Elektrisk opladning



Den information, vi har kunnet samle om Elektrisk opladning, er blevet omhyggeligt gennemgået og struktureret for at gøre den så nyttig som muligt. Du er sandsynligvis kommet her for at finde ud af mere om Elektrisk opladning. På internettet er det let at fare vild i et virvar af sider, der taler om Elektrisk opladning, men som ikke giver dig det, du gerne vil vide om Elektrisk opladning. Vi håber, at du vil fortælle os i kommentarerne, om du kan lide det, du har læst om Elektrisk opladning nedenfor. Hvis de oplysninger om Elektrisk opladning, som vi giver dig, ikke er hvad du søgte, så lad os det vide, så vi kan forbedre denne hjemmeside dagligt.

.

Elektrisk opladning
Beskrivelse af dette billede, også kommenteret nedenfor
Elektrisk felt skabt af to ladninger af respektive modsatte tegn.
SI-enheder coulomb (C)
Andre enheder ampere-time (Ah)
Dimension DET
SI base Til s
Natur Skalar størrelse konservativ omfattende
Sædvanligt symbol Q , q
Link til andre størrelser dq / dt = I  ; q = n * e

Den elektriske ladning er en grundlæggende egenskab ved materialet, der gør det muligt at interagere via elektromagnetiske felter . Det handler om en skalar størrelse , der spiller for den elektromagnetiske interaktion den samme rolle som massen for tyngdekraftsinteraktionen . Men i modsætning til sidstnævnte er der to typer elektriske ladninger, som kan skelnes ved deres tegn, positive eller negative. Afgifter af det samme tegn afviser hinanden, mens modsatte tegn tiltrækker. I almindeligt stof er der en balance mellem positive og negative ladninger, vi taler om elektrisk neutralitet .

Den sædvanlige måleenhed for opladning er coulomb (C) . Imidlertid bruges i nogle sammenhænge nogle gange andre enheder såsom ampere-time ( Ah ).

Elektrisk ladning er altid konserveret og udgør en væsentlig egenskab ved elementære partikler, der udsættes for elektromagnetisk interaktion. Elektrisk ladet materiale påvirkes af og producerer elektromagnetiske felter. Siden Millikans eksperiment i 1909 er det blevet demonstreret, at den elektriske ladning kvantificeres  : enhver ladning Q er et helt talmultipel af den grundlæggende ladning , bemærket e , der svarer til den absolutte værdi af elektronens ladning med e ≈ 1.602 × 10 -19  C . På grund af denne værdis lillehed er det imidlertid ofte muligt at se ladningen som en kontinuerlig størrelse, når makroskopiske mængder af ladninger betragtes. I elektronik manifesterer den elektriske ladnings diskrete natur sig imidlertid ved en bestemt type støj kaldet "  skudstøj  ".

Præsentation og historiske aspekter

Generel

Elektrisk opladning er et abstrakt begreb, der kan sammenlignes med massens , hvilket hjælper med at forklare visse opførsler. I modsætning til masse kan elektrisk ladning tage to former, hvilket erfaring fører til at betragtes som "modsat"; de kaldes vilkårligt "positive" og "negative".

To ladninger af samme art, for eksempel to positive ladninger, afviser hinanden, mens to ladninger af modsat natur tiltrækker hinanden. Dette fænomen kaldes elektromagnetisk interaktion.

Interaktionen mellem ladninger og et elektromagnetisk felt er kilden til en af ​​de fire grundlæggende kræfter . Disse elektromagnetiske felter i klassisk mekanik adlyder Maxwells ligninger .

Den elektriske ladning kan måles direkte med et elektrometer . Dens enhed er coulomb . De observerede partikler har ladninger, der er heltalsmultipler af den grundlæggende ladning, som er en grundlæggende fysisk konstant (undtagen partikler kaldet kvark, der har en elektrisk ladning svarende til et heltal ganget med e / 3). Kvarker har brøkdelinger på -1/3 eller +2/3, men der er aldrig observeret gratis kvarker. Den teoretiske grund til at forklare denne observation er asymptotisk frihed . Den diskrete natur af elektrisk ladning blev demonstreret af Robert Millikan i eksperimentet opkaldt efter ham .

Historie

Elektrisk ladning blev opdaget af de antikke grækere, der fandt ud af, at pelsens friktion på forskellige stoffer, såsom rav , frembragte en ubalance i elektrisk ladning ( triboelektrisk fænomen ). Grækerne bemærker, at ladede ravknapper kunne tiltrække lette genstande som hår. De bemærker også, at hvis de gnider ravet længe nok, kan de endda få en gnist. Ordet "elektricitet" stammer fra "  ηλεκτρον  ", det græske ord for "rav".

I det XVIII th  århundrede, er studiet af elektricitet ved at blive populære. Elektrostatiske eksperimenter udføres, hvor spændinger, der er høje nok til at forårsage hjernerystelse, opnås ved hjælp af apparater, der fungerer som kondensatorer, såsom Leyden-krukken . Gennem en række eksperimenter (1733) skelnede Fays intendant to slags elektricitet: glaslegeme (+) og harpiksholdig elektricitet (-) svarende til de to typer opførsel af stof under en elektrificering ved friktion.

På samme tid forestiller Benjamin Franklin sig elektricitet som en type usynlig væske, der er til stede i al materie. Han antager, at friktionen af ​​isolerende overflader sætter denne væske i bevægelse, og at en strøm af denne væske udgør en elektrisk strøm . Han antager også, at stof, der indeholder for lidt af denne væske, er negativt ladet, ellers positivt ladet. Vilkårligt, i det mindste en eller anden grund ukendt for os, identificerer han udtrykket "positiv" med den type beregning erhvervet af en glas stang gnides på silke , og "negative" med at erhvervet af en gnides rav stang. Med pels . Måske på grund af materiets elektriske potentiale.

Konvention og realiteter

Vi ved nu, at Franklins model var for enkel. Materiale består faktisk af to slags elektricitet: partikler kaldet "  protoner  ", der bærer en positiv elektrisk ladning, og partikler kaldet "  elektroner  ", som bærer en negativ elektrisk ladning.

Den elektriske strøm kan have forskellige årsager: en strøm af negativt ladede partikler, for eksempel en metalleder, eller en strøm af positive partikler eller en strøm af positive og negative partikler i modsatte retninger, for eksempel i en ionisk opløsning.

For at reducere denne kompleksitet anvender elektrikere stadig Franklin-konventionen og forestiller sig elektrisk strøm, kendt som "konventionel strøm", som bestående af en strøm af udelukkende positive partikler.

Konventionel strøm forenkler begreber og beregninger, men maskerer det faktum, at i nogle ledere ( elektrolytter , halvledere og plasma ) bevæger de to typer elektriske ladninger sig i modsatte retninger, eller at i metaller er de negative ladninger næsten udelukkende ansvarlige for strømmen af nuværende.

Ejendomme

Uvariation

Bortset fra de beskrevne egenskaber vedrørende elektromagnetisme er ladningen en uforanderlig relativitetsteori  : en partikel af ladning q , uanset dens hastighed , holder sin ladning q .

Enheder

I det internationale system af enheder har den elektriske ladning for enheder coulomb , symbol C, som udgør en afledt enhed , hvis navn stammer fra den franske fysiker Charles-Augustin Coulomb . Per definition er det mængden af ​​ladning, der bæres i et sekund af en elektrisk strøm med en intensitet på en ampere . Derfor er 1  C = 1  A s , og den elektriske ladning Q har dimensioner [Q] = IT

I industriel eller teknisk sammenhæng bruges ampere-timen ( Ah , også skrevet ampere-time ) eller dens submultipler almindeligt i stedet for coulomb, for eksempel til at indikere kapaciteten af ​​et batteri med 1  A h = 3600  C . Fordelen ved denne enhed er at være i stand til hurtigt at vurdere driftstiden for et batteri, der leverer en strøm med en given intensitet, så for eksempel kan et batteri med en kapacitet på 30  A h, der leverer en strøm på 1  A, teoretisk fungere tredive timer, femten timer, hvis strømmen er 2  Aetc.

Coulombs lov

Fremhævet i 1785 af den franske fysiker Charles-Augustin Coulomb, gør Coulombs lov det muligt at udtrykke den kraft, der udøves af en elektrisk ladning af værdi på en anden elektrisk ladning af værdi , begge formodes at være punkt, og fastgjort i referencerammen d ' undersøgelse.

Coulombs lov er skrevet:

,

med:

  • K proportionalitetskonstant, som i det internationale enhedssystem har form af 9 × 10 9 F −1 m , med 8.854 × 10 −12 F m −1, som er den dielektriske permittivitet af vakuum  ;    
  • er vektoren forbinder de punkter, hvor belastningerne er placeret og henholdsvis af normen .

Det er klart, at hvis afgifterne har det samme tegn, er kraften frastødende , mens den ellers er attraktiv.

Coulombs lov har en form svarende til Newtons lov for universel tyngdekraft , som gør det muligt at udtrykke den kraft, der udøves af en masse på en anden masse , antages at være punkt, og som er skrevet med de samme konventioner som ovenfor:

,

med G konstant tyngdekraft, G = 6,674 08 × 10 −11  m 3  kg −1  s −2 .

Ved sammenligning af de to udtryk er det klart, at de to kræfter varierer omvendt med afstandens firkant, begge er i uendeligt rækkevidde, og at den elektriske ladning spiller for elektrostatisk den samme rolle som massen (tyngdekraften) for den universelle tyngdekraft .

Der skal dog bemærkes to store forskelle:

  • den universelle tyngdekraft er altid attraktiv, hvilket afspejles ved tilstedeværelsen af ​​tegnet "-" i udtrykket af Newtons lov;
  • tyngdekraftens svaghed betyder, at forskellen i intensitet mellem de to kræfter ofte er betydelig.

Noter og referencer

Bemærkninger

  1. Strengt taget kun den alvorlige masse , i modsætning til den såkaldte inert masse , som intervenerer i grundlæggende forhold af dynamik . Imidlertid er der en identitet af disse to typer masse, der er teoretisk forskellige efter deres natur, idet denne identitet er en af ​​grundlaget for teorien om generel relativitet .
  2. Den kvark sikkert have en ladning, der er en del af den elementære ladning eller 2 e / 3 eller e / 3, men dette er ikke blevet observeret i den frie tilstand og altid sammen i par (quark - antikvark, mesoner ) eller ved tripletter ( baryoner , for eksempel protonen eller neutronen ): dette er fænomenet hadronisering af kvarker. Dette giver altid partikler, der er neutrale eller har ladninger svarende til heltal multipla af den grundlæggende ladning, bortset fra tegnet.
  3. F.eks. Er densiteten af frie elektroner i et metal som kobber i størrelsesordenen 10 29  m −3 . Som et resultat indeholder en 1 um 3 kube af  dette metal, selvom den er meget lille i den sædvanlige makroskopiske skala, stadig næsten 1011  frie elektroner, et tal, der gør det illusorisk, selv i dette tilfælde at skelne ladningens kvantificerede karakter.
  4. Det vil sige, i første fremgangsmåde, hvis rumlige dimensioner er svag i forhold til den afstand, der adskiller dem.
  5. Strengt taget er dette tyngdekraftens masse , hvilket begrebsmæssigt forskellig fra inert masse .
  6. Til fix ideer, er det muligt at sammenligne de kræfter mellem to punktbelastninger med samme værdi 1  C , og den samme masse 1  kg , placeret i en afstand på en meter. Den elektrostatiske kraft har derfor en værdi i størrelsesordenen 9 × 109  N , mens tyngdekraften er ca. 6,7 × 10 −11  N , dvs. en forskel på tyve størrelsesordener. Selv ved at tage mere realistiske belastnings- og masseværdier viser dette eksempel tydeligt den største forskel i intensitet mellem de to kræfter.

Referencer

  1. BIPM 2006 , s.  28.
  2. BIPM 2006 , s.  54.

Bibliografi

  • Kollektivt , Det internationale enhedssystem , Sèvres, BIPM,, 8 th  ed. , 92  s. , paperback ( ISBN  92-822-2213-6 )

Se også

Relaterede artikler

Vi håber, at de oplysninger, vi har indsamlet om Elektrisk opladning, har været nyttige for dig. Hvis det er tilfældet, så glem ikke at anbefale os til dine venner og familie, og husk, at du altid kan kontakte os, hvis du har brug for os. Hvis du på trods af vores bestræbelser mener, at det, vi har leveret om _title, ikke er helt korrekt, eller at vi bør tilføje eller rette noget, vil vi være taknemmelige, hvis du vil give os besked. At give den bedste og mest omfattende information om Elektrisk opladning og ethvert andet emne er essensen af denne hjemmeside; vi er drevet af den samme ånd, som inspirerede skaberne af Encyclopedia Project, og derfor håber vi, at det, du har fundet om Elektrisk opladning på denne hjemmeside, har hjulpet dig med at udvide din viden.

Opiniones de nuestros usuarios

Alice Hansen

Dette indlæg om Elektrisk opladning har givet mig et væddemål, hvad mindre end en god score., Korrekt

Ove Ovesen

Stor opdagelse denne artikel om Elektrisk opladning og hele siden. Den går direkte til favoritterne

Kamilla Bisgaard

Jeg finder det meget interessant, hvordan dette indlæg om Elektrisk opladning er skrevet, det minder mig om min skoletid. Sikke en dejlig tid, tak fordi du tog mig med tilbage til dem.

Tommy Holm

Jeg fandt de oplysninger, jeg fandt om Elektrisk opladning, meget nyttige og fornøjelige. Hvis jeg skulle tilføje et men, kunne det være, at den ikke er tilstrækkelig rummelig i sin formulering, men ellers er den fantastisk., Artiklen om Elektrisk opladning er meget nyttig og fornøjelig, Artiklen om Elektrisk opladning er meget nyttig