Carga elétrica e suas propriedades

Os processos físicos que ocorrem na natureza nem sempre são explicados pela ação das leis da teoria molecular cinética, mecânica ou termodinâmica. Existem também forças eletromagnéticas que atuam à distância e não dependem do peso corporal.

Suas manifestações foram descritas pela primeira vez nas obras de antigos cientistas da Grécia, quando atraíam a luz, pequenas partículas de substâncias individuais com âmbar, esfregadas contra a lã.

Contribuição histórica dos cientistas para o desenvolvimento da eletrodinâmica

As experiências com o âmbar foram estudadas detalhadamente pelo pesquisador inglês William Hilbert... Nos últimos anos do século XVI, ele fez um relato de seu trabalho e definiu objetos capazes de atrair outros corpos à distância com o termo "eletrificado".

O físico francês Charles Dufay estabeleceu a existência de cargas com sinais opostos: algumas foram formadas esfregando objetos de vidro em tecido de seda e outras - resinas em lã. Era assim que ele os chamava: vidro e resina. Depois de concluir a pesquisa, Benjamin Franklin introduziu o conceito de cargas negativas e positivas.

Charles Visulka percebe a possibilidade de medir a força das cargas projetando uma balança de torção de sua própria invenção.

Robert Milliken, com base em uma série de experimentos, estabeleceu a natureza discreta das cargas elétricas de qualquer substância, provando que elas consistem em um certo número de partículas elementares. (Não deve ser confundido com outro conceito deste termo - fragmentação, descontinuidade.)

Os trabalhos desses cientistas serviram de base para o conhecimento moderno dos processos e fenômenos que ocorrem nos campos elétricos e magnéticos criados pelas cargas elétricas e seu movimento, estudados pela eletrodinâmica.

Determinação de taxas e princípios de sua interação

A carga elétrica caracteriza as propriedades das substâncias que lhes conferem a capacidade de criar campos elétricos e interagir em processos eletromagnéticos. Também é chamada de quantidade de eletricidade e é definida como uma quantidade escalar física. Os símbolos "q" ou "Q" são usados ​​para indicar carga, e a unidade "Pingente" é usada nas medições, em homenagem ao cientista francês que desenvolveu uma técnica única.

Ele criou um dispositivo, cujo corpo usava bolas suspensas em um fino fio de quartzo. Eles foram orientados no espaço de uma certa maneira e sua posição foi registrada em uma escala graduada com divisões iguais.

Por meio de um orifício especial na tampa, outra bola com carga adicional foi trazida para essas bolas. As forças resultantes da interação forçaram as bolas a desviar, a girar seu balanço. A diferença nas leituras da balança antes e depois do carregamento possibilitou estimar a quantidade de eletricidade nas amostras de teste.

Uma carga de 1 coulomb é caracterizada no sistema SI por uma corrente de 1 ampère passando pela seção transversal de um fio em um tempo igual a 1 segundo.

A eletrodinâmica moderna divide todas as cargas elétricas em:

• positivo;

• negativo.

Ao interagirem entre si, desenvolvem forças cuja direção depende da polaridade existente.

Cargas do mesmo tipo, positivas ou negativas, sempre se repelem em direções opostas, tendendo a se afastar o máximo possível umas das outras, e para cargas de sinais opostos, existem forças que tendem a aproximá-las e uni-las em uma só. .

Princípio da superposição

Quando há várias cargas em um determinado volume, o princípio da superposição funciona para elas.

Seu significado é que cada carga de uma determinada maneira, de acordo com o método discutido acima, interage com todas as outras, sendo atraídas pelas opostas e repelidas pelas semelhantes. Por exemplo, a carga positiva q1 é afetada pela força atrativa F31 para a carga negativa q3 e pela força repulsiva F21 de q2.

A força resultante F1 atuando em q1 é determinada pela soma geométrica dos vetores F31 e F21. (F1 = F31 + F21).

O mesmo método é usado para determinar as forças resultantes F2 e F3 nas cargas q2 e q3, respectivamente.

Usando o princípio da superposição, concluiu-se que, para um determinado número de cargas em um sistema fechado, forças eletrostáticas constantes atuam entre todos os seus corpos, e o potencial em qualquer ponto específico desse espaço é igual à soma dos potenciais de todos os corpos. encargos cobrados separadamente.

A operação dessas leis é confirmada pelos dispositivos eletroscópio e eletrômetro criados, que possuem um princípio comum de operação.

Um eletroscópio consiste em duas folhas finas idênticas de papel alumínio suspensas em um espaço isolado em um fio condutor preso a uma bola de metal. Em estado normal, as cargas não atuam sobre esta bola, portanto as pétalas ficam penduradas livremente no espaço dentro do bulbo do aparelho.

Como a carga pode ser transferida entre corpos

Se você trouxer um corpo carregado, como uma haste, para a bola do eletroscópio, a carga passará pela bola ao longo de um fio condutor até as pétalas. Eles receberão a mesma carga e começarão a se afastar um do outro em um ângulo proporcional à quantidade de eletricidade aplicada.

O eletrômetro tem a mesma estrutura básica, mas com pequenas diferenças: uma pétala é fixada imóvel, e a segunda se afasta dela e é equipada com uma seta que permite ler a escala graduada.

Os portadores intermediários podem ser usados ​​para transferir carga de um corpo estacionário e carregado distante para um eletrômetro.

As medições feitas por um eletrômetro não têm alta classe de precisão e, com base nelas, é difícil analisar as forças que atuam entre as cargas. A balança de torção de Coulomb é mais adequada para seu estudo. Eles usaram bolas com diâmetros muito menores que a distância umas das outras. Eles têm as propriedades de cargas pontuais - corpos carregados cujas dimensões não afetam a precisão do dispositivo.

As medições feitas por Coulomb confirmaram sua suposição de que uma carga pontual é transferida de um corpo carregado para o mesmo em propriedades e massa, mas sem carga de forma que seja distribuída uniformemente entre eles, diminuindo por um fator de 2 na fonte.Dessa forma, foi possível reduzir o valor da taxa em duas, três e outras vezes.

As forças que existem entre cargas elétricas estacionárias são chamadas de interações coulômbicas ou estáticas. Eles são estudados pela eletrostática, que é um dos ramos da eletrodinâmica.

Tipos de portadores de carga elétrica

A ciência moderna considera o menor elétron de partícula carregado negativamente e positivamente - pósitron... Eles têm a mesma massa 9,1 × 10-31 kg. O próton de partícula tem apenas uma carga positiva e uma massa de 1,7 × 10-27 kg. Na natureza, o número de cargas positivas e negativas é equilibrado.

Nos metais, o movimento dos elétrons é criado eletricidade, e em semicondutores seus portadores de carga são elétrons e buracos.

Nos gases, a corrente é formada pelo movimento de íons — partículas não elementares carregadas (átomos ou moléculas) com cargas positivas, chamadas de cátions, ou negativas — ânions.

Os íons são formados a partir de partículas neutras.

Uma carga positiva é criada em uma partícula que perdeu um elétron sob a influência de uma poderosa descarga elétrica, luz ou radiação radioativa, fluxo de vento, movimento de massas de água ou vários outros motivos.

Os íons negativos são formados a partir de partículas neutras que receberam adicionalmente um elétron.

O uso de ionização para fins médicos e na vida cotidiana

Os pesquisadores há muito notaram a capacidade dos íons negativos de afetar o corpo humano, melhorar o consumo de oxigênio no ar, entregá-lo mais rapidamente aos tecidos e células e acelerar a oxidação da serotonina.Tudo isso no complexo aumenta significativamente a imunidade, melhora o humor, alivia a dor.

O primeiro ionizador usado para tratar pessoas recebeu o nome de lustres Chizhevsky, em homenagem ao cientista soviético que criou um dispositivo que tem um efeito benéfico na saúde humana.

Nos aparelhos elétricos modernos para trabalho em ambiente doméstico, você pode encontrar ionizadores embutidos em aspiradores, umidificadores de ar, secadores de cabelo, secadores de cabelo ...

Os ionizadores de ar especiais purificam sua composição, reduzem a quantidade de poeira e impurezas nocivas.

Os ionizadores de água são capazes de reduzir a quantidade de reagentes químicos em sua composição. Eles são usados ​​para limpar piscinas e lagos, saturando a água com íons de cobre ou prata que reduzem o crescimento de algas, destroem vírus e bactérias.

Termos e definições úteis

O que é carga elétrica de volume

Esta é uma carga elétrica distribuída por todo o volume.

O que é carga elétrica de superfície

É uma carga elétrica considerada distribuída sobre a superfície.

O que é uma carga elétrica linear

É uma carga elétrica considerada distribuída ao longo de uma linha.

Qual é a densidade de volume da carga elétrica

É uma grandeza escalar que caracteriza a distribuição da carga elétrica volumétrica, igual ao limite da razão da carga volumétrica para o elemento de volume em que está distribuída quando este elemento de volume tende a zero.

Qual é a densidade de carga elétrica de superfície

É uma grandeza escalar que caracteriza a distribuição da carga elétrica de superfície, igual ao limite da razão entre a carga elétrica de superfície e o elemento de superfície sobre o qual está distribuída quando este elemento de superfície tende a zero.

O que é densidade de carga elétrica linear

É uma quantidade escalar que caracteriza a distribuição de uma carga elétrica linear, igual ao limite da razão de uma carga elétrica linear para um elemento do comprimento da linha ao longo da qual esta carga é distribuída quando este elemento de comprimento tende a zero .

O que é um dipolo elétrico

É um conjunto de duas cargas elétricas pontuais iguais em magnitude e opostas em sinal e localizadas a uma distância muito pequena uma da outra em comparação com a distância delas aos pontos de observação.

Qual é o momento elétrico de um dipolo elétrico

É uma quantidade vetorial igual ao produto do valor absoluto de uma das cargas do dipolo e a distância entre elas e direcionada da carga negativa para a positiva.

Qual é o momento elétrico do corpo

É uma grandeza vetorial igual à soma geométrica dos momentos elétricos de todos os dipolos que compõem o corpo considerado. "O momento elétrico de um determinado volume de matéria" é definido de maneira semelhante.