόνια."Τα πρωτόνια" έχουν +ve φορτίο, τα ηλεκτρόνια έχουν φορτίο -ve και τα νετρόνια δεν έχουν φορτίο, δηλαδή είναι ουδέτερα. Το συνολικό φορτίο σε ένα υλικό είναι ο αριθμός των φορτίων πολλαπλασιασμένος με το φορτίο ενός ηλεκτρονίου.

Το ηλεκτρικό φορτίο υποδηλώνεται με το γράμμα "q" ή "Q".

Λοιπόν,

Q=ne, όπου n είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων και e το φορτίο ενός ηλεκτρονίου 

e=1,6x10-19C

Το C είναι coloumb που είναι η τυπική μονάδα ηλεκτρικού φορτίου.

Αγωγοί και μονωτές

Με βάση την ικανότητά τους να μετακινούν φορτία μέσω αυτών, τα υλικά μπορούν να ταξινομηθούν ως αγωγοί και μονωτές. Οι αγωγοί είναι εκείνα τα υλικά μέσω των οποίων το φορτίο μπορεί να μετακινηθεί εύκολα. Παραδείγματα περιλαμβάνουν μέταλλα, ανθρώπινο σώμα, νερό βρύσης. Το δέρμα μας είναι επίσης ηλεκτρικός αγωγός. Το μόνο αμέταλλο που άγει ηλεκτρισμό είναι ο γραφίτης.

Ελεύθερα ηλεκτρόνια υπάρχουν σε όλα τα μέταλλα, τα κράματα και τον γραφίτη και μπορούν να ρέουν ελεύθερα σε όλο τον αγωγό.

Οι μονωτές είναι εκείνα τα υλικά μέσα από τα οποία το φορτίο δεν μπορεί να κινηθεί ελεύθερα. Οι μονωτές ονομάζονται επίσης μη αγωγοί. Παραδείγματα περιλαμβάνουν πλαστικό, γυαλί, καουτσούκ.

Φορτισμένα σωματίδια

Τα θετικά φορτισμένα πρωτόνια, τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια και τα ηλεκτρικά ουδέτερα νετρόνια συνθέτουν ένα άτομο. Σε έναν πυρήνα πυρήνα, τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι πυκνά συσκευασμένα μεταξύ τους. Το φορτίο ενός μόνο ηλεκτρονίου είναι το ίδιο με το φορτίο ενός μοναδικού πρωτονίου, εκτός του ότι το πρόσημο αντιστρέφεται. Τα ηλεκτρόνια έλκονται προς τον πυρήνα επειδή το ηλεκτρικό τους πρόσημο είναι αντίθετο από αυτό των πρωτονίων στον πυρήνα. Όταν τα άτομα ενός αγωγού συγκεντρώνονται για να σχηματίσουν ένα στερεό, μερικά από τα εξωτερικά ηλεκτρόνια του είναι ελεύθερα να περιπλανηθούν μέσα στο στερεό, αφήνοντας θετικά φορτισμένα άτομα πίσω. Τα ηλεκτρόνια αγωγιμότητας είναι το όνομα που δόθηκε σε αυτά τα κινητά ηλεκτρόνια.

Προκαλούμενες χρεώσεις

Το επαγωγικό φορτίο είναι το φορτίο ενός σώματος που επηρεάζει το φορτίο που το περιβάλλει, ενώ το επαγόμενο φορτίο είναι το φορτίο σε έναν αγωγό που επηρεάζεται από το φορτίο ενός άλλου σώματος.

Φόρτιση σωμάτων

Η ηλεκτροδότηση είναι η μετατροπή ενός ουδέτερου σώματος σε φορτισμένο.

Νόμος του Coulomb

Αυτή η εξίσωση λειτουργεί μόνο για φορτισμένα σωματίδια. Όταν δύο φορτισμένα σωματίδια έρχονται κοντά, ασκούν ηλεκτροστατική έλξη το ένα στο άλλο. Τα σημάδια των φορτίων καθορίζουν την κατεύθυνση των διανυσμάτων δύναμης. Εναλλακτικά, εάν τα σωματίδια έχουν αντίθετα σημάδια φορτίου, ελκύουν το ένα το άλλο. Δηλαδή, το διάνυσμα της δύναμης σε κάθε σωματίδιο δείχνει απευθείας στο άλλο σωματίδιο. Ο νόμος του Coulomb είναι η εξίσωση για τις ηλεκτροστατικές δυνάμεις που δρουν στα σωματίδια. Γράφουμε την ηλεκτροστατική δύναμη ως

F=k(q1q2)/r2

όπου r υποδηλώνει την απόσταση των σωματιδίων και k δηλώνει μια θετική σταθερά γνωστή ως ηλεκτροστατική σταθερά ή σταθερά Coulomb.

Σφαιρικοί αγωγοί

Όταν εφαρμόζεται υπερβολικό φορτίο σε ένα αγώγιμο σφαιρικό κέλυφος, το επιπλέον φορτίο εξαπλώνεται ομοιόμορφα σε όλη την επιφάνεια. Όταν τα πλεονάζοντα ηλεκτρόνια τοποθετούνται σε ένα σφαιρικό μεταλλικό κέλυφος, αντιτίθενται το ένα στο άλλο και τείνουν να μεταναστεύσουν χωριστά, απλώνονται στη διαθέσιμη επιφάνεια μέχρι να κατανεμηθούν ομοιόμορφα. Οι αποστάσεις μεταξύ όλων των ζευγών επιπλέον ηλεκτρονίων μεγιστοποιούνται ως αποτέλεσμα αυτού του σχεδιασμού. Όταν το αρνητικό φορτίο αφαιρείται από ένα σφαιρικό μεταλλικό κέλυφος, το θετικό φορτίο κατανέμεται ομοιόμορφα στην επιφάνεια του κελύφους.

Ιδιότητες των ηλεκτρικών φορτίων

Η χρέωση είναι κβαντισμένη

Για παράδειγμα, είναι δυνατό να βρεθεί ένα σωματίδιο χωρίς φορτίο, φορτίο 15e ή φορτίο 4e, αλλά όχι σωματίδιο με φορτίο 4,57e.

Η χρέωση διατηρείται

Το ηλεκτρικό φορτίο ενός σωματιδίου είναι συντηρητικό στη φύση του. Σημαίνει ότι η χρέωση δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να εξαλειφθεί με οποιονδήποτε τρόπο. Τα φορτία μπορούν να μεταφερθούν από ένα σύστημα σε άλλο σύστημα με μηχανισμούς όπως η αγωγή και η επαγωγή.

Προσθετική ιδιότητα των χρεώσεων

Η απευθείας προσθήκη είναι δυνατή για χρεώσεις. Για παράδειγμα:- :ένα σύστημα με τρεις φορτίσεις,  q1,q2,q3. Η συνολική χρέωση του συστήματος μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας αυτήν την ιδιότητα προσθέτοντας και τις τρεις χρεώσεις μαζί.

Ηλεκτρικό πεδίο

Είναι η ζώνη γύρω από ένα φορτισμένο σωματίδιο που δέχεται δύναμη από ένα άλλο φορτισμένο σωματίδιο ή αντικείμενο. Formula of Electric Field,

E=F/q

F σημαίνει δύναμη, ενώ q σημαίνει φορτίο στον παραπάνω υπολογισμό. Ο νόμος coulombs χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του F.

Κατεύθυνση E

Το ηλεκτρικό πεδίο ταξιδεύει πάντα από το θετικό στο αρνητικό φορτίο. Στην περίπτωση ενός μόνο θετικού φορτίου, το ηλεκτρικό πεδίο απομακρύνεται από το θετικό φορτίο και προς το αρνητικό φορτίο.

Συμπέρασμα

Από το άρθρο παίρνουμε μια ιδέα για τα ηλεκτρικά φορτία, τις ιδιότητές τους, τα ηλεκτρικά πεδία, τον νόμο του Κουλόμπ και τους αγωγούς και τους μονωτές. Η ισχύς της ηλεκτρικής αλληλεπίδρασης ενός αντικειμένου με ένα σωματίδιο καθορίζεται από το ηλεκτρικό του φορτίο, που μπορεί να είναι θετική ή αρνητική.