¿Cuál es el nombre de la carga eléctrica? Unidad de medida de la carga eléctrica. electricidad. Colgante. Culombio. Comparte. Relaciones. Significado. Valor. método - polarización electrónica

Experimentos simples sobre la electrificación de varios cuerpos ilustran los siguientes puntos.

1. Hay dos tipos de cargas: positivas (+) y negativas (-). Surge una carga positiva cuando el vidrio se frota contra el cuero o la seda, y se produce una carga negativa cuando se frota el ámbar (o la ebonita) contra la lana.

2. Cargos (o cuerpos cargados) Interactuar el uno con el otro. Cargos del mismo nombre repeler, y a diferencia de los cargos son atraídos

3. El estado de electrificación puede transferirse de un cuerpo a otro, lo que está asociado con la transferencia de carga eléctrica. En este caso, se puede transferir al cuerpo una carga mayor o menor, es decir, la carga tiene un valor. Al ser electrificados por el rozamiento, ambos cuerpos adquieren carga, una positiva y otra negativa. Cabe destacar que los valores absolutos de las cargas de los cuerpos electrificados por fricción son iguales, lo que se confirma mediante numerosas mediciones de cargas con electrómetros.

Fue posible explicar por qué los cuerpos se electrifican (es decir, se cargan) durante la fricción después del descubrimiento del electrón y el estudio de la estructura del átomo. Como sabes, todas las sustancias están compuestas de átomos; los átomos, a su vez, consisten en partículas elementales - cargadas negativamente electrones, cargado positivamente protones y partículas neutras - neutrones. Los electrones y los protones son portadores de cargas eléctricas elementales (mínimas).

carga eléctrica elemental ( mi) es la carga eléctrica más pequeña, positiva o negativa, igual a la carga de un electrón:

mi = 1.6021892(46) 10 -19C.

Hay muchas partículas elementales cargadas, y casi todas tienen carga. +e o -mi Sin embargo, estas partículas tienen una vida muy corta. Viven menos de una millonésima de segundo. Solo los electrones y los protones existen en estado libre indefinidamente.

Los protones y los neutrones (nucleones) constituyen el núcleo cargado positivamente de un átomo, alrededor del cual giran electrones cargados negativamente, cuyo número es igual al número de protones, de modo que el átomo en su conjunto es una planta de energía.

En condiciones normales, los cuerpos formados por átomos (o moléculas) son eléctricamente neutros. Sin embargo, en el proceso de fricción, algunos de los electrones que han salido de sus átomos pueden pasar de un cuerpo a otro. En este caso, los desplazamientos de electrones no exceden los tamaños de las distancias interatómicas. Pero si los cuerpos se separan después de la fricción, estarán cargados; el cuerpo que ha donado algunos de sus electrones estará cargado positivamente, y el cuerpo que los ha adquirido estará cargado negativamente.

Entonces, los cuerpos se electrifican, es decir, reciben una carga eléctrica cuando pierden o ganan electrones. En algunos casos, la electrificación se debe al movimiento de iones. En este caso no surgen nuevas cargas eléctricas. Sólo hay una división de las cargas disponibles entre los cuerpos electrificados: parte de las cargas negativas pasa de un cuerpo a otro.

Definición de cargo.

Debe enfatizarse que la carga es una propiedad inherente de la partícula. Se puede imaginar una partícula sin carga, pero no se puede imaginar una carga sin partícula.

Las partículas cargadas se manifiestan en atracción (cargas opuestas) o en repulsión (cargas del mismo nombre) con fuerzas que son muchos órdenes de magnitud mayores que las gravitatorias. Así, la fuerza de atracción eléctrica de un electrón al núcleo en un átomo de hidrógeno es 10 39 veces mayor que la fuerza de atracción gravitacional de estas partículas. La interacción entre partículas cargadas se llama interacción electromagnética, y la carga eléctrica determina la intensidad de las interacciones electromagnéticas.

En la física moderna, la carga se define de la siguiente manera:

Carga eléctrica- esta es una cantidad física, que es la fuente del campo eléctrico, a través del cual se lleva a cabo la interacción de las partículas con una carga.

La electricidad está a nuestro alrededor. Pero una vez no fue así. Porque la palabra en sí proviene del nombre griego de un material en particular: "electrón", en griego, "ámbar". Con él se llevaron a cabo divertidos experimentos similares a trucos. A la gente siempre le han gustado los milagros, y aquí, todo tipo de partículas de polvo, vellosidades, hilos, pelos, comenzaron a ser atraídos por un trozo de ámbar, tan pronto como se frotaba con un trozo de tela. Es decir, este guijarro dorado no tiene pequeños “mangos”, pero puede levantar las vellosidades.

En contacto con

Acumulación de electricidad y conocimiento sobre ella.

También se produjo una acumulación visible de electricidad cuando se pusieron artesanías hechas de ámbar: cuentas de ámbar, pinzas para el cabello de ámbar. No hay más explicaciones que pura magia, no podría haber ninguno. De hecho, para que el truco tuviera éxito, era necesario clasificar las cuentas con las manos excepcionalmente limpias y secas y sentado con ropa limpia. Y el pelo limpio, bien frotado con una horquilla, da algo bonito y aterrador: un halo de pelo de punta. Y más crepitantes. Sí, incluso en los destellos oscuros. Esta es la acción del espíritu, exigente y caprichosa, así como terrible e incomprensible. Pero ha llegado el momento, y los fenómenos eléctricos han dejado de ser territorio del espíritu.

Comenzaron a llamar cualquier cosa simplemente: "interacción". Fue entonces cuando empezaron a experimentar. Se les ocurrió una máquina especial para esto (máquina de electroforos), y una jarra para la acumulación de electricidad (jarra de Leiden). Y un aparato que ya podría mostrar algún "igual-más-menos" en relación a la electricidad (electroscopio). Todo lo que queda es explicarlo todo. utilizando el lenguaje de fórmulas emergente.

Entonces, la humanidad ha pensado en la necesidad de darse cuenta de la presencia en la naturaleza de una cierta carga eléctrica. En realidad, el título no contiene ningún descubrimiento. Medios eléctricos relacionados con los fenómenos, cuyo estudio comenzó con la magia del ámbar. La palabra "carga" habla solo de las posibilidades poco claras inherentes al objeto, como una bala de cañón. Simplemente está claro que la electricidad puede ser producida y acumulada de alguna manera. Y de alguna manera hay que medirlo. Además de la sustancia habitual, por ejemplo, aceite.

Y, por analogía con las sustancias, sobre las partículas más pequeñas de las cuales (átomos), hablaron con confianza. desde la época de Demócrito, y decidió que la carga debe consistir necesariamente en "corpúsculos" muy pequeños similares: cuerpos. El número de los cuales en un gran cuerpo cargado dará la magnitud de la carga eléctrica.

Carga eléctrica: la ley de conservación de la carga

Por supuesto, en ese momento ni siquiera podían imaginar aproximadamente cuántos "corpúsculos" eléctricos de este tipo podrían haber en al menos un cuerpo cargado muy pequeño. Pero todavía se necesitaba una unidad práctica de carga eléctrica. Y empezaron a inventarlo. El colgante, que dio nombre a dicha unidad más tarde, aparentemente midió la magnitud de las cargas con la ayuda de bolas de metal, con las que realizó experimentos, pero de alguna manera relativamente. abrió su famosa ley de Coulomb, en el que escribió algebraicamente que la fuerza que actúa entre dos cargas q1 y q2 separadas por una distancia R es proporcional a su producto e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.

Coeficiente k depende del medio en que se produzca la interacción, en el vacío es igual a la unidad.

Probablemente, después de Kepler y Newton, esas cosas no fueran tan difíciles de hacer. La distancia es fácil de medir. Compartió los cargos físicamente, tocando unas bolas a otras. Resultó que en dos bolas idénticas, si una está cargada y la otra no, al contacto, la carga se divide por la mitad: se dispersa sobre ambas bolas. Entonces, recibió valores fraccionarios de la cantidad desconocida inicial q.

estudiando interacción de cargas eléctricas, tomó medidas a diferentes distancias entre las bolas, fijó las desviaciones en sus escalas de torsión, que se obtienen cuando las bolas cargadas se repelen entre sí. Aparentemente, su ley fue una victoria pura para el álgebra, ya que el propio Coulomb no conocía las unidades de medida de la carga de "coulomb" y simplemente no podía saberlas.

Otra victoria fue el descubrimiento del hecho de que la cantidad total de esta misma cantidad q en las bolas que logró cargar de esta manera permaneció siempre sin cambios. Por lo que llamó a la ley abierta la ley de conservación de la carga.

Q \u003d q 1 + q 2 + q 3 + ... + q norte

Hay que rendir homenaje a la precisión y paciencia del científico, así como a la valentía con la que proclamó sus leyes, no teniendo ni una unidad de lo que estudiaba.

Partícula de electricidad - carga mínima

Solo más tarde supusieron que la carga eléctrica elemental, es decir, la más pequeña, es ... un electrón. Sólo que no un pequeño trozo de ámbar, sino una partícula inexpresablemente pequeña, incluso ya no es una sustancia (casi), pero que está necesariamente presente en cualquier cuerpo material. e incluso en cada átomo de cualquier sustancia. Y no solo en los átomos, sino también alrededor de ellos. Y esos:

• que están en los átomos se llaman electrones ligados.
• y los de alrededor son electrones libres.

Los electrones están unidos en un átomo porque el núcleo atómico también contiene partículas cargadas: protones, y cada protón necesariamente atraerá un electrón hacia sí mismo. Justo según la ley de Coulomb.

Y la carga que puedes ver o sentir es el resultado de:

• fricción,
• ahorros,
• reacción química,
• inducción electromagnética,

son solo electrones libres que fueron expulsados ​​de los átomos debido a varios malentendidos:

1. del impacto de otro átomo (emisión térmica)
2. cantidad de luz (fotoemisión) y por otras razones

y vagando dentro de enormes cuerpos macroscópicos (por ejemplo, pelos).

Para los electrones, los cuerpos de nuestros objetos son realmente enormes. En una unidad de carga (culombio) - los electrones están contenidos aproximadamente lo siguiente: 624 150 912 514 351 000 con un poco. Suena así: 624 cuatrillones 150 billones 912 mil millones 514 millones 351 mil electrones en un colgante de carga eléctrica.

Y el colgante, este valor es bastante sencillo y cercano a nosotros. Colgante, este es el mismo cargo que fluye en un segundo a través de la sección transversal del conductor, si la corriente en él tiene una fuerza de un amperio. Es decir, a 1 amperio, por cada segundo, solo estos 624 cuatrillones de electrones parpadearán a través de la sección transversal del cable.

Los electrones son tan móviles y se mueven tan rápido dentro de los cuerpos físicos que encienden nuestra bombilla en un instante, tan pronto como presionamos el interruptor. Y es por eso que nuestra interacción eléctrica es tan rápida que cada segundo hay eventos llamados "recombinación". El electrón escapado encuentra el átomo del que acaba de escapar el electrón y ocupa un lugar vacío en él.

El número de tales eventos por segundo también es del orden de..., bueno, todo el mundo ya se lo imagina. Y estos eventos se repiten continuamente cuando los electrones abandonan los átomos y luego regresan a los átomos. Huye - vuelve. Tal es su vida, sin ella simplemente no pueden existir. Y sólo gracias a esto existe la electricidad, el sistema que se ha convertido en parte de nuestra vida, nuestro confort, nuestra alimentación y conservación.

Dirección actual. ¿Quién está a cargo con nosotros?

Solo así quedó una pequeña curiosidad, que todos conocen, pero que ninguno de los físicos quiere solucionar.

Cuando Coulomb jugó una mala pasada con sus bolas, vieron que había dos tipos de cargas. Las cargas del mismo tipo se repelen, mientras que las cargas de distinto tipo se atraen. Era natural nombrar a uno de ellos. positivo y otros negativos. Y suponer que la corriente eléctrica fluye de donde hay más a donde hay menos. Eso es de más a menos. Así quedó grabado en la mente de los físicos durante muchas generaciones.

Pero luego fueron los primeros en descubrir no electrones, sino iones. Estos son solo esos átomos desconsolados que han perdido su electrón. En cuyo núcleo hay un protón "extra", y por lo tanto están cargados. Bueno, tan pronto como lo descubrieron, inmediatamente suspiraron y dijeron: aquí está, usted es nuestra carga positiva. Y la gloria de una partícula cargada positivamente estaba tan unida al protón.

Y luego supusieron que los átomos suelen ser neutros porque la carga eléctrica del núcleo se equilibra con la carga de las capas de electrones que giran alrededor del núcleo. Es decir, construyeron un modelo planetario del átomo. Y sólo entonces comprendieron que los átomos constituyen toda (casi) la materia, su red cristalina sólida, o la masa entera de su cuerpo líquido. Es decir, los protones con neutrones se asientan sólidamente en los núcleos de los átomos. Y no hacer mandados, como la luz y los electrones móviles. Por lo tanto, la corriente no corre de más a menos, sino viceversa, de menos a más.

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Consideremos primero el caso más simple, cuando los cuerpos cargados eléctricamente están en reposo.

La sección de electrodinámica dedicada al estudio de las condiciones de equilibrio de los cuerpos cargados eléctricamente se denomina electrostática.

¿Qué es una carga eléctrica?
¿Cuáles son los cargos?

Con palabras electricidad, carga eléctrica, corriente eléctrica os encontrasteis muchas veces y lograsteis acostumbraros a ellas. Pero trate de responder a la pregunta: "¿Qué es una carga eléctrica?" El concepto en sí cargar- este es el concepto principal, primario, que en el nivel actual de desarrollo de nuestro conocimiento no puede reducirse a conceptos más simples y elementales.

Tratemos primero de averiguar qué significa la afirmación: "Un cuerpo o partícula dado tiene una carga eléctrica".

Todos los cuerpos están construidos a partir de las partículas más pequeñas, que son indivisibles en otras más simples y, por lo tanto, se llaman elemental.

Las partículas elementales tienen masa y debido a esto se atraen entre sí según la ley de la gravitación universal. A medida que aumenta la distancia entre partículas, la fuerza gravitacional disminuye en proporción inversa al cuadrado de esta distancia. La mayoría de las partículas elementales, aunque no todas, también tienen la capacidad de interactuar entre sí con una fuerza que también disminuye inversamente con el cuadrado de la distancia, pero esta fuerza es muchas veces mayor que la fuerza de la gravedad.

Entonces, en el átomo de hidrógeno, que se muestra esquemáticamente en la figura 14.1, el núcleo (protón) atrae al electrón con una fuerza 10 39 veces mayor que la fuerza de atracción gravitacional.

Si las partículas interactúan entre sí con fuerzas que disminuyen al aumentar la distancia de la misma manera que las fuerzas de la gravitación universal, pero superan muchas veces las fuerzas de la gravedad, entonces se dice que estas partículas tienen carga eléctrica. Las partículas mismas se llaman cargado.

Hay partículas sin carga eléctrica, pero no hay carga eléctrica sin partícula.

La interacción de partículas cargadas se llama electromagnético.

La carga eléctrica determina la intensidad de las interacciones electromagnéticas, al igual que la masa determina la intensidad de las interacciones gravitatorias.

La carga eléctrica de una partícula elemental no es un mecanismo especial en una partícula que pueda ser removida de ella, descompuesta en sus partes componentes y reensamblada. La presencia de una carga eléctrica en un electrón y otras partículas significa sólo la existencia de ciertas interacciones de fuerza entre ellas.

Nosotros, en esencia, no sabemos nada sobre la carga, si no conocemos las leyes de estas interacciones. El conocimiento de las leyes de las interacciones debe incluirse en nuestra comprensión de la carga. Estas leyes no son simples, y es imposible enunciarlas en pocas palabras. Por lo tanto, es imposible dar una definición concisa suficientemente satisfactoria del concepto carga eléctrica.

Dos signos de cargas eléctricas.

Todos los cuerpos tienen masa y por lo tanto se atraen entre sí. Los cuerpos cargados pueden atraerse y repelerse entre sí. Este hecho importantísimo, que os es familiar, significa que en la naturaleza hay partículas con cargas eléctricas de signos opuestos; En el caso de cargas del mismo signo, las partículas se repelen, y en el caso de distinto signo, se atraen.

Carga de partículas elementales - protones, que forman parte de todos los núcleos atómicos, se llama positiva, y la carga electrones- negativo. No hay diferencias internas entre cargas positivas y negativas. Si se invirtieran los signos de las cargas de las partículas, la naturaleza de las interacciones electromagnéticas no cambiaría en absoluto.

carga elemental.

Además de los electrones y los protones, existen varios tipos más de partículas elementales cargadas. Pero solo los electrones y los protones pueden existir indefinidamente en un estado libre. El resto de las partículas cargadas viven menos de millonésimas de segundo. Nacen durante colisiones de partículas elementales rápidas y, habiendo existido durante un tiempo insignificante, se descomponen y se convierten en otras partículas. Te familiarizarás con estas partículas en el grado 11.

Las partículas que no tienen carga eléctrica incluyen neutrón. Su masa solo excede ligeramente la masa de un protón. Los neutrones, junto con los protones, forman parte del núcleo atómico. Si una partícula elemental tiene carga, entonces su valor está estrictamente definido.

cuerpos cargados Las fuerzas electromagnéticas en la naturaleza juegan un papel muy importante debido al hecho de que la composición de todos los cuerpos incluye partículas cargadas eléctricamente. Las partes constituyentes de los átomos, núcleos y electrones, tienen una carga eléctrica.

No se detecta la acción directa de fuerzas electromagnéticas entre cuerpos, ya que los cuerpos en estado normal son eléctricamente neutros.

Un átomo de cualquier sustancia es neutro, ya que el número de electrones en él es igual al número de protones en el núcleo. Las partículas con carga positiva y negativa están conectadas entre sí por fuerzas eléctricas y forman sistemas neutros.

Un cuerpo macroscópico está cargado eléctricamente si contiene un exceso de partículas elementales con cualquier signo de carga. Así, la carga negativa del cuerpo se debe a un exceso del número de electrones con respecto al número de protones, y la carga positiva se debe a la falta de electrones.

Para obtener un cuerpo macroscópico cargado eléctricamente, es decir, para electrificarlo, es necesario separar parte de la carga negativa de la carga positiva asociada a él, o transferir una carga negativa a un cuerpo neutro.

Esto se puede hacer con fricción. Si pasa un peine por el cabello seco, entonces una pequeña parte de las partículas cargadas más móviles: los electrones pasarán del cabello al peine y lo cargarán negativamente, y el cabello se cargará positivamente.

Igualdad de cargas durante la electrificación

Con la ayuda de la experiencia, se puede demostrar que cuando se electrifican por fricción, ambos cuerpos adquieren cargas de signo opuesto, pero de magnitud idéntica.

Tomemos un electrómetro, en cuya varilla se fija una esfera de metal con un orificio, y dos placas sobre mangos largos: una de ebonita y la otra de plexiglás. Al frotarse entre sí, las placas se electrifican.

Llevemos una de las placas dentro de la esfera sin tocar sus paredes. Si la placa tiene carga positiva, algunos de los electrones de la aguja y la varilla del electrómetro serán atraídos hacia la placa y se acumularán en la superficie interna de la esfera. En este caso, la flecha se cargará positivamente y será repelida por la varilla del electrómetro (Fig. 14.2, a).

Si se introduce otra placa en el interior de la esfera, habiendo quitado previamente la primera, entonces los electrones de la esfera y de la varilla serán repelidos de la placa y se acumularán en exceso sobre la flecha. Esto hará que la flecha se desvíe de la varilla, además, en el mismo ángulo que en el primer experimento.

Habiendo bajado ambas placas dentro de la esfera, no encontraremos ninguna desviación de la flecha (Fig. 14.2, b). Esto prueba que las cargas de las placas son iguales en magnitud y de signo opuesto.

Electrificación de los cuerpos y sus manifestaciones. Se produce una electrificación significativa durante la fricción de los tejidos sintéticos. Al quitarse una camisa hecha de material sintético en aire seco, puede escuchar un crujido característico. Pequeñas chispas saltan entre las áreas cargadas de las superficies que se frotan.

En las imprentas, el papel se electrifica durante la impresión y las hojas se pegan. Para evitar que esto suceda, se utilizan dispositivos especiales para drenar la carga. Sin embargo, a veces se utiliza la electrificación de cuerpos en estrecho contacto, por ejemplo, en varias electrocopiadoras, etc.

La ley de conservación de la carga eléctrica.

La experiencia con la electrificación de placas demuestra que al electrificarse por fricción, las cargas existentes se redistribuyen entre cuerpos que antes eran neutros. Una pequeña parte de los electrones pasa de un cuerpo a otro. En este caso, no aparecen nuevas partículas y las que ya existían no desaparecen.

Al electrizar los cuerpos, ley de conservacion de la carga electrica. Esta ley es válida para un sistema que no entra desde el exterior y del cual no salen partículas cargadas, es decir, para sistema aislado.

En un sistema aislado se conserva la suma algebraica de las cargas de todos los cuerpos.

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = const. (14.1)

donde q 1, q 2, etc. son las cargas de cuerpos cargados individuales.

La ley de conservación de la carga tiene un significado profundo. Si el número de partículas elementales cargadas no cambia, entonces la ley de conservación de la carga es obvia. Pero las partículas elementales pueden transformarse unas en otras, nacer y desaparecer, dando vida a nuevas partículas.

Sin embargo, en todos los casos, las partículas cargadas se producen solo en pares con cargas del mismo módulo y signo opuesto; las partículas cargadas también desaparecen solo en pares, convirtiéndose en neutrales. Y en todos estos casos, la suma algebraica de los cargos sigue siendo la misma.

La validez de la ley de conservación de la carga se confirma mediante la observación de un gran número de transformaciones de partículas elementales. Esta ley expresa una de las propiedades más fundamentales de la carga eléctrica. Aún se desconoce el motivo de la conservación de la carga.

Los fenómenos eléctricos se conocen desde la antigüedad. Incluso en la antigua Grecia (siglo VII a. C.) notaron que si se frota el ámbar contra la lana, atraerá varios objetos ligeros.

Posteriormente, V. Gilbert (siglo XVI) descubrió que, además del ámbar, la porcelana y muchos otros cuerpos, previamente frotados con cuero u otros materiales blandos, tienen la propiedad de atraer objetos ligeros. Este fenómeno lo llamó V. Hilbert electrificación(electrón en griego - ámbar).

Se dice que los cuerpos capaces de tales interacciones son cargado eléctricamente, es decir. se les da una carga eléctrica.

carga eléctrica q es una cantidad física escalar que caracteriza la capacidad de los cuerpos para participar en interacciones electromagnéticas.

La carga eléctrica se denota con letras q o q. En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad de carga: el colgante se configura utilizando la unidad de intensidad actual:

• 1 colgante (C) es la carga que pasa en 1 s a través de la sección transversal del conductor con una intensidad de corriente de 1 A.

Es imposible dar una carga de 1 C a un cuerpo pequeño, por lo que la mayoría de las veces usaremos múltiplos:

1 µC = 1⋅10 –6 C, 1 nC = 1⋅10 –9 C.

• *Dos cargas de 1 C cada una a una distancia de 1 km se repelerían con una fuerza ligeramente menor que la fuerza con la que el globo atrae una carga de 1 tonelada, por lo tanto, al repelerse entre sí, las partículas cargadas no podrían mantenerse en tal un cuerpo.

Una carga de 1 C es muy grande. Pero en un conductor, generalmente neutro, no es difícil poner en movimiento una carga de 1 C. En efecto, en una bombilla convencional con una potencia de 100 W a un voltaje de 127 V, se establece una corriente ligeramente inferior a 1 A. Al mismo tiempo, una carga casi igual a 1 C pasa a través de la sección transversal de el conductor en 1 s.

Se utiliza para detectar y medir cargas eléctricas. electrómetro. El electrómetro consta de una varilla de metal y una flecha que puede girar alrededor de un eje horizontal (Fig. 1). La varilla con la flecha se fija en una funda de plexiglás y se coloca en una caja cilíndrica de metal, cerrada con tapas de vidrio.

Toquemos el palo cargado positivamente con la varilla del electrómetro. Veremos que la aguja del electrómetro se desvía un cierto ángulo (ver Fig. 1). El giro de la flecha se explica por el hecho de que cuando un cuerpo cargado entra en contacto con la varilla de un electrómetro, las cargas eléctricas se distribuyen a lo largo de la flecha y la varilla. Las fuerzas repulsivas que actúan entre las mismas cargas eléctricas en la barra y la flecha hacen que la flecha gire. Electrificamos la varilla de ebonita una y otra vez la tocamos con la varilla del electrómetro. La experiencia muestra que con un aumento en la carga eléctrica en la barra, aumenta el ángulo de desviación de la flecha de la posición vertical. Por lo tanto, según el ángulo de desviación de la aguja del electrómetro, se puede juzgar el valor de la carga eléctrica transferida a la varilla del electrómetro.

Así como en mecánica se usa a menudo el concepto de punto material, lo que permite simplificar significativamente la solución de muchos problemas, en electrostática se usa el concepto de "carga puntual".

• carga puntual- este es un cuerpo tan cargado, cuyas dimensiones son mucho menores que la distancia desde este cuerpo hasta el punto de observación y otros cuerpos cargados.

En particular, si hablamos de la interacción de dos cargas puntuales, entonces asumimos que la distancia entre los dos cuerpos cargados en consideración es mucho mayor que sus dimensiones lineales.

Propiedades de la carga eléctrica

La totalidad de todos los hechos experimentales conocidos nos permite distinguir las siguientes propiedades de carga:

• Hay dos tipos de cargas eléctricas, convencionalmente llamadas positivas y negativas. Afirmativamente Se llaman cuerpos cargados, los que actúan sobre otros cuerpos cargados de la misma manera que el vidrio electrificado por fricción contra la seda. negativo Se llaman cuerpos cargados, los que actúan de la misma forma que la ebonita, electrificados por el roce con la lana. La elección del nombre "positivo" para las cargas que surgen sobre el vidrio y "negativo" para las cargas sobre la ebonita es completamente accidental.

Ver también

1. Kikoin A.K. Dos tipos de electricidad (De la historia de la física) // Kvant. - 1984. - Nº 1. - S. 34-36

• Los cargos pueden transferirse (por ejemplo, por contacto directo) de un cuerpo a otro. A diferencia de la masa de un cuerpo, una carga eléctrica no es una característica inseparable de un cuerpo dado. Un mismo cuerpo en diferentes condiciones puede tener una carga diferente. Pero no hay carga sin cuerpo.
• Los cargos interactúan entre sí: homónimo cargos repeler, diferente - atraído.
• Carga eléctrica discreto. Esto significa que hay una carga elemental más pequeña, universal e indivisible, de modo que la carga q de cualquier cuerpo es múltiplo de esta carga elemental: \(~q = N \cdot e\) , donde norte es un número entero de cargas, mi= 1.6∙10 -19 C es el valor de la carga elemental. Un ejemplo de partículas con carga positiva elemental es protón, con una carga negativa elemental - electrón. *Dado que el valor de la carga elemental es muy pequeño, para la mayoría de los cuerpos cargados observados y utilizados en la práctica, el número norte es tan grande que la naturaleza discreta del cambio de carga no se manifiesta. Por lo tanto, se cree que en condiciones normales la carga eléctrica de los cuerpos cambia casi continuamente.
• En un cuerpo eléctricamente neutro, el número de protones y electrones es el mismo y están distribuidos uniformemente en todo el volumen. Si el número de electrones en el cuerpo es menor que el número de protones, entonces cargado positivamente, y si hay un exceso de electrones, entonces el cuerpo Cargado negativamente. Es este exceso de carga lo que se llama carga corporal: q = (norte pag- norte mi) mi, Dónde norte p es el número de protones, norte e es el número de electrones.

• La ley de conservación de la carga eléctrica. en un sistema cerrado, la suma algebraica de cargas eléctricas permanece constante para cualquier interacción dentro de él: \(~q_1 + q_2 + \ldots + q_n = \operatorname(const)\) . Sistema aislado (o cerrado) Se denomina sistema de cuerpos al que no se le añaden ni quitan cargas eléctricas.

En ninguna parte y nunca en la naturaleza surge y desaparece una carga eléctrica del mismo signo. La aparición de una carga eléctrica positiva siempre va acompañada de la aparición de una carga negativa igual en valor absoluto. Ni una carga positiva ni una negativa pueden desaparecer por separado, solo pueden neutralizarse mutuamente si son iguales en valor absoluto.

La razón de la conservación de la carga eléctrica aún se desconoce.

Electrificación del cuerpo.

Para obtener un cuerpo macroscópico cargado eléctricamente o, como se suele decir, electrizar es necesario separar parte de la carga negativa de la carga positiva asociada a ella.

• La forma más fácil de hacer esto es con fricción. Si te pasas un peine por el cabello, una pequeña parte de las partículas cargadas más móviles, los electrones, pasarán del cabello al peine y lo cargarán negativamente, y el cabello se cargará positivamente. Cuando se electrifican por fricción, ambos cuerpos adquieren cargas de signo opuesto, pero de magnitud idéntica.

• Otra forma de electrificar los cuerpos es influir en ellos. varias radiaciones(en particular, ultravioleta, rayos X y γ -radiación). Este método es más efectivo para la electrización de metales, cuando los electrones son eliminados de la superficie del metal bajo la acción de la radiación y el conductor adquiere una carga positiva.

• Electrificación por influencia o " inducción eléctrica". Cuando se aplica una carga positiva a un conductor, los electrones son atraídos hacia él y se acumulan en el extremo más cercano del conductor. En él hay una cierta cantidad de electrones "en exceso", y esta parte del conductor está cargada negativamente. En el otro extremo hay escasez de electrones y, en consecuencia, exceso de iones positivos: aquí aparece una carga positiva. Cuando un cuerpo con carga negativa se acerca al conductor, los electrones se acumulan en el extremo remoto y se obtiene un exceso de iones positivos en el extremo cercano. Después de la eliminación de la carga, que provoca el movimiento de los electrones, se distribuyen de nuevo por el conductor, de modo que todas las secciones del mismo siguen sin carga. Las cargas inducidas pueden separarse si, en presencia de un cuerpo cargado, el conductor se divide en partes. En este caso, los electrones desplazados ya no pueden regresar después de la eliminación de la carga externa.

* Mecanismo de electrificación por fricción

Es muy fácil electrificar los cuerpos por medio de la fricción. Pero explicar cómo sucede esto, resultó ser una tarea muy difícil.

1 versión. Cuando se electrifican los cuerpos, es importante el contacto estrecho entre ellos. Las fuerzas eléctricas mantienen los electrones dentro del cuerpo. Pero para diferentes sustancias estas fuerzas son diferentes. En estrecho contacto, una pequeña parte de los electrones de esa sustancia, en la que la conexión de los electrones con el cuerpo es relativamente débil, pasa a otro cuerpo. En este caso, los desplazamientos de electrones no superan los tamaños de las distancias interatómicas (10 -8 cm). Pero si los cuerpos están separados, ambos serán acusados. Dado que las superficies de los cuerpos nunca son perfectamente lisas, el estrecho contacto entre los cuerpos necesario para la transición se establece solo en pequeñas áreas de las superficies. Cuando los cuerpos se frotan entre sí, aumenta el número de áreas con contacto cercano y, por lo tanto, aumenta el número total de partículas cargadas que pasan de un cuerpo a otro. Pero no está claro cómo pueden moverse los electrones en sustancias no conductoras (aislantes) como la ebonita, el plexiglás y otras. Están unidos en moléculas neutras.

2 versión. En el ejemplo de un cristal iónico LiF (aislante), esta explicación se ve así. Durante la formación de un cristal, surgen varios tipos de defectos, en particular vacantes, lugares sin llenar en los nodos de la red cristalina. Si el número de vacantes para los iones de litio positivos y los iones negativos para el flúor no es el mismo, entonces el cristal se cargará por volumen durante la formación. Pero la carga en su conjunto no puede almacenarse en el cristal durante mucho tiempo. Siempre hay una cierta cantidad de iones en el aire, y el cristal los extraerá del aire hasta que la carga del cristal sea neutralizada por la capa de iones en su superficie. Para diferentes aisladores, las cargas espaciales son diferentes y, por lo tanto, las cargas de las capas superficiales de los iones son diferentes. Durante la fricción, las capas superficiales de los iones se mezclan y cuando los aislantes se separan, cada uno de ellos se carga.

¿Pueden ser electrificados por fricción? dos aisladores idénticos, por ejemplo, los mismos cristales de LiF? Si tienen las mismas cargas espaciales intrínsecas, entonces no. Pero también pueden tener cargas intrínsecas diferentes si las condiciones de cristalización fueran diferentes y apareciera un número diferente de vacantes. Como ha demostrado la experiencia, puede ocurrir la electrificación durante la fricción de cristales idénticos de rubí, ámbar, etc. Sin embargo, esta explicación no es correcta en todos los casos. Si los cuerpos consisten, por ejemplo, en cristales moleculares, entonces la aparición de vacantes en ellos no debería conducir a la carga del cuerpo.

ley de Coulomb

En 1785, el físico francés Charles Coulomb estableció experimentalmente la ley básica de la electrostática: la ley de la interacción de dos cuerpos o partículas inmóviles con carga puntual.

La ley de interacción de cargas eléctricas inmóviles, la ley de Coulomb, es la ley física principal (fundamental) y solo puede establecerse empíricamente. No se sigue de ninguna otra ley de la naturaleza.

Si designamos módulos de carga como | q 1 | y | q 2 |, entonces la ley de Coulomb se puede escribir de la siguiente forma:

\(~F = k \cdot \dfrac(|q_1| \cdot |q_2|)(r^2)\) , (1)

Dónde k- coeficiente de proporcionalidad, cuyo valor depende de la elección de las unidades de carga eléctrica. En el sistema SI \(~k = \dfrac(1)(4 \pi \cdot \varepsilon_0) = 9 \cdot 10^9\) N m 2 /Cl 2, donde ε 0 es una constante eléctrica igual a 8.85 10 -12 C2/Nm2.

• la fuerza de interacción de dos cuerpos cargados inmóviles puntuales en el vacío es directamente proporcional al producto de los módulos de carga e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.

Esta fuerza se llama Culombio.

La ley de Coulomb en esta formulación es válida solo para punto cuerpos cargados, porque solo para ellos el concepto de distancia entre cargas tiene cierto significado. En la naturaleza no existen cuerpos con carga puntual. Pero si la distancia entre los cuerpos es muchas veces mayor que su tamaño, entonces ni la forma ni el tamaño de los cuerpos cargados, como muestra la experiencia, no afectan significativamente la interacción entre ellos. En este caso, los cuerpos pueden ser considerados como puntuales.

Es fácil encontrar que dos bolas cargadas suspendidas en cuerdas se atraen o se repelen. De esto se sigue que las fuerzas de interacción de dos cuerpos cargados puntuales inmóviles se dirigen a lo largo de la línea recta que conecta estos cuerpos. Tales fuerzas se llaman central. Si por \(~\vec F_(12)\) denotamos la fuerza que actúa sobre la primera carga desde la segunda, y por \(~\vec F_(21)\) - la fuerza que actúa sobre la segunda carga desde la primera (Fig. 2, 3), entonces, según la tercera ley de Newton, \(~\vec F_(12) = -\vec F_(21)\) .

Conociendo la ley de interacción de los cuerpos cargados puntuales, es posible calcular la fuerza de interacción de cualquier cuerpo cargado. Para ello, el cuerpo debe dividirse mentalmente en elementos tan pequeños que cada uno de ellos pueda considerarse un punto. Sumando geométricamente las fuerzas de interacción de todos estos elementos entre sí, es posible calcular la fuerza de interacción resultante.

El descubrimiento de la ley de Coulomb es el primer paso concreto en el estudio de las propiedades de la carga eléctrica. La presencia de una carga eléctrica en cuerpos o partículas elementales significa que interactúan entre sí según la ley de Coulomb. Hasta el momento no se han encontrado desviaciones de la aplicación estricta de la ley de Coulomb.

La ley de Coulomb también es válida para bolas cargadas a cualquier distancia entre sus centros, si el volumen o la densidad superficial de carga de cada una de ellas es constante. (Tenga en cuenta que, a diferencia de la interacción gravitacional, la interacción electrostática puede conducir a la atracción y repulsión de los cuerpos).

ver también

Literatura

1. Aksenovich L. A. Física en la escuela secundaria: Teoría. Tareas. Pruebas: Proc. Subsidio para instituciones que prestan servicios generales. ambientes, educación / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; ed. K. S. Fariño. - Mn.: Adukatsiya i vykhavanne, 2004. - C. 209-210, 211-214.
2. Zhilko, V. V. Física: libro de texto. Asignación para el grado 11. educación general instituciones con ruso. idioma formación con una duración de 12 años (niveles básico y avanzado) /V. V. Zhilko, L. G. Markovich. - 2ª ed., corregida. - Minsk: Nar. asveta, 2008. - S. 72-79.

Carga eléctrica
q, q
Dimensión	yo
Unidades
SI	colgante
SGSE	estatculombio (franklin)
SGSM	abculon
Otras unidades	amperio hora, faraday, carga elemental
notas
cantidad escalar, cuantificada

Electrostática

electrostática llamada la sección de la doctrina de la electricidad, en la que se estudian las interacciones y propiedades de los sistemas de cargas eléctricas que están inmóviles en relación con el marco de referencia inercial elegido.

La magnitud de la carga eléctrica (de lo contrario, solo una carga eléctrica) puede tomar valores tanto positivos como negativos; es una característica numérica de los portadores de carga y de los cuerpos cargados. Este valor se determina de tal manera que la fuerza de interacción llevada por el campo entre las cargas es directamente proporcional a la magnitud de las cargas, partículas o cuerpos que interactúan entre sí, y las direcciones de las fuerzas que actúan sobre ellos desde el campo electromagnético. depende del signo de las cargas.

La carga eléctrica de cualquier sistema de cuerpos consta de un número entero de cargas elementales igual a aproximadamente 1,6⋅10 −19 C en el sistema SI o 4,8⋅10 −10 unidades. SGSE. Los portadores de carga eléctrica son partículas elementales cargadas eléctricamente. La partícula estable de masa más pequeña en un estado libre, que tiene una carga eléctrica elemental negativa, es un electrón (su masa es 9.11⋅10 −31 kg). La antipartícula estable de masa más pequeña en un estado libre con una carga elemental positiva es el positrón, que tiene la misma masa que el electrón. También hay una partícula estable con una carga elemental positiva: el protón (la masa es 1,67⋅10 −27 kg) y otras partículas menos comunes. Se planteó la hipótesis (1964) de que también hay partículas con una carga más pequeña (±⅓ y ±⅔ de la carga elemental) - quarks; sin embargo, no se destacan en un estado libre (y, aparentemente, solo pueden existir como parte de otras partículas, los hadrones), como resultado, cualquier partícula libre lleva solo un número entero de cargas elementales.

La carga eléctrica de cualquier partícula elemental es una cantidad relativistamente invariante. No depende del sistema de referencia, es decir, no depende de si esta carga se mueve o está en reposo, es inherente a esta partícula durante todo el tiempo de su vida, por lo que las partículas cargadas elementales suelen identificarse con su carga eléctrica. cargos En general, hay tantas cargas negativas en la naturaleza como positivas. Las cargas eléctricas de los átomos y las moléculas son iguales a cero, y las cargas de los iones positivos y negativos en cada celda de las redes cristalinas de los sólidos se compensan.

Interacción de carga

El fenómeno más simple y cotidiano en el que se revela el hecho de la existencia de cargas eléctricas en la naturaleza es la electrización de los cuerpos al contacto. La capacidad de las cargas eléctricas tanto para la atracción mutua como para la repulsión mutua se explica por la existencia de dos tipos diferentes de cargas. Un tipo de carga eléctrica se llama positiva y el otro se llama negativa. Los cuerpos con cargas opuestas se atraen y los cuerpos con cargas similares se repelen.

Cuando dos cuerpos eléctricamente neutros entran en contacto, como resultado de la fricción, las cargas pasan de un cuerpo a otro. En cada uno de ellos, se viola la igualdad de la suma de cargas positivas y negativas, y los cuerpos se cargan de manera diferente.

Cuando un cuerpo se electrifica por influencia, se perturba en él la distribución uniforme de las cargas. Se redistribuyen de modo que en una parte del cuerpo haya un exceso de cargas positivas y en otra, negativas. Si estas dos partes están separadas, se cobrarán de manera diferente.

simetría en física
transformación	Importante invariancia	Correspondiente ley conservación
↕ Hora de emisión	Uniformidad tiempo	…energía
⊠ , y -simetrías	isotropía tiempo	... paridad
↔ Espacio de difusión	Uniformidad espacio	…impulso
↺ Rotación del espacio	isotropía espacio	… momento impulso
⇆ Grupo Lorentz (impulsos)	Relatividad Covarianza de Lorentz	… movimienot centro de gravedad
~ Transformación de calibre	Invariancia de calibre	... cargar

La ley de conservación de la carga eléctrica.

La carga eléctrica de un sistema cerrado se conserva en el tiempo y se cuantifica, cambia en porciones que son múltiplos de la carga eléctrica elemental, es decir, la suma algebraica de las cargas eléctricas de los cuerpos o partículas que forman un sistema eléctricamente aislado. sistema no cambia durante ningún proceso que ocurra en este sistema.

En el sistema considerado, nuevas partículas cargadas eléctricamente pueden formar, por ejemplo, electrones - por el fenómeno de ionización de átomos o moléculas, iones - por el fenómeno de disociación electrolítica, etc. Sin embargo, si el sistema está eléctricamente aislado, entonces siempre se conserva la suma algebraica de las cargas de todas las partículas, incluidas las que aparecen de nuevo en tal sistema.