Закрыть

Электрический заряд обозначение и единицы измерения: Электрический заряд — Википедия. Что такое Электрический заряд

Содержание

Электрический заряд — Википедия. Что такое Электрический заряд

Электри́ческий заря́д (коли́чество электри́чества) — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году.

Единица измерения заряда в Международной системе единиц (СИ) — кулон — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника с током 1 А за время 1 с. Заряд в один кулон очень велик. Если бы два носителя заряда (q1 = q2 = 1 Кл) расположили в вакууме на расстоянии 1 м, то они взаимодействовали бы с силой 9·109H, то есть с силой, с которой гравитация Земли притягивает предмет массой порядка 1 миллиона тонн.

История

Бенджамин Франклин проводит свой знаменитый опыт с летающим змеем, в котором доказывает, что молния — это электричество.

Ещё в глубокой древности было известно, что янтарь (др. -греч. ἤλεκτρον — электрон), потёртый о шерсть, притягивает лёгкие предметы. А уже в конце XVI века английский врач Уильям Гильберт назвал тела, способные после натирания притягивать лёгкие предметы,

наэлектризованными.

В 1729 году Шарль Дюфе установил, что существует два рода зарядов. Один образуется при трении стекла о шёлк, а другой — смолы о шерсть. Поэтому Дюфе назвал заряды «стеклянным» и «смоляным» соответственно. Понятие о положительном и отрицательном заряде ввёл Бенджамин Франклин.

В начале XX века американский физик Роберт Милликен опытным путём показал, что электрический заряд дискретен, то есть заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда.

Электростатика

Электростатикой называют раздел учения об электричестве, в котором изучаются взаимодействия и свойства систем электрических зарядов, неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отсчета.

Величина электрического заряда (иначе, просто электрический заряд) может принимать и положительные, и отрицательные значения; она является численной характеристикой носителей заряда и заряженных тел.

Эта величина определяется таким образом, что силовое взаимодействие, переносимое полем между зарядами, прямо пропорционально величине зарядов, взаимодействующих между собой частиц или тел, а направления сил, действующих на них со стороны электромагнитного поля, зависят от знака зарядов.

Электрический заряд любой системы тел состоит из целого числа элементарных зарядов, равных примерно 1,6·10−19Кл[1] в системе СИ или 4,8·10−10ед. СГСЭ[2]. Носителями электрического заряда являются электрически заряженные элементарные частицы. Наименьшей по массе устойчивой в свободном состоянии частицей, имеющей один отрицательный элементарный электрический заряд, является электрон (его масса равна 9,11·10−31 кг). Наименьшая по массе устойчивая в свободном состоянии античастица с положительным элементарным зарядом — позитрон, имеющая такую же массу, как и электрон[3]. Также существует устойчивая частица с одним положительным элементарным зарядом — протон (масса равна 1,67·10−27 кг) и другие, менее распространённые частицы.

Выдвинута гипотеза (1964 г.), что существуют также частицы с меньшим зарядом (±⅓ и ±⅔ элементарного заряда) — кварки; однако они не выделены в свободном состоянии (и, по-видимому, могут существовать лишь в составе других частиц — адронов), в результате любая свободная частица несёт лишь целое число элементарных зарядов.

Электрический заряд любой элементарной частицы — величина релятивистски инвариантная. Он не зависит от системы отсчёта, а значит, не зависит от того, движется этот заряд или покоится, он присущ этой частице в течение всего времени её жизни, поэтому элементарные заряженные частицы зачастую отождествляют с их электрическими зарядами. В целом, в природе отрицательных зарядов столько же, сколько положительных. Электрические заряды атомов и молекул равны нулю, а заряды положительных и отрицательных ионов в каждой ячейке кристаллических решеток твёрдых тел скомпенсированы.

Взаимодействие зарядов

Взаимодействие зарядов: одноимённо заряженные тела отталкиваются, разноимённо — притягиваются друг к другу

Самое простое и повседневное явление, в котором обнаруживается факт существования в природе электрических зарядов, — это электризация тел при соприкосновении

[4]. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух различных видов зарядов[5]. Один вид электрического заряда называют положительным, а другой — отрицательным. Разноимённо заряженные тела притягиваются, а одноимённо заряженные — отталкиваются друг от друга.

При соприкосновении двух электрически нейтральных тел в результате трения заряды переходят от одного тела к другому. В каждом из них нарушается равенство суммы положительных и отрицательных зарядов, и тела заряжаются разноимённо.

При электризации тела через влияние в нём нарушается равномерное распределение зарядов. Они перераспределяются так, что в одной части тела возникает избыток положительных зарядов, а в другой — отрицательных. Если две эти части разъединить, то они будут заряжены разноимённо.

Закон сохранения электрического заряда

Электрический заряд замкнутой системы[6] сохраняется во времени и квантуется — изменяется порциями, кратными элементарному электрическому заряду, то есть, другими словами, алгебраическая сумма электрических зарядов тел или частиц, образующих электрически изолированную систему, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе.

В рассматриваемой системе могут образовываться новые электрически заряженные частицы, например, электроны — вследствие явления ионизации атомов или молекул, ионы — за счёт явления электролитической диссоциации и др. Однако, если система электрически изолирована, то алгебраическая сумма зарядов всех частиц, в том числе и вновь появившихся в такой системе, всегда сохраняется.

Закон сохранения электрического заряда — один из основополагающих законов физики. Он был впервые экспериментально подтверждён в 1843 году английским учёным Майклом Фарадеем и считается на настоящее время одним из фундаментальных законов сохранения в физике (подобно законам сохранения импульса и энергии). Всё более чувствительные экспериментальные проверки закона сохранения заряда, продолжающиеся и поныне, пока не выявили отклонений от этого закона.

Свободные заряды

В зависимости от концентрации свободных зарядов тела делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники.

  • Проводники — это тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объёму. Проводники делятся на две группы: 1) проводники первого рода (металлы), в которых перенос зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями; 2) проводники второго рода (например, расплавленные соли, растворы кислот), в которых перенос зарядов (положительных и отрицательных ионов) ведёт к химическим изменениям.
  • Диэлектрики (например стекло, пластмасса) — тела, в которых практически отсутствуют свободные заряды.
  • Полупроводники (например, германий, кремний) занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

Измерение

Простейший электроскоп

Для обнаружения и измерения электрических зарядов применяется электроскоп, который состоит из металлического стержня — электрода и подвешенных к нему двух листочков фольги. При прикосновении к электроду заряженным предметом заряды стекают через электрод на листочки фольги, листочки оказываются одноимённо заряженными и поэтому отклоняются друг от друга.

Также может применяться электрометр, в простейшем случае состоящий из металлического стержня и стрелки, которая способна вращаться вокруг горизонтальной оси. При соприкосновении заряженного тела со стержнем электрометра электрические заряды распределяются по стержню и стрелке, и силы отталкивания, действующие между одноимёнными зарядами на стержне и стрелке, вызывают её поворот. Для измерения малых зарядов используются более чувствительные электронные электрометры.

См. также

Литература

Примечания

  1. ↑ Или, более точно, 1,602176487(40)·10−19 Кл.
  2. ↑ Или, более точно, 4,803250(21)·10−10 ед СГСЭ.
  3. ↑ Обычная для позитрона неустойчивость, связанная с аннигиляцией электрон-позитронной пары, при этом не рассматривается
  4. ↑ Но это далеко не единственный способ электризации тел. Электрические заряды могут возникнуть, например, под действием света
  5. Сивухин Д. В. Общий курс физики. —
    М.
    : Физматлит; Изд-во МФТИ, 2004. — Т. III. Электричество. — С. 16. — 656 с. — ISBN 5-9221-0227-3.
  6. ↑ Электрически замкнутая система — это система, у которой через ограничивающую её поверхность не могут проникать электрически заряженные частицы (система, не обменивающаяся зарядами с внешними телами).

Кулон — Википедия. Что такое Кулон


Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Куло́н (русское обозначение: Кл; международное: C) — единица измерения электрического заряда (количества электричества), а также потока электрической индукции (потока электрического смещения) в Международной системе единиц (СИ)[1]; когерентная производная единица СИ, имеющая специальные наименование и обозначение[2].

В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы кулон не в начале предложения пишется со строчной буквы, а её обозначение — всегда с заглавной.

Такое написание обозначения сохраняется и в обозначениях других производных единиц, образованных с использованием кулона[3]. Например, обозначение единицы измерения электрического смещения «кулон на квадратный метр» записывается как Кл/м2.

Определение

Кулон — это величина заряда, прошедшего через проводник при силе тока 1 А за время 1 с. Через основные единицы СИ кулон выражается соотношением вида:

1 Кл = 1 А·с.

С внесистемной единицей ампер-час кулон связан равенством:

1 Кл = 1/3600 ампер-часа[4].

Элементарный электрический заряд (с точностью до знака равный заряду электрона) составляет 1,602 176 6208(98)·10−19 Кл[5][6]. Заряд 6,24151·1018 электронов равен −1 Кл.

История

Впервые в качестве единицы измерения электрического заряда кулон был принят на 1-м Международном конгрессе электриков[7] (1881 г., Париж). Названа в честь французского физика и инженера Шарля Кулона[8]. В 1946 году Международный комитет мер и весов (CIPM) принял современное определение кулона

[9]. В Международную систему единиц (СИ) кулон введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году одновременно с принятием СИ в целом[10].

Кратные и дольные единицы

Образуются с помощью стандартных приставок СИ.

Кратные Дольные
величина название обозначение величина название обозначение
101 Кл декакулон даКл daC 10−1 Кл децикулон дКл dC
102 Кл гектокулон гКл hC 10−2 Кл сантикулон сКл cC
103 Кл килокулон кКл kC 10−3 Кл милликулон мКл mC
106 Кл мегакулон МКл MC 10−6 Кл микрокулон мкКл µC
109 Кл гигакулон ГКл GC 10−9 Кл нанокулон нКл nC
1012 Кл теракулон ТКл TC 10−12 Кл пикокулон пКл pC
1015 Кл петакулон ПКл PC 10−15 Кл фемтокулон фКл fC
1018 Кл эксакулон ЭКл EC 10−18 Кл аттокулон аКл aC
1021 Кл зеттакулон ЗКл ZC 10−21 Кл зептокулон зКл zC
1024 Кл иоттакулон ИКл YC 10−24 Кл иоктокулон иКл yC
     применять не рекомендуется

Примечания

Электрический заряд в физике - свойства, формулы и виды

Общие сведения

В 1666 году Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения. В его описании он использовал силы, названные гравитационными. Их действия объяснялись влиянием астрономических объектов. Было установлено, что величина силы зависит от массы взаимодействующих тел. Но вместе с этим учёные, проводя эксперименты, наблюдали явления притяжения или отталкивания тел небольших размеров, не связанные с гравитацией.

Появилось предположение о существовании некой субстанции. Выдвинул его Бенджамин Франклин в 1749 году. Именно в его работах впервые появилось слово «заряд». Но ещё задолго до этого в VI веке древнегреческий учёный Фалес смог обнаружить электрическое взаимодействие.

На то время он не смог объяснить природу возникающих сил и просто констатировал опытный факт. Философ обнаружил, что если потереть камень из янтаря об мех, он начинает притягивать к себе лёгкие частицы, например, пылинки. Только в 1600 году Гилберт использовал для описания явление слово «электричество», которое в переводе с греческого обозначает «янтарность».

Через 60 лет немец Отто фон Герике соорудил устройство, названное электростатической машиной. Она состояла из металлического штатива, вставленного в серный шар. С её помощью он смог узнать, что предметы могут не только притягиваться, но и отталкиваться. Эксперименты, проводимые французом Шарлем Дюфе, показали, что существует 2 типа электричества. Позже Франклин объяснил это существованием двух видов частиц:

  • положительных;
  • отрицательных.

Знак был присвоен условно, чтобы удобно было исследовать явление. Опыты показали, что 2 одинаково заряженных элемента отталкиваются друг от друга, в то время как разноимённые притягиваются. Проявление же тех или иных свойств телами, как, оказалось, зависит от кристаллического строения тела. Учёные установили, что в его основе лежит межатомное взаимодействие.

Частицей-носителем свойств элемента является атом. Он состоит из протонов и нейтронов, образующих ядро. Вокруг последнего по орбиталям вращаются электроны. Атом считается положительно заряженным, а электрон — отрицательно. Причём величина зарядов обоих знаков одинаковая, то есть тело находится в энергетическом равновесии.

Опыт Кулона

Закон взаимодействия зарядов был сформулирован и эмпирически подтверждён Кулоном в 1785 году. Для этого физик сконструировал специальное устройство — крутильные весы. Этот прибор мог измерять малые силы, возникающие при заряженности тел. Причём для удобства им была введена величина — точечный заряд.

По сути, это идеализация, позволяющая доступно описать поле заряженного тела. Под таким зарядом понимают наэлектризованный предмет, размерами которого можно пренебречь. Появились основания предположить, что вся энергия сосредоточена в одной точке. Прибор учёного состоял из следующих элементов:

  • шёлковой нити;
  • двух металлических шариков;
  • проградуированной шкалы;
  • бумажного диска;
  • коромысла.

Суть эксперимента заключалась в следующем. Подвесив к тонкой нити коромысло, на котором были закреплены 2 шарика, Кулон опустил эту конструкцию в стеклянный сосуд. Нить помещалась на половину глубины ёмкости. Причём напротив шаров по внешнему диаметру сосуда была закреплена шкала. Затем он опускал заряженный шар и наблюдал реакцию.

Заключалась она в повороте коромысла на определённую величину. Таким образом, было не только открыто явление, в котором обнаружился факт существования в природе элементарных носителей электрических зарядов, но и электризация тел при их контакте. Учёный, замеряя угол поворота, сформулировал закон. Он гласил, что сила с которой происходит взаимодействие двух заряженных элементарных зарядов прямо пропорциональна произведению их значений по модулю и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

В математическом виде это утверждение описывается следующей формулой: F = k * (q1 * q2)/r2, где k — коэффициент пропорциональности. В международной системе единиц измерения он определяется как k = ¼pE. Причём E — скалярная величина равная 8,85 * 10-12 Ф / м. Называется она электрической постоянной и определяется средой, в которой происходит взаимодействие.

Эксперимент Кулона помог установить электромагнитную сущность взаимодействия электрических зарядов, понять, что частица обладает энергией, которую она может передавать и из-за которой происходит электрическое взаимодействие тел. Но также стало ясно, что если система изолирована от внешних воздействий, она находится в энергетическом равновесии, то есть действует закон сохранения энергии.

Свойства зарядов

Количественно энергию, переносимую частицами, принято измерять в кулонах (Кл). Заряд — это некая фундаментальная величина природы. Сказать, что это такое, физики не могут. Зато они научились объяснять их взаимодействия и смогли выяснить свойства явления. Они установили, что заряд вокруг себя создаёт электрическое поле. Когда под его действие попадает другая частица, она начинает испытывать на себе его воздействие. Если убрать второй заряд, сила взаимодействия мгновенно не поменяется.

Эта теория была выдвинута экспериментатором Майклом Фарадеем и названа им правилом близкодействия. Оказалось, что носитель испытывает действие электрического поля, даже если рядом нет другой заряженной частицы, то есть воспринимает электромагнитные волны.

Кроме этого, учёные смогли обнаружить следующие свойства, присущие заряду:

  1. Существует только 2 вида заряженных частиц — положительные и отрицательные.
  2. В природе нет преобладания плюсовых или минусовых зарядов, а их суммарное число одинаковое.
  3. При электризации процесс сопровождается не появлением новых носителей, а их разделением.
  4. Размер минимального положительного заряда (протона), который удалось открыть, составляет 1,6021892 * 10-19 Кл. Это значение по модулю равно электрону.
  5. Он инвариантен, то есть его значение не зависит от выбранной системы отсчёта.
  6. Энергия, которой обладает заряженная частица, может принимать любые дискретные значения.

Последнее свойство было доказано советским физиком Иоффе в начале XX века. Он взял 2 металлические пластины. Одну из них он зарядил отрицательно, а другую положительно. Между ними помещал пылинки цинка. В результате физик наблюдал их взаимодействие с прообразом плоского конденсатора. Под действием электрического поля и ультрафиолетового излучения, из цинка вылетали электроны, и скорость пылинок изменялась.

Измеряя её, он увидел, что заряд цинковых пылинок менялся на строгую величину. Но измерить её он не смог из-за сложной формы пыли. Рассчитать значение элементарной энергии получилось у Роберта Милликена. Вместо цинка, он использовал капельки масла. Учёный смог вычислить силу сопротивления воздуха, а затем определить, величину элементарного заряда. Она составила: 4,803242±0,000014x10-10 единиц (если значение будет измеряться в СГСЭ).

Это наименьшее значение, которое можно получить в природе. Остальные величины образуются квантованием, то есть общий заряд всегда равен целому числу элементарных.

Закон сохранения

Пожалуй, одним из самых важных принципов в физике считается закон сохранения зарядов. С его проявлением можно столкнуться, например, натирая эбонитовую палочку об шерсть. В этом случае заряд как бы появляется на двух предметах одновременно. Но это не значит, как кажется, что рождаются частицы.

На самом деле заряд был и раньше в телах, но при этом сосредоточен в равных количествах. При контакте же происходит разделение элементарных носителей. С шерсти электроны переходят на эбонит, поэтому он заряжается отрицательно, а ткань — положительно. Происходит электризация. Суммарный же заряд остаётся неизменным. Он равен нулю. Это и есть проявление электросохранения.

Пусть имеются 2 физических тела. Они обладают пробными зарядами q1 и q2. Если их привести в соприкосновение, а затем развести, полученную каждым объектом энергию можно найти по формуле: q = (q1 + q2)/2

Таким образом, определение закона сохранения зарядов будет звучать так: алгебраическая сумма энергии, сосредоточенной в элементарных частицах для изолированной системы, остаётся неизменной при любых процессах. Как оказалось, правило проявляет себя не только в макромире, но и в микромире. В подтверждение сказанному можно рассмотреть 2 примера:

  1. Стеклянная палочка и шёлк. Общий заряд, а его обозначают буквой q, равняется нулю. Если потереть шёлк об стеклянную палочку, ткань зарядится отрицательно, а стекло — положительно. Проявление закона можно описать: q- ш + q+ с = 0.
  2. Ядро. Оно состоит из положительного заряженного протон и не имеющего знака нейтрона. Если последний покинет ядро, например, при атомной реакции, он распадётся на 3 вида частиц: протон (p), электрон (е) и нейтрин (ν): n → p + e + ν. Так как заряды протона и нейтрона компенсируют друг друга, а нейтрина равен нулю, q = qe + qp + qv = 0.

Протоны являются частью атомов, поэтому их число может измениться только во время ядерной реакции. Так как при электризации тел такого явления произойти не может, их количество постоянное. Значит, в процессе участвуют только электроны, и отрицательность тела возникает из-за их переизбытка, вызванного передачей. А получение положительного заряда телом, вопреки частой ошибке, означает не увеличение протонов, а уход электронов, то есть энергия передаётся порциями, состоящими из целого числа отрицательных частиц.


Кулон электрический заряд физика величина формула сила

Кулон.

 

 

Кулон – единица измерения электрического заряда (количества электричества), а также потока электрической индукции (потока электрического смещения) в Международной системе единиц (СИ).  Имеет русское обозначение – Кл и международное обозначение – C.

 

Кулон, как единица измерения

Применение кулона

Представление кулона в других единицах измерения – формулы

Кратные и дольные единицы кулона

Интересные примеры

Другие единицы измерения

 

Кулон, как единица измерения:

Кулон – единица измерения электрического заряда (количества электричества), а также потока электрической индукции (потока электрического смещения) в Международной системе единиц (СИ), названная в честь в честь французского физика и инженера Шарля Кулона.

Кулон как единица измерения имеет русское обозначение – Кл и международное обозначение – С.

1 кулон определяется как величина заряда, прошедшего через проводник при силе тока 1 ампер за время 1 секунду.

Кл = А · с.

1 Кл = 1 А · с = 1 / 3600 ампер-часа.

Заряд в один кулон очень велик. Если бы два носителя заряда (q1 = q2 = 1 Кл) расположили в вакууме на расстоянии 1 м, то они взаимодействовали бы с силой 9⋅109 H, то есть с силой, с которой гравитация Земли притягивает предмет массой порядка 1 миллиона тонн.

Электрический заряд (количество электричества) представляет собой физическую скалярную величину. Носителями электрического заряда являются электрически заряженные элементарные частицы (электрон, позитрон, протон и пр.). Наименьшей по массе устойчивой в свободном состоянии частицей, имеющей один отрицательный элементарный электрический заряд, является электрон. Электрический заряд электрона неделим и равен -1,6021766208(98)⋅10−19 Кл. Заряд протона также равен заряду электрона, но с противоположным знаком (знаком +) и равен +1,6021766208(98)⋅10−19 Кл.

Таким образом, элементарный электрический заряд (с точностью до знака равный заряду электрона или протона) составляет вышеуказанную величину +/- 1,602176 6208(98)⋅10−19 Кл.   Соответственно электрический заряд 6,24151⋅1018 электронов равен -1 Кл, а электрический заряд 6,24151⋅1018 протонов равен +1 Кл. При этом масса электрона составляет 9,10938356(11)⋅10−31 кг, а протона 1,672 621 923 69(51)⋅10−27 кг.

Наименьшая по массе устойчивая в свободном состоянии античастица с положительным элементарным зарядом – позитрон, имеющая такой же электрический заряд, что и электрон, но со знаком +. Электрический заряд позитрона равен +1,6021766208(98)⋅10−19 Кл. Масса позитрона 9,10938356(11)⋅10−31кг.

В Международную систему единиц кулон введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году, одновременно с принятием системы СИ в целом. В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы «кулон» пишется со строчной буквы, а её обозначение — с заглавной (Кл). Такое написание обозначения сохраняется и в обозначениях производных единиц, образованных с использованием кулона.

 

Применение кулона:

В кулонах измеряют электрический заряд (количество электричества), поток электрической индукции (поток электрического смещения).

 

Представление кулона в других единицах измерения – формулы:

Через основные и производные единицы системы СИ кулон выражается следующим образом:

Кл = А · с

где  Кл – кулон, А – ампер,  с – секунда.

 

Кратные и дольные единицы кулона:

Кратные и дольные единицы образуются с помощью стандартных приставок СИ.

Кратные Дольные
величина название обозначение величина название обозначение
101 Кл декакулон даКл daC 10−1 Кл децикулон дКл dC
102 Кл гектокулон гКл hC 10−2 Кл сантикулон сКл cC
103 Кл килокулон кКл kC 10−3 Кл милликулон мКл mC
106 Кл мегакулон МКл MC 10−6 Кл микрокулон мкКл µC
109 Кл гигакулон ГКл GC 10−9 Кл нанокулон нКл nC
1012 Кл теракулон ТКл TC 10−12 Кл пикокулон пКл pC
1015 Кл петакулон ПКл PC 10−15 Кл фемтокулон фКл fC
1018 Кл эксакулон ЭКл EC 10−18 Кл аттокулон аКл aC
1021 Кл зеттакулон ЗКл ZC 10−21 Кл зептокулон зКл zC
1024 Кл иоттакулон ИКл YC 10−24 Кл иоктокулон иКл yC

 

Интересные примеры:

При прохождении одного кулона через вольтаметр, наполненный раствором азотносеребряной соли, выделяется на катоде этого вольтаметра количество серебра, равное 0,001118 г.

При прохождении одного кулона через вольтаметр, наполненный подкисленной водой, выделяется 0,174 см3 гремучего газа (при 0° и 760 мм давления).

 

Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Кулон

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

 

Найти что-нибудь еще?

Похожие записи:

карта сайта

кулон электрический заряд физика величина формула
закон заряд сила взаимодействия формула виды законов коэффициент закона кулона можно записать в виде взаимодействие зарядов сила

 

Коэффициент востребованности 1 377

Единица измерения электрического заряда - кулон (рус.обозначение:Кл,межд.обозначение:C)

Как называется единица измерения электрического заряда? Данная статья поможет вам разобраться в этой теме.

Единица измерения электрического заряда в Международной системе единиц (СИ) носит название кулон. 1 кулон — это электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника с током 1 А за время 1 с.

Таким образом, 1 кулон (1Кл)=1А*1с

В 1881 г. в Париже на 1-м Международном конгрессе электриков кулон впервые был принят в качестве единицы измерения электрического заряда. В Международную систему единиц (СИ) кулон введён в 1960 году. Кулон (Кл) относится к производным единицам измерения СИ.

Наименование, обозначение и определение кулона в России регламентировано государственным стандартом ГОСТ 8.417-2002, которым регламентированы многие единицы измерения.

В России кулон имеет обозначение - Кл. Международное обозначение кулона – C.

Единица измерения электрического заряда кулон названа в честь выдающегося французского ученого и инженера Шарля Огюстена де Кулона. В честь Шарля Кулона также назван закон взаимодействия электрических зарядов , так называемый Закон Кулона.

Сам электрический заряд (количество электричества) представляет собой физическую скалярную величину, которая определяет способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.

Каким прибором измеряется электрический заряд?

Прибор, который определяет электрический заряд носит название электроскоп.

Электроскоп (от греческих слов «электрон» и skopeo – наблюдать, обнаруживать) — прибор для индикации наличия электрического заряда.

Принцип действия электроскопа основан на том, что на одноименно заряженные тела действуют силы взаимного отталкивания.

Измерить электрический заряд можно также с помощью электрометра, в простейшем случае состоящий из металлического стержня и стрелки, которая способна вращаться вокруг горизонтальной оси

Вы спросите чем электрометр отличается от электроскопа? Электроскоп и электрометр это приборы для обнаружения зарядов. У электрометра имеется стрелка которая позволяет еще и оценить(измерить) электрический заряд.

Т.е.электроскоп находит заряд, а электрометр еще и измеряет силу заряда (метр -измерять, вычислять)

Кулон в кроссвордах и сканвордах

В кроссворде или сканворде можно встретить следующие вопросы: «Единица измерения электрического заряда 5 букв» или "В честь какого ученого названа единица измерения электрического заряда 5 букв". Правильный ответ на такие вопросы, естественно: «Кулон».

Теперь вы знаете как называется единица измерения электрического заряда

как связаны между собой напряжение, ток и сопротивление

Добавлено 30 сентября 2020 в 00:30

Сохранить или поделиться

Первая и, возможно, самая важная взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением называется законом Ома, который был открыт Георгом Симоном Омом и опубликован в его статье 1827 года «Гальваническая цепь, исследованная математически».

Напряжение, ток и сопротивление

Электрическая цепь образуется, когда создается проводящий путь, позволяющий электрическому заряду непрерывно перемещаться. Это непрерывное движение электрического заряда по проводникам цепи называется током, и о нем часто говорят как о «потоке», как о потоке жидкости через полую трубу.

Сила, побуждающая носители заряда «течь» по цепи, называется напряжением. Напряжение – это особая мера потенциальной энергии, которая всегда относительна между двумя точками. Когда мы говорим об определенной величине напряжения, присутствующего в цепи, мы имеем в виду измерение потенциальной энергии для перемещения носителей заряда из одной конкретной точки этой цепи в другую конкретную точку. Без упоминания двух конкретных точек термин «напряжение» не имеет значения.

Ток, как правило, проходит через проводники с некоторой степенью трения или противодействия движению. Это противодействие движению правильнее называть сопротивлением. Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления в цепи, препятствующего прохождению тока. Как и напряжение, сопротивление – это величина, измеряемая между двумя точками. По этой причине величины напряжения и сопротивления часто указываются как «между» двумя точками в цепи.

Единицы измерения: вольт, ампер и ом

Чтобы иметь возможность делать осмысленные утверждения об этих величинах в цепях, нам нужно уметь описывать их количества так же, как мы могли бы количественно определить массу, температуру, объем, длину или любые другие физические величины. Для массы мы можем использовать единицы «килограмм» или «грамм». Для температуры мы можем использовать градусы Фаренгейта или градусы Цельсия. В таблице ниже приведены стандартные единицы измерения электрического тока, напряжения и сопротивления:

Единицы измерения тока, напряжения, сопротивления
ВеличинаСимволЕдиница измеренияСокращение единицы измерения
ТокIАмперА
НапряжениеVВольтВ
СопротивлениеRОмОм

«Символ», присвоенный каждой величине, представляет собой стандартную букву латинского алфавита, используемую для представления этой величины в формулах. Подобные стандартизированные буквы распространены во всех физических и технических дисциплинах и признаны во всем мире. «Сокращение единицы измерения» для каждой величины представляет собой алфавитный символ(ы), используемый в качестве сокращенного обозначения конкретной единицы измерения.

Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электричества: ампер в честь француза Андре М. Ампера, вольт в честь итальянца Алессандро Вольта, а ом в честь немца Георга Симона Ома.

Математический символ для каждой величины также имеет значение. «R» для сопротивления и «V» для напряжения говорят сами за себя («Resistance» и «Voltage», соответственно), тогда как «I» для тока кажется немного странным. Предполагается, что буква «I» должна представлять «интенсивность» («Intensity»)(потока заряда). Судя по исследованиям, которые мне удалось провести, кажется, что есть некоторые разногласия по поводу значения слова «I». Другой символ напряжения, «E», означает «электродвижущую силу» («Electromotive force»). Символы «E» и «V» по большей части взаимозаменяемы, хотя в некоторых текстах «E» зарезервировано для обозначения напряжения на источнике (таком как батарея или генератор), а «V»– для обозначения напряжения на любом другом элементе.

Все эти символы выражаются заглавными буквами, за исключением случаев, когда величина (особенно напряжение или ток) описывается в терминах короткого периода времени (так называемые «мгновенные» значения). Например, напряжение батареи, которое стабильно в течение длительного периода времени, будет обозначаться заглавной буквой «E», тогда как пиковое напряжения при ударе молнии в тот самый момент, когда она попадает в линию электропередачи, скорее всего, будет обозначаться строчной буквой «е» (или строчной буквой «v»), чтобы отметить это значение как имеющееся в один момент времени. Это же соглашение о нижнем регистре справедливо и для тока: строчная буква «i» представляет ток в некоторый момент времени. Однако большинство измерений в цепях постоянного тока, которые стабильны во времени, будут обозначаться заглавными буквами.

Кулон и электрический заряд

Одна из основных единиц электрических измерений, которую часто преподают в начале курсов электроники, но нечасто используют впоследствии, – это кулон – единица измерения электрического заряда, пропорциональная количеству электронов в несбалансированном состоянии. Один кулон заряда соответствует 6 250 000 000 000 000 000 электронов. Символом количества электрического заряда является заглавная буква «Q», а единица измерения кулонов обозначается «Кл». Единица измерения тока, ампер, равна 1 кулону заряда, проходящему через заданную точку в цепи за 1 секунду. В этом смысле, ток – это скорость движения электрического заряда через проводник.

Как указывалось ранее, напряжение – это мера потенциальной энергии на единицу заряда, доступная для стимулирования протекания тока из одной точки в другую. Прежде чем мы сможем точно определить, что такое «вольт», мы должны понять, как измерить эту величину, которую мы называем «потенциальной энергией». Общей метрической единицей измерения энергии любого вида является джоуль, равный количеству работы, совершаемой силой в 1 ньютон при движении на 1 метр (в том же направлении). В этих научных терминах 1 вольт равен 1 джоулю электрической потенциальной энергии на (деленному на) 1 кулон заряда. Таким образом, 9-вольтовая батарея выделяет 9 джоулей энергии на каждый кулон заряда, проходящего через цепь.

Эти единицы и символы электрических величин станут очень важны, когда мы начнем исследовать отношения между ними в цепях.

Формула закона Ома

Основное открытие Ома заключалось в том, что величина электрического тока, протекающего через металлический проводник в цепи, при любой заданной температуре прямо пропорциональна напряжению, приложенному к нему. Ом выразил свое открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь напряжения, тока и сопротивления:

\[E=IR\]

В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно току (I), умноженному на сопротивление (R). Используя алгебру, мы можем преобразовать это уравнение в других два варианта, решая его для I и R соответственно:

\[I = \frac{E}{R}\]

\[R = \frac{E}{I}\]

Анализ простых схем с помощью закона Ома

Давайте посмотрим, как эти формулы работают, чтобы помочь нам анализировать простые схемы:

Рисунок 1 – Пример простой схемы

В приведенной выше схеме есть только один источник напряжения (батарея слева) и только один источник сопротивления току (лампа справа). Это позволяет очень легко применить закон Ома. Если мы знаем значения любых двух из трех величин (напряжения, тока и сопротивления) в этой цепи, мы можем использовать закон Ома для определения третьей.

В этом первом примере мы вычислим величину тока (I) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и сопротивления (R):

Рисунок 2 – Пример 1. Известны напряжение источника и сопротивление лампы

Какая величина тока (I) в этой цепи?

\[I = \frac{E}{R} = \frac{12 \ В}{3 \ Ом} = 4 \ А\]

Во втором примере мы вычислим величину сопротивления (R) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и тока (I):

Рисунок 3 – Пример 2. Известны напряжение источника и ток в цепи

Какое сопротивление (R) оказывает лампа?

\[R = \frac{E}{I} = \frac{36 \ В}{4 \ А} = 9 \ Ом\]

В последнем примере мы рассчитаем величину напряжения, подаваемого батареей, с учетом значений тока (I) и сопротивления (R):

Рисунок 4 – Пример 3. Известны ток в цепи и сопротивление лампы

Какое напряжение обеспечивает батарея?

\[E = IR = (2 \ А)(7 \ Ом) = 14 \ В\]

Метода треугольника закона Ома

Закон Ома – очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он так часто используется при изучении электричества и электроники, что студент должен запомнить его. Если вы не очень хорошо умеете работать с формулами, то для его запоминания существует простой прием, помогающий использовать его для любой величины, зная две других. Сначала расположите буквы E, I и R в виде треугольника следующим образом:

Рисунок 5 – Треугольник закона Ома

Если вы знаете E и I и хотите определить R, просто удалите R с картинки и посмотрите, что осталось:

Рисунок 6 – Закон Ома для определения R

Если вы знаете E и R и хотите определить I, удалите I и посмотрите, что осталось:

Рисунок 7 – Закон Ома для определения I

Наконец, если вы знаете I и R и хотите определить E, удалите E и посмотрите, что осталось:

Рисунок 8 – Закон Ома для определения E

В конце концов, вам придется научиться работать с формулами, чтобы серьезно изучать электричество и электронику, но этот совет может облегчить запоминание ваших первых вычислений. Если вам удобно работать с формулами, всё, что вам нужно сделать, это зафиксировать в памяти E = IR и вывести из нее две другие формулы, когда они вам понадобятся!

Резюме

  • Напряжение измеряется в вольтах, обозначается буквами «E» или «V».
  • Сила тока измеряется в амперах, обозначается буквой «I».
  • Сопротивление измеряется в омах, обозначается буквой «R».
  • Закон Ома: E = IR; I = E/R; R = E/I

Оригинал статьи:

Теги

Закон ОмаЗарядКулонОбучениеСила токаСопротивлениеСхемотехникаЭлектрический токЭлектрическое напряжение

Сохранить или поделиться

Электрическая зарядка

Независимо от того, есть ли у вас полностью электрический автомобиль или подключаемый к электросети гибрид, у вас есть несколько вариантов зарядки. Многие владельцы проводят большую часть зарядки дома. Некоторые рабочие места, предприятия и многоквартирные дома (кондоминиумы / апартаменты) обеспечивают зарядку, и по всей стране расположено более 16 тысяч общественных зарядных станций.

Типы зарядки

Существует три основных типа зарядки:

  • Зарядка уровня 1: Вы можете зарядить свой автомобиль, подключив его к обычной розетке на 120 вольт - той, что есть у вас дома. Это самый медленный тип зарядки - от 2 до 5 миль в час зарядки - но он может быть удобным и не требует специального зарядного устройства или розетки. Большинство, если не все автомобили с штепсельной розеткой оснащены шнуром для зарядки этого типа.
  • Зарядка уровня 2: Эти зарядные устройства обеспечивают питание напряжением 240 В (или 208 В) и обеспечивают диапазон от 10 до 30 миль в час зарядки. Большинство общедоступных зарядных устройств относятся к уровням 2. Вы также можете установить дома зарядное устройство уровня 2.В большинстве общедоступных зарядных устройств используется стандартный тип вилки, совместимый со всеми транспортными средствами. Однако в зарядных станциях Tesla используется вилка другого типа, которая не может использоваться в автомобилях других производителей. Tesla предоставляет адаптер, который позволяет ее автомобилям использовать как Tesla, так и стандартные зарядные станции уровня 2.
  • Быстрая зарядка: Также называется Быстрая зарядка постоянным током или Быстрая зарядка постоянным током - это самый быстрый вид зарядки, обеспечивающий около 50 миль или более дальности действия аккумулятора за 20 минут. Не все автомобили поддерживают быструю зарядку, и не все автомобили используют один и тот же тип вилки для быстрой зарядки постоянным током, поэтому обратитесь к руководству пользователя. Станции быстрой зарядки обычно располагаются вдоль коридоров с интенсивным движением. Из-за требований к стоимости и электрическому току они не подходят для установки в домашних условиях.

Примечание. Стоимость зависит от модели автомобиля. Итак, обратитесь к руководству пользователя, чтобы узнать расчетное время зарядки. Скорость зарядки также зависит от других факторов, таких как уровень заряда аккумулятора и температура окружающей среды.Посетите сайт AFDC по разработке инфраструктуры для зарядки электромобилей для получения дополнительной информации о вариантах зарядки транспортных средств.

Общие вопросы

Сколько стоит зарядка дома добавить к моему счету за электричество?

Это зависит от ваших затрат на электроэнергию, топливной экономичности вашего автомобиля и количества миль, которые вы проезжаете на электричестве за месяц. Например, если вы едете на Nissan Leaf (небольшой седан) 12 000 миль в год, электричество стоит 0,12 доллара за кВтч, а вы заряжаете только дома, это добавит 37 долларов.50 к вашему ежемесячному счету за электричество.

Как мне найти общедоступные зарядные устройства?

Многие автомобили имеют встроенные дисплеи, на которых отображаются ближайшие зарядные станции, и / или приложения для смартфонов, показывающие, где расположены зарядные устройства. Помимо информации о производителе транспортных средств и сетевых приложений для зарядки, в Центре обработки данных по альтернативным видам топлива Министерства энергетики есть локатор станций (настольная веб-версия, мобильная версия, версия для Apple iPhone и iPod).

Сколько стоит общественная зарядка?

Некоторые общественные зарядные устройства бесплатны.Другие взимают либо фиксированную плату за заряд, либо ежемесячную подписку, в зависимости от количества потребляемой электроэнергии или продолжительности использования зарядного устройства. Тарифы на оплату могут варьироваться в зависимости от региона и сети, и ставки меняются по мере развития общественных тарифов и тестирования различных ценовых стратегий.

Как вы платите за общественную зарядку?

Большинство сетей, таких как Blink или ChargePoint, имеют членство, которое позволяет участникам использовать карты или мобильные приложения для активации зарядных устройств.Однако, даже если у вас нет членства, большинство разрешает взимать плату с гостей, хотя она может быть более высокой.

Как я узнаю, что моя машина заряжена?

Большинство автомобилей имеют возможность отправить вам текстовое сообщение или сообщение электронной почты после завершения зарядки. Общедоступные сети зарядки также могут отправлять вам текстовые сообщения или сообщения электронной почты после завершения зарядки, если у вас есть членство.

Следует ли убирать машину с общественной зарядной станции, когда она заряжена?

Да.Оставление полностью заряженного автомобиля подключенным к зарядному устройству может быть очень неприятным для других, которым может понадобиться его использовать. Чтобы предотвратить длительную парковку у зарядных устройств, некоторые общественные зарядные станции будут заряжаться к моменту включения автомобиля в розетку, а не в зависимости от потребляемой электроэнергии.

Сколько стоит установить дома зарядное устройство уровня 2?

Зарядные устройства

для дома обычно стоят от 400 до 1000 долларов. Стоимость установки зависит от электрика, сложности установки и необходимых разрешений или других сборов.В вашем штате или районе могут быть доступны льготы, которые частично компенсируют расходы.

Стоит ли устанавливать дома зарядное устройство уровня 2 дополнительных затрат?

Это зависит от ряда факторов, поэтому вам нужно решить, экономично ли это для вас. Если у вас есть подключаемый гибрид с небольшим аккумулятором, и / или вы ежедневно проезжаете ограниченное количество миль на электричестве, зарядка уровня 1 может удовлетворить ваши потребности. Однако, если у вашего автомобиля большой аккумулятор и вы проезжаете 50 или более миль в день на электричестве, зарядное устройство 2-го уровня может окупить вложения.

Безопасно ли заряжать автомобиль под дождем?

Да. Транспортные средства и зарядные станции разработаны таким образом, чтобы предотвратить поражение электрическим током даже в дождливую погоду.

Дополнительная информация

Расположение станций зарядки электромобилей

Развитие инфраструктуры для зарядки электромобилей

Зарядка электромобилей дома

Зарядка электромобилей для многоквартирных домов

Зарядка электромобилей в общественных местах

Blink Часто задаваемые вопросы

Поддержка драйверов ChargePoint EV: часто задаваемые вопросы по драйверам EV

The Ultimate Guide to Electric Car Charging Networks by plugincars.com

Электрический заряд и электрический ток

Рассмотрим, что происходит внутри короткого отрезка изоляционного материала из ПВХ. медная проволока. Электроны свободно перемещаются между атомами меди. Каждый электрон имеет отрицательный заряд, и когда мы получаем их пачку чтобы течь по проводу в одном направлении, мы получаем поток заряда, называемый током. Если ток течет только в одном направлении, он называется постоянный ток или ДЦ .

--- 20 AWG ------ 20 AWG ---

Если он течет вперед и назад, мы называем его переменным током или AC .

--- 20 AWG ------ 20 AWG ---

Заряд измеряется в кулонах. Чтобы равняться одному кулону, требуется огромное количество электронов. Фактически это занимает примерно 6,2х10 18 . Глядя на это с противоположной точки зрения, один электрон имеет отрицательный заряд, равный -1,6х10 -19 кулонов (-1,6х10 -19 Кл).

Один кулон заряда, протекающего в секунду, равен одному амперу тока. Однако на самом деле произнесение слова «ампер» заставляет меня чувствовать себя художником-импрессионистом, пишущим строку ямбического стиха для описания покрытой росой листвы прохладным весенним утром.Если вы хотите быть настоящим ламповщиком, вам нужно сказать «усилитель». Одна тысячная ампера (0,001 А) - это «миллиампер» (1 мА).

Требуется поток 6,2х10 18 электронов в секунду, чтобы произвести один ампер тока. К счастью, в хороших проводниках для этой задачи доступно много электронов. В металлической меди, например, в одном кубическом метре имеется 8,5х10 28 свободных электронов. Хорошо, может быть, мы не используем целый кубометр меди в ламповом усилителе, но даже меньшие кусочки имеют более чем достаточно свободных электронов для удовлетворения наших потребностей.



В вакуумных трубках электроны текут от нагретого катода к ненагретой пластине, поэтому можно подумать, что ток будет течь в этом направлении. В конце концов, это то направление, в котором физические частицы действительно движутся. Увы, это не так. Электроны заряжены отрицательно, и с точки зрения тока отрицательно заряженные частицы, движущиеся в одном направлении, имеют тот же эффект, что и положительные заряды, текущие в противоположном направлении. Таким образом мы говорим, что «положительный» ток течет от пластины к катоду. Поначалу это странная концепция, но к ней легко привыкнуть. Нам просто нужно представить, что ток вызывается положительно заряженными частицами, каждая с зарядом + 1,6x10 -19 Кл, текущими в направлении, противоположном потоку электронов.

Проблема

Провод 20AWG длиной 1 см соединяет два терминала регулятора скорости вашего Fender Tremolux 6G9. Его медно-металлический проводник содержит 4,4х10 20 свободных электронов, способных проводить ток.Какой заряд представляют эти свободные электроны?

Решение

Общий заряд равен количеству электронов, умноженному на заряд одного электрона:

(4,4x10 20 ) (- 1,6x10 -19 ° C) = -70 ° C

Неплохо для крошечной проволоки!



Проблема

Путем невероятно проницательного наблюдения вы замечаете, что 1,25x10 16 электронов текут каждую секунду от катода к пластине вашего предусилителя 12AX7. Сколько ампер тока это означает? В каком направлении?

plategridcathode

Решение

1,25x10 16 электронов представляют собой заряд

(1,25x10 16 ) (- 1,6x10 -19 ° C) = -0,002 ° C

Это означает, что от катода к пластине течет -0,002 ° C в секунду. Что касается тока, это то же самое, как если бы от пластины к катоду текло + 0,002 ° C в секунду. Это равно 0.002A или 2 мА. Таким образом, от пластины к катоду протекает ток 2 мА.



Проблема

4,1x10 18 электронов в минуту перемещаются от источника экрана усилителя мощности к источнику питания пластины усилителя через дроссель. (Я уверен, вам было весело их пересчитывать!) Какой ток в миллиамперах?

Решение

Если разделить на 60, то 4,1х10 ​​ 18 электронов в минуту равно 6,8х10 16 электронов в секунду.Заряд, протекающий через штуцер, измеряется в кулонах в секунду и составляет равно количество электронов в секунду, умноженное на заряд одного электрона:

(6,8x10 16 с -1 ) (- 1,6x10 -19 C) = -0,011C / с

Что касается тока, это то же самое, что и положительные заряды, протекающие в противоположном направлении со скоростью + 0,011C / с, что составляет 11 мА. Таким образом, ток 11 мА протекает от питания пластины через дроссель к питанию экрана.Электроны, которые делают все это возможным, на самом деле текут в противоположном направлении.

Проблема

В вашем клоне Champ 5E1 используется провод 20AWG диаметром 0,812 мм для подключения напряжения питания пластины к пластинчатому резистору 100 кОм. Резистор пропускает ток 0,6 мА в режиме ожидания при отсутствии сигнала гитары. Как быстро электроны движутся по проводу? Можно ли использовать проволоку большего диаметра, чтобы они текли быстрее?

Решение

Радиус проволоки равен половине диаметра или 0.406 мм, что составляет 4,06х10 -4 метров. Площадь получается квадратом радиуса и умножением на пи. Это означает, что площадь поперечного сечения в квадратных метрах составляет

(3,14) (4,06x10 -4 м) 2 = 5,2x10 -7 м 2

Умножение площади поперечного сечения на длину дает нам количество кубических метров в проводе:

(5,2x10 -7 м 2 ) (1 м) = 5,2x10 -7 м 3

Их 8. 5x10 28 свободных электронов на кубический метр меди. Это означает, что в одном метре провода 20AWG есть

(8,5x10 28 м -3 ) (5,2x10 -7 м 3 ) = 4,4x10 22

электроны. Чтобы получить количество заряда в одном метре провода, мы умножаем его на количество кулонов на электрон, что дает нам

(4,4x10 22 ) (- 1,6x10 -19 C) = -7,0x10 3 C

Если посмотреть на это с другой точки зрения, это означает, что требуется

1 / (7.0x10 3 ) = 1,4x10 -4

метров провода для удержания заряда -1С. Это меньше миллиметра! А мы говорим о довольно тонком проводе. Мы знаем, что ток через пластинчатую цепь составляет 0,6 мА, что означает, что каждую секунду через провод проходит 6x10 -4 C заряда. (Это положительный ток от пластины, подающей через пластинчатый резистор к пластине трубки, как если бы по проводу проходили положительные заряды. )

Количество метров провода, содержащего -0.0006C заряда составляет

(1,4x10 -4 ) (6x10 -4 ) = 8x10 -8

Таким образом, это количество метров заряда, которое проходит через провод каждую секунду. Таким образом, электроны дрейфуют по проводу со скоростью 8x10 -8 метров в секунду. Если бы вы использовали провод большего диаметра, то в поперечном сечении было бы больше электронов. Таким образом, электроны будут двигаться медленнее и производить такое же количество тока.



Как показывает эта проблема, электроны дрейфуют очень медленно.В этом случае всего 7,4 миллиметра за весь день! Однако важно помнить, что гитарные сигналы движутся почти со скоростью света. Если подать ток 0,6 мА на один конец провода, то 0,6 мА почти мгновенно потечет через другой конец. Просто не ожидайте увидеть выходящие те же электроны, что и вы.

Вы и тысячи других автомобилистов остановились на автостраде Голден Стейт между Сан-Фернандо и Бербанком. Если бы все вы просто двигались вперед одновременно, тогда «сигнал» двигаться вперед распространялся бы мгновенно.Однако, если вы находитесь в левой полосе движения в Сан-Фернандо, вы все равно еще очень долго не увидите выход 144.

Проблема

При полной мощности и максимальном падении напряжения питания блок питания Fender Bassman 5F6-A выдерживает нагрузку 187 мА. Сколько кулонов в секунду это означает? Источник питания в этих условиях обеспечивает нагрузку +377 В постоянного тока. В каком направлении через нагрузку текут электроны?

СЛЕДУЮЩАЯ СТРАНИЦА

определение electric_charge и синонимы electric_charge (английский)

Electric charge - это физическое свойство материи, которое заставляет ее испытывать силу, когда она находится рядом с другим электрически заряженным веществом.Электрический заряд бывает двух типов: положительный и отрицательный. Два положительно заряженных вещества или объекта испытывают взаимную силу отталкивания, как и два отрицательно заряженных объекта. Положительно заряженные объекты и отрицательно заряженные объекты испытывают силу притяжения. Единицей электрического заряда в системе СИ является кулон (Кл), хотя в электротехнике также принято использовать ампер-час (Ач). Изучение того, как взаимодействуют заряженные вещества, - это классическая электродинамика, которая точна, поскольку квантовыми эффектами можно пренебречь.

Электрический заряд является фундаментальным сохраняющимся свойством некоторых субатомных частиц, которое определяет их электромагнитное взаимодействие. Электрически заряженная материя находится под влиянием электромагнитных полей и производит их. Взаимодействие между движущимся зарядом и электромагнитным полем является источником электромагнитной силы, которая является одной из четырех основных сил (см. Также: магнитное поле).

Эксперименты двадцатого века показали, что электрический заряд квантован ; то есть он кратен отдельным маленьким единицам, называемым элементарным зарядом, e , примерно равным 1. 602 × 10 −19 кулонов (за исключением частиц, называемых кварками, которые имеют заряды, кратные ⅓ e ). Протон имеет заряд e , а электрон - e . Изучение заряженных частиц и того, как их взаимодействия опосредуются фотонами, - это квантовая электродинамика.

Обзор

Электрическое поле, вызванное отрицательным электрическим зарядом

Заряд - это фундаментальное свойство форм материи, которые проявляют электростатическое притяжение или отталкивание в присутствии другой материи.Электрический заряд - характерное свойство многих субатомных частиц. Заряды свободно стоящих частиц кратны элементарному заряду e ; мы говорим, что электрический заряд равен , квантованному . Майкл Фарадей в своих экспериментах по электролизу первым заметил дискретную природу электрического заряда. Эксперимент Роберта Милликена с каплей масла прямо продемонстрировал этот факт и измерил элементарный заряд.

По соглашению, заряд электрона равен -1, а заряд протона равен +1. Заряженные частицы с одинаковыми знаками зарядов отталкиваются друг от друга, а частицы с разными знаками притягиваются. Закон Кулона количественно определяет электростатическую силу между двумя частицами, утверждая, что сила пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Заряд античастицы равен заряду соответствующей частицы, но с противоположным знаком. Кварки имеют дробные заряды либо - 1 3 , либо + 2 3 , но отдельно стоящие кварки никогда не наблюдались (теоретическая причина этого факта - асимптотическая свобода).

Электрический заряд макроскопического объекта - это сумма электрических зарядов составляющих его частиц. Этот заряд часто невелик, потому что материя состоит из атомов, а атомы обычно имеют равное количество протонов и электронов, и в этом случае их заряды сокращаются, давая нулевой общий заряд, что делает атом нейтральным.

Ион - это атом (или группа атомов), который потерял один или несколько электронов, придав ему чистый положительный заряд (катион), или который приобрел один или несколько электронов, придав ему чистый отрицательный заряд (анион). . Одноатомные ионы образованы из одиночных атомов, а многоатомные ионы образованы из двух или более атомов, которые были связаны вместе, в каждом случае давая ион с положительным или отрицательным суммарным зарядом.

Во время образования макроскопических объектов обычно составляющие атомы и ионы объединяются таким образом, что они образуют структуры, состоящие из нейтральных ионных соединений , электрически связанных с нейтральными атомами. Таким образом, макроскопические объекты имеют тенденцию быть нейтральными в целом, но макроскопические объекты редко бывают совершенно нейтральными.

Бывают случаи, когда макроскопические объекты содержат ионы, распределенные по всему материалу, жестко связанные на месте, придающие объекту общий положительный или отрицательный заряд. Кроме того, макроскопические объекты, состоящие из проводящих элементов, могут более или менее легко (в зависимости от элемента) принимать или испускать электроны, а затем бесконечно поддерживать отрицательный или положительный заряд. Когда чистый электрический заряд объекта отличен от нуля и неподвижен, это явление известно как статическое электричество.Это можно легко сделать, протерев два разных материала друг с другом, например натерев янтарь мехом или стекло шелком. Таким образом, непроводящие материалы могут быть заряжены в значительной степени положительно или отрицательно. Заряд, взятый из одного материала, перемещается в другой материал, оставляя за собой противоположный заряд такой же величины. Всегда применяется закон сохранения заряда , давая объекту, с которого был снят отрицательный заряд, положительный заряд такой же величины, и наоборот.

Даже когда чистый заряд объекта равен нулю, заряд может быть распределен в объекте неравномерно (например, из-за внешнего электромагнитного поля или связанных полярных молекул). В таких случаях объект называется поляризованным. Заряд из-за поляризации известен как связанный заряд, в то время как заряд на объекте, создаваемый электронами, полученными или потерянными извне объекта, называется , свободным зарядом . Движение электронов в проводящих металлах в определенном направлении известно как электрический ток.

Шт.

Единица измерения количества электрического заряда в системе СИ - кулон, что эквивалентно примерно 6,242 × 10 18 e ( e - заряд протона). Следовательно, заряд электрона составляет приблизительно -1,602 × 10 -19 С. Кулон определяется как количество заряда, которое прошло через поперечное сечение электрического проводника, несущего один ампер за одну секунду. Символ Q часто используется для обозначения количества электричества или заряда.Количество электрического заряда может быть измерено непосредственно электрометром или косвенно баллистическим гальванометром.

Обнаружив квантованный характер заряда, в 1891 году Джордж Стони предложил единицу «электрон» для этой фундаментальной единицы электрического заряда. Это было до открытия частицы Дж. Дж. Дж. Томсоном в 1897 году. Единица сегодня рассматривается как безымянная, называемая «элементарный заряд», «основная единица заряда» или просто «е». Мера заряда должна быть кратной элементарному заряду e , даже если в больших масштабах заряд, кажется, ведет себя как реальная величина.В некоторых контекстах имеет смысл говорить о долях заряда; например, при зарядке конденсатора или дробном квантовом эффекте Холла.

История

Как сообщил древнегреческий философ Фалес из Милета около 600 г. до н.э., заряд (или электричество ) можно было накапливать, натирая мехом различные вещества, например, янтарь. Греки отметили, что заряженные янтарные пуговицы могут притягивать легкие предметы, например волосы. Они также отметили, что если они достаточно долго протирают янтарь, они могут даже получить электрическую искру, чтобы прыгнуть.Это свойство происходит из-за трибоэлектрического эффекта.

В 1600 году английский ученый Уильям Гилберт вернулся к этой теме в De Magnete и ввел новое латинское слово electricus из греческого слова ηλεκτρον ( elektron ), которое вскоре дало начало к английским словам «электрический» и «электричество». За ним в 1660 году последовал Отто фон Герике, который изобрел, вероятно, первый электростатический генератор. Другими европейскими пионерами были Роберт Бойль, который в 1675 году заявил, что электрическое притяжение и отталкивание могут действовать через вакуум; Стивен Грей, который в 1729 году классифицировал материалы как проводники и изоляторы; и С.Ф. дю Фэ, который в 1733 [1] предположил, что электричество бывает двух видов, которые компенсируют друг друга, и выразил это в терминах теории двух жидкостей. Когда стекло натирали шелком, дю Фэй сказал, что стекло было заряжено стекловидным электричеством , а когда янтарь натирали мехом, янтарь заряжался смолистым электричеством . В 1839 году Майкл Фарадей показал, что очевидное разделение между статическим электричеством, текущим электричеством и биоэлектричеством было неправильным, и все они были следствием поведения одного вида электричества, проявляющегося в противоположных полярностях.Произвольно, какая полярность называется положительной, а какая - отрицательной. Положительный заряд можно определить как заряд, оставшийся на стеклянном стержне после того, как его натерли шелком. [2]

Одним из выдающихся экспертов по электричеству в 18 веке был Бенджамин Франклин, который выступал в пользу теории электричества с одной жидкостью. Франклин представлял электричество как разновидность невидимой жидкости, присутствующей во всей материи; например, он считал, что это стакан в лейденской банке, в котором хранится накопленный заряд.Он утверждал, что трение изолирующих поверхностей друг о друга заставило эту жидкость изменить местоположение, и что поток этой жидкости составляет электрический ток. Он также утверждал, что, когда вещество содержит слишком мало жидкости, оно заряжается «отрицательно», а когда в нем имеется избыток, оно заряжается «положительно». По неизвестной причине он определил термин «положительный» для стекловидного электричества, а «отрицательный» - для смолистого электричества. Уильям Уотсон пришел к тому же объяснению примерно в то же время.

Статическое электричество и электрический ток

Статическое электричество и электрический ток - это два разных явления, оба связаны с электрическим зарядом и могут происходить одновременно в одном и том же объекте. Статическое электричество - это ссылка на электрический заряд объекта и связанный с ним электростатический разряд, когда два объекта сводятся вместе, которые не находятся в равновесии. Электростатический разряд вызывает изменение заряда каждого из двух объектов. Напротив, электрический ток - это поток электрического заряда через объект, который не вызывает чистых потерь или увеличения электрического заряда.Хотя заряд протекает между двумя объектами во время электростатического разряда, время слишком мало для поддержания тока.

Электрификация трением

Эксперимент I

Потрите вместе кусок стекла и кусок смолы, не проявляющие никаких электрических свойств, и оставьте так, чтобы протертые поверхности соприкасались. Они по-прежнему не будут проявлять никаких электрических свойств. Пусть они разделятся. Теперь они будут притягивать друг друга.

Если второй кусок стекла протереть вторым куском смолы, и если этот кусок затем отделить и подвесить рядом с бывшими кусками стекла и смолы, то можно будет наблюдать:

  1. видно, что два куска стекла отталкиваются друг от друга.
  2. , что каждый кусок стекла притягивает каждый кусок смолы.
  3. видно, что два куска смолы отталкиваются друг от друга.

Эти явления притяжения и отталкивания называются электрическими явлениями, а тела, которые демонстрируют их, называются «наэлектризованными» или «заряженными электричеством».

Тела могут быть наэлектризованы многими другими способами, в том числе трением.

Электрические свойства двух кусков стекла схожи друг с другом, но противоположны свойствам двух кусков смолы: стекло притягивает то, что отталкивает смола, и отталкивает то, что притягивает смола.

Если тело наэлектризовано каким-либо образом и ведет себя так же, как стекло, то есть если оно отталкивает стекло и притягивает смолу, то тело называется «стекловидно» наэлектризованным, и если оно притягивает стекло и отталкивает смолу, оно считается «смолисто» наэлектризованным. Все наэлектризованные тела наэлектризованы либо стекловидно, либо смолисто.

Это устоявшееся соглашение научного сообщества определять электризацию стекловидного тела как положительную, а электризацию смолистого тела как отрицательную.Совершенно противоположные свойства двух видов электрификации оправдывают то, что мы указываем их противоположными знаками, но применение положительного знака к одному, а не к другому, должно рассматриваться как вопрос произвольного соглашения, так же как и вопрос в математической диаграмме принято считать положительные расстояния по направлению к правой руке.

Между наэлектризованным телом и неэлектрифицированным телом не наблюдается силы ни притяжения, ни отталкивания. [3]

Теперь мы знаем, что модель Франклина / Ватсона в основе своей верна.Есть только один вид электрического заряда, и только одна переменная необходима для отслеживания количества заряда. [4] С другой стороны, простое знание заряда не является полным описанием ситуации. Материя состоит из нескольких видов электрически заряженных частиц, и эти частицы обладают многими свойствами, а не только зарядом.

Наиболее распространенными носителями заряда являются положительно заряженный протон и отрицательно заряженный электрон. Движение любой из этих заряженных частиц составляет электрический ток.Во многих ситуациях достаточно говорить об обычном токе , независимо от того, переносятся ли он положительными зарядами, движущимися в направлении обычного тока, и / или отрицательными зарядами, движущимися в противоположном направлении. Эта макроскопическая точка зрения представляет собой приближение, упрощающее электромагнитные концепции и расчеты.

С другой стороны, если посмотреть на ситуацию под микроскопом, можно увидеть, что существует множество способов переноса электрического тока, включая: поток электронов; поток электронных «дырок», действующих как положительные частицы; и как отрицательные, так и положительные частицы (ионы или другие заряженные частицы), текущие в противоположных направлениях в электролитическом растворе или плазме).

Помните, что в обычном и важном случае металлических проводов направление обычного тока противоположно скорости дрейфа реальных носителей заряда, то есть электронов. Это источник путаницы для новичков.

Недвижимость

Помимо свойств, описанных в статьях об электромагнетизме, заряд является релятивистским инвариантом. Это означает, что любая частица, которая имеет заряд Q , независимо от того, насколько быстро она летит, всегда имеет заряд Q .Это свойство было экспериментально подтверждено, показывая, что заряд одного ядра гелия (два протона и два нейтрона, связанных вместе в ядре и движущихся с высокими скоростями) такой же, как заряд двух ядер дейтерия (один протон и один нейтрон). связаны вместе, но движутся намного медленнее, чем если бы они были в ядре гелия). [ необходима ссылка ]

Сохранение электрического заряда

Основная статья: Сохранение заряда

Общий электрический заряд изолированной системы остается постоянным независимо от изменений в самой системе.Этот закон присущ всем процессам, известным физике, и может быть получен в локальной форме из калибровочной инвариантности волновой функции. Сохранение заряда приводит к уравнению неразрывности заряда-тока. В более общем плане чистое изменение плотности заряда в объеме интегрирования равно интегралу площади по плотности тока через замкнутую поверхность, которая, в свою очередь, равна чистому току:

Таким образом, сохранение электрического заряда, выраженное уравнением неразрывности, дает результат:

Заряд, передаваемый между временами и получается путем интегрирования обеих сторон:

где - чистый исходящий ток через замкнутую поверхность, а - электрический заряд, содержащийся в объеме, определяемом поверхностью.

См. Также

Список литературы

Внешние ссылки

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *