پانل ها
شارژ الکتریکی و انواع آن جوهر فیزیکی بار الکتریکی

شارژ الکتریکی و انواع آن جوهر فیزیکی بار الکتریکی

بار الکتریکی یک کمیت فیزیکی است که شدت برهمکنش الکترومغناطیسی بین اجسام را مشخص می کند. بار الکتریکی به خودی خود وجود ندارد، حامل آن تنها می تواند ذره ای از ماده باشد.

خواص اساسی

1. ثنویت: در طبیعت بارهای دو علامت وجود دارد، مانند دفع بار، بارهای مخالف جذب. در این راستا بارهای مشروط به مثبت و منفی تقسیم می شوند.

باری که یک میله شیشه ای به ابریشم یا کاغذ مالیده می شود مثبت نامیده می شود.

منفی - باری که چوب کهربا یا آبنیت که به خز یا پشم مالیده شده است.

2. کوانتیزاسیون: اگر یک کمیت فیزیکی فقط مقادیر گسسته معینی را بگیرد، به آن کوانتیزه (گسسته) گفته می شود. تجربه نشان می دهد که هر بار الکتریکی کوانتیزه می شود، یعنی. شامل تعداد صحیحی از بارهای اولیه است.

جایی که =1،2،...عدد صحیح; e =1.6·1 -19 C - بار اولیه.

الکترون دارای کوچکترین بار منفی (بنیادی) است، پروتون دارای بار مثبت است.

1 کولن باری است که در یک ثانیه از سطح مقطع هادی عبور می کند، زمانی که جریان مستقیم یک آمپر از هادی عبور می کند.

3. حفظ شارژ.

بارهای الکتریکی فقط به صورت جفت می توانند ناپدید شوند و دوباره ظاهر شوند. در هر جفت چنین، بارها از نظر بزرگی برابر و از نظر علامت مخالف هستند. به عنوان مثال، یک الکترون و یک پوزیترون زمانی که به هم می رسند نابود می شوند، یعنی. به فوتون های خنثی g تبدیل می شوند و بارهای –e و +e ناپدید می شوند. در طی فرآیندی به نام تولید جفت، یک فوتون g با ورود به میدان هسته اتمی به یک جفت ذره، یک الکترون و یک پوزیترون تبدیل می‌شود و بارهای +e و –e بوجود می‌آیند.

قانون بقای بار:در یک سیستم ایزوله، مجموع جبری بارها برای تمام تغییرات درون سیستم ثابت می ماند.

جدا شدهسیستمی از اجسام است که بارها را با محیط خارجی مبادله نمی کند.

4. تغییر ناپذیریشارژ به فریم های مختلف اینرسی مرجع.

تجربه نشان می دهد که بزرگی بار به سرعت حرکت جسم باردار بستگی ندارد. شارژ یکسان اندازه گیری شده در فریم های مختلف گزارش اینرسی یکسان است.

5. افزودنی: .

طبقه بندی هزینه ها

بسته به اندازه جسم باردار، بارها به نقطه ای و گسترده تقسیم می شوند.

· بار نقطه ای جسمی باردار است که در شرایط این مشکل می توان از ابعاد آن چشم پوشی کرد.

· Extended شارژ جسمی است که در شرایط این مشکل نمی توان از ابعاد آن چشم پوشی کرد. بارهای گسترده به خطی، سطحی و حجمی تقسیم می شوند.

با توانایی تغییر نسبت به موقعیت تعادل تحت تأثیر الکتریسیته خارجی. فیلدها، هزینه ها به طور معمول به رایگان، محدود و خارجی تقسیم می شوند.

رایگانبه بارهایی گفته می شود که تحت تأثیر الکتریسیته خارجی می توانند آزادانه در جسم حرکت کنند. زمینه های.

مربوطبه بارهایی گفته می شود که بخشی از مولکول های دی الکتریک هستند که تحت تأثیر الکتریسیته هستند. میدان ها فقط می توانند از موقعیت تعادل خود جابجا شوند، اما نمی توانند مولکول را ترک کنند.

شخص ثالثبارهایی نامیده می شوند که روی دی الکتریک قرار دارند، اما بخشی از مولکول های آن نیستند.

قانون حاکم بر نیروی برهمکنش بین بارهای نقطه ای به طور تجربی در سال 1785 ایجاد شد. آویز.

قانون کولمب: نیروی برهمکنش بین دو بار نقطه ای ثابت با بارها نسبت مستقیم دارد و با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد و در امتداد خط مستقیمی که بارها را به هم وصل می کند هدایت می شود و به محیطی که در آن قرار دارند بستگی دارد.

که در آن q 1، q 2 - مقادیر شارژ؛ r فاصله بین بارها است.

8.85 1 -12 C 2 / (N m 2) - ثابت الکتریکی،

e ثابت دی الکتریک محیط است.

ثابت دی الکتریک یک ماده نشان می دهد که چند برابر نیروی برهمکنش بین بارها در یک دی الکتریک معین کمتر از خلاء است، خلاء = 1، یک کمیت بدون بعد است.

اجازه دهید دلیل این ضعیف شدن را با در نظر گرفتن یک توپ باردار که توسط یک دی الکتریک احاطه شده است توضیح دهیم. میدان توپ مولکول های دی الکتریک را جهت می دهد و بارهای محدود منفی روی سطح دی الکتریک مجاور توپ ظاهر می شود.

میدان در هر نقطه از دی الکتریک توسط دو کره با بار مخالف ایجاد می شود: سطح توپ با بار مثبت و سطح بار منفی دی الکتریک مجاور آن، در حالی که میدان بارهای محدود از میدان کم می شود. هزینه های رایگان، و کل زمین ضعیف تر از زمین یک توپ خواهد بود.

1. قدرت میدان الکترواستاتیک. اصل برهم نهی میدان های الکتریکی. جریان برداری.

هر باری خواص فضای اطراف را تغییر می دهد - یک میدان الکتریکی در آن ایجاد می کند.

میدان الکتریکی یکی از اشکال وجود ماده در اطراف بارهای الکتریکی است. این میدان خود را در این واقعیت نشان می دهد که یک بار الکتریکی در هر نقطه ای تحت تأثیر نیرو قرار می گیرد.

مفهوم میدان الکتریکی در دهه 30 قرن نوزدهم توسط دانشمندان انگلیسی مایکل فارادی وارد علم شد.

به گزارش فرادید، هر بار الکتریکی توسط میدان الکتریکی که ایجاد می کند احاطه شده است، بنابراین چنین باری گاهی اوقات بار منبع نامیده می شود. باری که با آن میدان شارژ منبع مطالعه می شود، شارژ آزمایشی نامیده می شود.

برای اینکه نیروی وارد بر بار آزمایشی میدان را در یک نقطه مشخص مشخص کند. شارژ تست باید شارژ نقطه ای باشد.

شارژ نقطه ایجسم باردار نامیده می شود که در شرایط این مشکل می توان ابعاد آن را نادیده گرفت. که ابعاد آن در مقایسه با فواصل سایر اجسام که با آنها تعامل دارد کوچک است. در این حالت میدان الکتریکی خود بار آزمایشی باید آنقدر کوچک باشد که میدان بار منبع را تغییر ندهد. هرچه اندازه بدنه باردار کوچکتر و میدان خودش در مقایسه با میدان بار منبع ضعیف تر باشد، این جسم باردار با دقت بیشتری شرایط شارژ آزمایشی را برآورده می کند.

میدان الکتریکی در خلاء با سرعت c = 3·1 8 منتشر می شود.

میدان بارهای الکتریکی ساکن الکترواستاتیک است.

با استفاده از شارژ آزمایشی، میدان ایجاد شده توسط شارژ ثابت - منبع را بررسی می کنیم.

نیروی وارد بر بار آزمایشی در یک نقطه معین از میدان به اندازه بار آزمایشی بستگی دارد. اگر بارهای آزمایشی مختلفی را در نظر بگیریم، آنگاه نیروی وارد بر آنها در یک نقطه معین از میدان متفاوت خواهد بود.

با این حال، نسبت نیرو به بزرگی بار آزمایشی ثابت می ماند و خود میدان را مشخص می کند. این نسبت را شدت میدان الکتریکی در یک نقطه معین می گویند.

قدرت میدان الکتریکییک کمیت برداری است که از نظر عددی برابر با نیرویی است که میدان بر روی یک واحد بار آزمایشی مثبت در یک نقطه معین از میدان عمل می کند و هم جهت با این نیرو است.

قدرت مشخصه اصلی میدان است و میدان را در هر نقطه از نظر بزرگی و جهت کاملاً مشخص می کند.

قدرت میدان بار نقطه ای.

طبق قانون کولن

شدت میدان الکتریکی یک بار نقطه ای در فاصله r از این بار است.

به راحتی می توان میدان الکتریکی را با استفاده از تصویری از خطوط به اصطلاح نیرو یا خطوط کشش به تصویر کشید.

خط کششخطی است که مماس آن در هر نقطه از جهت بردار کشش آن نقطه منطبق است.

خطوط قدرت میدان ایجاد شده توسط بارهای ثابت همیشه از بارها (یا در بینهایت) شروع و پایان می یابد و هرگز بسته نمی شوند. یک میدان قوی تر با خطوط کششی با فاصله متراکم تر نشان داده می شود. چگالی خطوط به گونه ای انتخاب می شود که تعداد خطوطی که یک سطح واحد از محل عمود بر خطوط را سوراخ می کنند برابر با مقدار عددی بردار باشد. خطوط تنش هرگز متقاطع نمی شوند، زیرا ... تقاطع آنها به معنای دو جهت متفاوت از بردار شدت میدان در یک نقطه است که منطقی نیست.

میدانی که شدت آن در تمام نقاط آن یک اندازه و جهت یکسان باشد همگن نامیده می شود. در چنین میدانی، خطوط نیرو موازی هستند و چگالی آنها در همه جا یکسان است، یعنی. آنها در یک فاصله از یکدیگر قرار دارند.

اصل برهم نهی

اگر میدان الکتریکی در یک نقطه معین توسط چندین بار ایجاد شود، پس قدرت میدان حاصل برابر است با مجموع بردار قدرت میدان ایجاد شده توسط هر بار جداگانه.

اصل برهم نهی یک واقعیت تجربی است که تا میدان های بسیار قوی معتبر است. طبق همین قانون، نه تنها میدان های الکترومغناطیسی ساکن، بلکه به سرعت در حال تغییر نیز تشکیل می شوند

اجازه دهید در فیلد برداری حجم معینی را که با سطح S محدود شده است انتخاب کنیم. اجازه دهید این سطح را به قسمت های اولیه اندازه تقسیم کنیم. .

یک عنصر سطح هدایت شده را می توان در نظر گرفت. عنصر جهت دار سطح برداري است كه طول آن برابر با مساحت عنصر است و جهت آن با جهت نرمال به اين عنصر منطبق است. برای یک سطح بسته، نرمال بیرونی به سطح گرفته می شود. از آنجایی که انتخاب جهت دلخواه (مشروط) است، می توان آن را در یک جهت از سایت یا در جهت دیگر هدایت کرد؛ این یک بردار واقعی نیست، بلکه یک شبه بردار است.

عنصر سطح جهت دار،

سطح ابتدایی.

جریان بردار کشش از یک سطح ابتدایی dSمحصول اسکالر نامیده می شود

که در آن a زاویه بین بردارها و

E n - پیش بینی در جهت عادی.

پس از جمع‌بندی جریان‌های تمام نواحی ابتدایی که سطح S به آنها تقسیم شده است، جریان برداری از سطح S را به دست می‌آوریم.

جریان یک بردار از طریق سطح S انتگرال است

برای سطح بسته

شار برداری یک کمیت جبری است:

برای یک میدان یکنواخت

جریان بردار کشش را می توان یک تفسیر هندسی واضح داد: از نظر عددی برابر است با تعداد خطوط کششی که از یک سطح معین عبور می کنند.

2. قضیه گاوس برای شار برداری و کاربرد آن برای محاسبه میدان های بارهای گسترده در خلاء.

با دانستن شدت میدان بار نقطه ای و با استفاده از اصل برهم نهی می توان شدت میدان ایجاد شده توسط چندین بار نقطه ای را محاسبه کرد. با این حال، برای بارهای طولانی استفاده از اصل برهم نهی دشوار است. روشی برای محاسبه میدان های ایجاد شده توسط بارهای طولانی توسط دانشمند آلمانی گاوس در آغاز قرن نوزدهم پیشنهاد شد.

قضیه گاوس برای میدان الکترواستاتیک در خلاء.

بیایید میدان یک بار نقطه ای را در خلاء در نظر بگیریم و شعاع کره را از طریق سطح محاسبه کنیم

قدرت میدان در هر نقطه از سطح کره

برق از هر طرف ما را احاطه کرده است. اما روزی روزگاری اینطور نبود. زیرا خود این کلمه از نام یونانی ماده خاصی گرفته شده است: "الکترون"، در یونانی "کهربا". آنها آزمایش های جالبی شبیه به شعبده بازی با او انجام دادند. مردم همیشه عاشق معجزه بوده‌اند، اما در اینجا انواع لکه‌های گرد و غبار، پرزها، نخ‌ها، موها به محض اینکه با یک تکه پارچه مالیده می‌شد، جذب تکه‌ای کهربا می‌شدند. یعنی این سنگ طلایی "دسته" کوچکی ندارد، اما می تواند کرک بگیرد.

در تماس با

همکلاسی ها

انباشت برق و دانش در مورد آن

انباشتگی قابل مشاهده الکتریسیته نیز زمانی رخ داد که آنها صنایع دستی ساخته شده از کهربا را پوشیدند: مهره های کهربا، گیره های مو کهربایی. هیچ توضیحی جز این نیست جادوی آشکار، نمی تواند وجود داشته باشد. از این گذشته ، برای موفقیت آمیز بودن این ترفند ، لازم بود که دانه ها را منحصراً با دست های تمیز و خشک و در حالی که با لباس تمیز نشسته اید مرتب کنید. و موهای تمیز، به خوبی با سنجاق مالش داده شده، چیزی زیبا و وحشتناک را به ارمغان می‌آورند: هاله‌ای از مو که به بالا چسبیده است. و حتی ترقه زدن. و حتی در تاریکی چشمک می زند. این عمل روحی است که خواستار و دمدمی مزاج و همچنین ترسناک و غیرقابل درک است. اما زمان فرا رسیده است و پدیده های الکتریکی دیگر قلمرو روح نیستند.

آنها شروع کردند به همه چیز به سادگی "تعامل" نامیدن. آن زمان بود که شروع به آزمایش کردیم. آنها یک دستگاه مخصوص برای این کار (ماشین الکتروفوریک) و یک شیشه برای ذخیره برق (شیشه لیدن) ابداع کردند. و دستگاهی که قبلاً می توانست مقداری "برابر-بیشتر" را در رابطه با الکتریسیته نشان دهد (الکتروسکوپ). تنها چیزی که باقی می ماند توضیح همه چیز استبا کمک زبان فرمول های قدرتمندتر.

بنابراین، بشریت نیاز به تشخیص وجود یک بار الکتریکی خاص در طبیعت را پیدا کرده است. در واقع، عنوان حاوی هیچ کشفی نیست. الکتریسیته به معنای مرتبط با پدیده هاست که مطالعه آن با جادوی کهربا آغاز شد. کلمه "شارژ" فقط از احتمالات مبهم تعبیه شده در یک جسم، مانند گلوله توپ صحبت می کند. فقط واضح است که الکتریسیته می تواند به نحوی تولید و به نوعی ذخیره شود. و به نوعی باید اندازه گیری شود. مثل یک ماده معمولی مثلا روغن.

و به قیاس با موادی که کوچکترین ذرات آنها (اتمها) با اطمینان گفته می شود از زمان دموکریتوس، و تصمیم گرفت که اتهام قطعاً باید از "جسدهای" بسیار کوچک مشابه - اجسام تشکیل شده باشد. تعداد آنها در یک جسم باردار بزرگ مقدار بار الکتریکی را نشان می دهد.

بار الکتریکی - قانون بقای بار

البته، در آن زمان آنها حتی تقریباً نمی توانستند تصور کنند که چه تعداد از چنین "جسدهای" الکتریکی می توانند در یک جسم باردار بسیار کوچک ظاهر شوند. اما هنوز یک واحد عملی بار الکتریکی مورد نیاز بود. و آنها شروع به اختراع آن کردند. آویز، که بعداً چنین واحدی به نام او نامگذاری شد، ظاهراً اندازه بارها را با استفاده از توپ های فلزی که با آنها آزمایش می کرد، اندازه گیری کرد، اما به نوعی نسبتاً. من را باز کرد قانون معروف کولن، که در آن به صورت جبری نوشته است که نیروی وارده بین دو بار q1 و q2 که با فاصله R از هم جدا شده اند با حاصلضرب آنها متناسب و با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد.

ضریب کبستگی به رسانه ای دارد که تعامل در آن رخ می دهد، اما در خلاء برابر با وحدت است.

احتمالا بعد از کپلر و نیوتن انجام چنین کارهایی چندان سخت نبوده است. اندازه گیری فاصله آسان است. او اتهامات را از نظر فیزیکی تقسیم کرد و یک توپ را به توپ دیگر لمس کرد. معلوم شد که در دو توپ یکسان، اگر یکی شارژ شود و دیگری شارژ نشده باشد، پس از تماس، شارژ به نصف تقسیم می شود - در هر دو توپ پراکنده می شود. بنابراین، او مقادیر کسری از کمیت مجهول اصلی q را دریافت کرد.

در حال مطالعه برهمکنش بارهای الکتریکیاو اندازه گیری هایی را در فواصل مختلف بین توپ ها انجام داد، انحرافات را روی تعادل های پیچشی خود ثبت کرد، که هنگام دفع توپ های باردار به دست می آید. ظاهراً، قانون او یک پیروزی خالص برای جبر بود، زیرا خود کولن واحد اندازه گیری بار "کولن" را نمی دانست و به سادگی نمی توانست آن را بداند.

پیروزی دیگر کشف این واقعیت بود که مقدار کل همین مقدار q در توپ هایی که او می توانست به این روش شارژ کند همیشه بدون تغییر باقی می ماند. به همین دلیل او قانون باز را قانون بقای بار نامید.

Q = q 1 + q 2 + q 3 + … + q n

ما باید به دقت و شکیبایی دانشمند و همچنین شهامتی که با آن قوانین خود را اعلام می کرد، ادای احترام کنیم، بدون اینکه واحدی از مقدار آنچه مطالعه کرده است داشته باشیم.

یک ذره الکتریسیته - حداقل شارژ

تازه بعداً فهمیدند که ابتدایی، یعنی کوچکترین بار الکتریکی... یک الکترون است. فقط نه یک تکه کوچک کهربا، بلکه یک ذره کوچک غیرقابل بیان که حتی یک ماده (تقریباً) نیست، اما لزوماً در هر جسم مادی وجود دارد. و حتی در هر اتم از هر ماده. و نه تنها در اتم ها، بلکه در اطراف آنها. و آنها:

که در اتم ها یافت می شوند، الکترون های مقید نامیده می شوند.
و اطرافیان الکترون های آزاد هستند.

الکترون ها در یک اتم متصل هستند زیرا هسته اتم همچنین حاوی ذرات بار - پروتون ها است و هر پروتون مطمئناً یک الکترون را به سمت خود جذب می کند. فقط طبق قانون کولن.

و باری که می توانید ببینید یا احساس کنید از آن نتیجه می شود:

اصطکاک،
پس انداز، انباشت
واکنش شیمیایی،
القای الکترومغناطیسی،

فقط از الکترون های آزاد تشکیل شده است که به دلیل سوء تفاهم های مختلف از اتم ها خارج شده اند:

از برخورد اتم دیگر (گسیل حرارتی)
کوانتومی نور (گسترش عکس) و به دلایل دیگر

و سرگردان در داخل اجسام بزرگ ماکروسکوپی (مثلاً موها).

برای الکترون ها، اجسام اجسام ما واقعاً عظیم هستند. یک واحد بار (کولن) تقریباً حاوی این مقدار الکترون است: کمی بیش از 624,150,912,514,351,000. به نظر می رسد: 624 کوادریلیون و 150 تریلیون و 912 میلیارد و 514 میلیون و 351 هزار الکترون در یک کولن بار الکتریکی.

و آویز یک کمیت بسیار ساده و نزدیک به ماست. کولن همان بار است که در عرض یک ثانیه از سطح مقطع هادی عبور می کند اگر جریان موجود در آن نیرویی معادل یک آمپر داشته باشد.. یعنی در 1 آمپر، به ازای هر ثانیه، فقط این 624 کوادریلیون ... الکترون در سطح مقطع سیم سوسو می زنند.

الکترون ها آنقدر متحرک هستند و به قدری سریع در داخل اجسام فیزیکی حرکت می کنند که به محض فشار دادن کلید، لامپ ما را در یک لحظه روشن می کنند. و به همین دلیل است که تعامل الکتریکی ما آنقدر سریع است که رویدادهایی به نام "بازترکیب" در هر ثانیه رخ می دهد. الکترون فراری اتمی را پیدا می کند که الکترون از آن خارج شده و فضای آزاد را در آن اشغال می کند.

تعداد چنین رویدادهایی در هر ثانیه نیز در حد ... خوب، همه از قبل این را تصور می کنند. و این رویدادها زمانی که الکترون ها اتم ها را ترک می کنند و سپس به اتم ها باز می گردند به طور مداوم تکرار می شوند. فرار می کنند و برمی گردند. این زندگی آنهاست، بدون آن به سادگی نمی توانند وجود داشته باشند. و فقط به لطف این، الکتریسیته وجود دارد - آن سیستمی که بخشی از زندگی، آسایش، تغذیه و حفظ ما شده است.

جهت فعلی. چه کسی مسئولیت ما را بر عهده دارد؟

این تنها چیزی است که باقی می ماند یک کنجکاوی کوچک است که همه می دانند، اما هیچ یک از فیزیکدانان نمی خواهند آن را اصلاح کنند.

وقتی کولن با توپ هایش حقه بازی کرد، دیدند که دو نوع شارژ وجود دارد. و بارهای هم نوع یکدیگر را دفع می کنند و بارهای انواع مختلف یکدیگر را جذب می کنند. طبیعی بود که نام برخی از آنها را ذکر کنم مثبت و دیگران منفی. و فرض کنید که جریان الکتریکی از جایی که بیشتر است به جایی که کمتر است جریان دارد. یعنی از مثبت به منفی. بنابراین برای چندین نسل در ذهن فیزیکدانان ماندگار شد.

اما پس از آن این الکترون ها نبودند، بلکه یون ها بودند که ابتدا کشف شدند. اینها دقیقاً همان اتم های تسلیت ناپذیری هستند که الکترون خود را از دست داده اند. در هسته آن یک پروتون "اضافی" وجود دارد و بنابراین آنها باردار می شوند. خوب، وقتی این را کشف کردند، بلافاصله آهی کشیدند و گفتند - این است، شما بار مثبت ما هستید. و پروتون شهرت یک ذره با بار مثبت را به دست آورد.

و سپس متوجه شدند که اتم ها اغلب خنثی هستند زیرا بار الکتریکی هسته با بار لایه های الکترونی که به دور هسته می چرخند متعادل می شود. یعنی یک مدل سیاره ای از اتم ساختند. و تنها پس از آن فهمیدند که اتم ها تمام (تقریبا) ماده، شبکه کریستالی جامد آن، یا کل جرم جسم مایع آن را تشکیل می دهند. یعنی پروتون با نوترون به صورت جامد در هسته اتم ها می نشیند. و نه به خواست شما، مثل نور و الکترون های متحرک. در نتیجه، جریان از مثبت به منفی نمی رود، بلکه برعکس، از منفی به مثبت جریان می یابد.

کلمه الکتریسیته از نام یونانی کهربا گرفته شده است - ελεκτρον .
کهربا رزین فسیل شده درختان مخروطی است. قدیمی ها متوجه شده بودند که اگر کهربا را با یک تکه پارچه بمالید، اجسام سبک یا گرد و غبار را جذب می کند. این پدیده که امروزه آن را الکتریسیته ساکن می نامیم، با مالش یک میله آبنباتی یا شیشه ای یا صرفاً یک خط کش پلاستیکی با پارچه قابل مشاهده است.

یک خط کش پلاستیکی که کاملاً با دستمال کاغذی مالیده شده است، تکه های کوچک کاغذ را جذب می کند (شکل 22.1). ممکن است هنگام شانه کردن موهایتان یا درآوردن بلوز یا پیراهن نایلونی، ترشحات الکتریسیته ساکن را مشاهده کرده باشید. ممکن است پس از ایستادن از روی صندلی ماشین یا راه رفتن روی فرش مصنوعی، هنگامی که دستگیره فلزی در را لمس کرده اید، دچار شوک الکتریکی شده باشید. در تمام این موارد، جسم از طریق اصطکاک بار الکتریکی به دست می آورد. آنها می گویند که الکتریکی شدن با اصطکاک اتفاق می افتد.

آیا همه بارهای الکتریکی یکسان هستند یا انواع مختلفی دارند؟ معلوم می شود که دو نوع بار الکتریکی وجود دارد که با آزمایش ساده زیر می توان آنها را ثابت کرد. یک خط کش پلاستیکی را از وسط به نخی آویزان کنید و با یک تکه پارچه آن را کاملا بمالید. اگر اکنون خط کش برق دار دیگری را به آن بیاوریم، متوجه خواهیم شد که خط کش ها یکدیگر را دفع می کنند (شکل 22.2، a).
به همین ترتیب، با آوردن یک میله شیشه ای برق دار دیگر، دافعه آنها را مشاهده خواهیم کرد (شکل 22.2،6). اگر یک میله شیشه ای شارژ شده به یک خط کش پلاستیکی برق دار آورده شود، آنها جذب خواهند شد (شکل 22.2، ج). به نظر می رسد که خط کش دارای بار متفاوتی نسبت به میله شیشه ای است.
به طور تجربی ثابت شده است که تمام اجسام باردار به دو دسته تقسیم می شوند: یا توسط پلاستیک جذب می شوند و توسط شیشه دفع می شوند یا برعکس، توسط پلاستیک دفع می شوند و توسط شیشه جذب می شوند. به نظر می رسد دو نوع اتهام وجود دارد، اتهامات یک نوع دفع، و اتهامات از انواع مختلف جذب. می گوییم مانند بارها دفع می کنند و بر خلاف بارها جذب می شوند.

دولتمرد، فیلسوف و دانشمند آمریکایی، بنجامین فرانکلین (1706-1790) این دو نوع بار را مثبت و منفی نامیده است. فرقی نمی‌کرد با چه شارژی تماس بگیرید.
فرانکلین پیشنهاد کرد که بار یک میله شیشه ای برق دار مثبت در نظر گرفته شود. در این حالت، بار ظاهر شده روی خط کش پلاستیکی (یا کهربایی) منفی خواهد بود. این توافق امروز نیز رعایت می شود.

تئوری فرانکلین در مورد الکتریسیته در واقع یک مفهوم "یک سیال" بود: بار مثبت به عنوان مازاد "سیال الکتریکی" بیش از محتوای عادی آن در یک جسم معین، و بار منفی به عنوان کمبود در نظر گرفته می شد. فرانکلین استدلال کرد که وقتی در نتیجه فرآیندی، بار خاصی در یک جسم ایجاد می شود، همان مقدار بار از نوع مخالف به طور همزمان در جسم دیگری ایجاد می شود. بنابراین، نام‌های «مثبت» و «منفی» باید به معنای جبری درک شوند، به طوری که بار کل اجسام در هر فرآیندی همیشه برابر با صفر باشد.

به عنوان مثال، هنگامی که یک خط کش پلاستیکی با یک دستمال کاغذی مالیده می شود، خط کش بار منفی و دستمال دارای بار مثبت برابر می شود. تفکیک اتهامات وجود دارد، اما مجموع آنها صفر است.
این مثال ثابت شده را نشان می دهد قانون پایستگی بار الکتریکی، که می گوید:

بار الکتریکی کل حاصل از هر فرآیندی صفر است.

انحراف از این قانون هرگز مشاهده نشده است، بنابراین می توان در نظر گرفت که به اندازه قوانین بقای انرژی و تکانه استوار است.

بارهای الکتریکی در اتم ها

تنها در قرن گذشته مشخص شد که دلیل وجود بار الکتریکی در خود اتم ها نهفته است. بعداً در مورد ساختار اتم و توسعه ایده ها در مورد آن با جزئیات بیشتری صحبت خواهیم کرد. در اینجا به طور خلاصه به ایده های اصلی می پردازیم که به ما در درک بهتر ماهیت برق کمک می کند.

بر اساس مفاهیم مدرن، یک اتم (تا حدودی ساده شده) از یک هسته سنگین با بار مثبت تشکیل شده است که توسط یک یا چند الکترون با بار منفی احاطه شده است.
در حالت عادی، بارهای مثبت و منفی در یک اتم از نظر قدر مساوی هستند و اتم در کل از نظر الکتریکی خنثی است. با این حال، یک اتم می تواند یک یا چند الکترون را از دست بدهد یا به دست آورد. سپس بار آن مثبت یا منفی خواهد شد و چنین اتمی را یون می نامند.

در یک جامد، هسته ها می توانند ارتعاش کنند و در نزدیکی موقعیت های ثابت باقی بمانند، در حالی که برخی از الکترون ها کاملا آزادانه حرکت می کنند. الکتریسیته شدن توسط اصطکاک را می توان با این واقعیت توضیح داد که در مواد مختلف، هسته ها الکترون هایی با قدرت های متفاوت را نگه می دارند.
هنگامی که یک خط کش پلاستیکی که با دستمال کاغذی مالش می شود بار منفی پیدا می کند، به این معنی است که الکترون های موجود در دستمال کاغذی کمتر از پلاستیک محکم نگه داشته می شوند و برخی از آنها از دستمال به خط کش منتقل می شوند. بار مثبت دستمال با بار منفی که خط کش به دست می آورد برابر است.

به طور معمول، اجسامی که توسط اصطکاک برق می‌گیرند، فقط برای مدتی شارژ نگه می‌دارند و در نهایت به حالت خنثی الکتریکی بازمی‌گردند. شارژ کجا می رود؟ روی مولکول های آب موجود در هوا "زه می کشد".
واقعیت این است که مولکول های آب قطبی هستند: اگرچه به طور کلی آنها از نظر الکتریکی خنثی هستند، بار در آنها به طور یکنواخت توزیع نشده است (شکل 22.3). بنابراین، الکترون‌های اضافی از خط‌کش برق‌یافته به هوا تخلیه می‌شوند و به ناحیه با بار مثبت مولکول آب جذب می‌شوند.
از سوی دیگر، بار مثبت جسم توسط الکترون ها خنثی می شود که به طور ضعیفی توسط مولکول های آب در هوا نگه داشته می شوند. در هوای خشک، تأثیر الکتریسیته ساکن بسیار محسوس‌تر است: مولکول‌های آب کمتری در هوا وجود دارد و شارژ به سرعت از بین نمی‌رود. در هوای مرطوب و بارانی، این مورد نمی تواند شارژ خود را برای مدت طولانی نگه دارد.

عایق ها و هادی ها

بگذارید دو توپ فلزی وجود داشته باشد که یکی از آنها دارای بار زیاد و دیگری از نظر الکتریکی خنثی است. اگر آنها را مثلاً با یک میخ آهنی وصل کنیم، توپ بدون بار به سرعت بار الکتریکی پیدا می کند. اگر به طور همزمان هر دو توپ را با یک چوب چوبی یا یک تکه لاستیک لمس کنیم، آنگاه توپی که شارژ نداشت، بدون شارژ باقی می ماند. موادی مانند آهن رسانای الکتریسیته نامیده می شوند. چوب و لاستیک را نارسانا یا عایق می نامند.

فلزات عموما رسانای خوبی هستند. بیشتر مواد دیگر عایق هستند (اما عایق ها جریان الکتریسیته را کمی هدایت می کنند). جالب است که تقریباً تمام مواد طبیعی در یکی از این دو دسته کاملاً متفاوت قرار می گیرند.
با این حال، موادی وجود دارند (که در میان آنها باید به سیلیکون، ژرمانیوم و کربن اشاره کرد) که به یک دسته متوسط (اما به شدت جدا شده) تعلق دارند. به آنها نیمه رسانا می گویند.

از دیدگاه تئوری اتمی، الکترون‌ها در عایق‌ها به هسته‌ها بسیار محکم متصل می‌شوند، در حالی که در رساناها بسیاری از الکترون‌ها بسیار ضعیف پیوند دارند و می‌توانند آزادانه در درون ماده حرکت کنند.
هنگامی که جسمی با بار مثبت به هادی نزدیک می شود یا با آن برخورد می کند، الکترون های آزاد به سرعت به سمت بار مثبت حرکت می کنند. اگر جسمی دارای بار منفی باشد، برعکس، الکترون ها تمایل دارند از آن دور شوند. در نیمه هادی ها الکترون های آزاد بسیار کمی وجود دارد و در عایق ها عملاً وجود ندارند.

شارژ القایی الکتروسکوپ

بیایید یک جسم فلزی با بار مثبت را به یک جسم فلزی دیگر (خنثی) بیاوریم.

پس از تماس، الکترون های آزاد یک جسم خنثی به یک جسم دارای بار مثبت جذب می شوند و برخی از آنها به آن منتقل می شوند. از آنجایی که جسم دوم اکنون فاقد تعداد معینی الکترون با بار منفی است، بار مثبت می گیرد. این فرآیند به دلیل رسانایی الکتریکی الکتریکی نامیده می شود.

اکنون اجازه دهید جسم دارای بار مثبت را به میله فلزی خنثی نزدیکتر کنیم، اما به گونه ای که با هم تماس نداشته باشند. اگرچه الکترون‌ها میله فلزی را ترک نمی‌کنند، با این وجود به سمت جسم باردار حرکت می‌کنند. یک بار مثبت در انتهای مخالف میله ایجاد می شود (شکل 22.4). در این حالت گفته می شود که در انتهای میله فلزی بار القایی (یا القایی) ایجاد می شود. البته، هیچ بار جدیدی ایجاد نمی شود: بارها به سادگی از هم جدا شدند، اما در کل میله از نظر الکتریکی خنثی باقی ماند. با این حال، اگر اکنون میله را به صورت متقاطع از وسط برش دهیم، دو جسم باردار دریافت می کنیم - یکی با بار منفی و دیگری با بار مثبت.

همانطور که در شکل نشان داده شده است، می‌توانید با اتصال آن با سیم به زمین (یا مثلاً به لوله‌ای که به داخل زمین می‌رود)، به یک جسم فلزی شارژ بدهید. 22.5، الف. گفته می شود موضوع زمین است. زمین به دلیل اندازه عظیم خود الکترون ها را می پذیرد و می دهد. به عنوان یک مخزن شارژ عمل می کند. اگر یک جسم باردار، مثلاً منفی، را به فلز نزدیک کنید، الکترون‌های آزاد فلز دفع می‌شوند و بسیاری از آنها در امتداد سیم به داخل زمین می‌روند (شکل 22.5،6). فلز دارای بار مثبت خواهد بود. اگر اکنون سیم را جدا کنید، یک بار القایی مثبت روی فلز باقی می ماند. اما اگر این کار را بعد از جدا شدن جسم دارای بار منفی از فلز انجام دهید، تمام الکترون ها زمان بازگشت خواهند داشت و فلز از نظر الکتریکی خنثی می ماند.

یک الکتروسکوپ (یا الکترومتر ساده) برای تشخیص بار الکتریکی استفاده می شود.

همانطور که در شکل دیده میشود. 22.6، از بدنه ای تشکیل شده است که در داخل آن دو برگ متحرک، اغلب از طلا وجود دارد. (گاهی اوقات فقط یک برگ را متحرک می کنند.) برگ ها روی میله ای فلزی نصب می شوند که از بدنه عایق شده و با یک توپ فلزی به بیرون ختم می شود. اگر یک جسم باردار را به توپ نزدیک کنید، جدایی از بارها در میله رخ می دهد (شکل 22.7، a)، برگها به طور مشابه شارژ می شوند و یکدیگر را دفع می کنند، همانطور که در شکل نشان داده شده است.

شما می توانید به دلیل هدایت الکتریکی میله را کاملاً شارژ کنید (شکل 22.7، b). در هر صورت، هرچه بار بیشتر باشد، برگها بیشتر از هم جدا می شوند.

با این حال، توجه داشته باشید که علامت بار را نمی توان به این ترتیب تعیین کرد: یک بار منفی برگ ها را دقیقاً به همان فاصله با بار مثبت مساوی جدا می کند. و با این حال، می توان از یک الکتروسکوپ برای تعیین علامت بار استفاده کرد؛ برای این، ابتدا باید مثلاً یک بار منفی به میله داده شود (شکل 22.8، a). اگر اکنون یک جسم با بار منفی را به توپ الکتروسکوپ بیاورید (شکل 22.8،6)، الکترون های اضافی به سمت برگ ها حرکت می کنند و آنها بیشتر از هم دور می شوند. برعکس، اگر بار مثبتی به توپ وارد شود، الکترون ها از برگ ها دور می شوند و نزدیک تر می شوند (شکل 22.8، ج)، زیرا بار منفی آنها کاهش می یابد.

الکتروسکوپ در آغاز مهندسی برق به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. الکترومترهای مدرن بسیار حساس هنگام استفاده از مدارهای الکترونیکی بر اساس یک اصل عمل می کنند.

این نشریه بر اساس مطالبی از کتاب D. Giancoli است. "فیزیک در دو جلد" 1984 جلد 2.

ادامه دارد. مختصری در مورد نشریه زیر:

زور افکه با آن یک جسم باردار روی جسم باردار دیگری عمل می کند، با حاصلضرب بارهای آنها متناسب است س 1 و س 2 و با مجذور فاصله نسبت معکوس دارد rبین آنها.

نظرات و پیشنهادات پذیرفته شده و استقبال می شود!

چکیده در مورد مهندسی برق

تکمیل شده توسط: آگافونوف رومن

کالج کشاورزی و صنعتی لوگا

نمی توان تعریف مختصری از شارژ ارائه داد که از همه لحاظ رضایت بخش باشد. ما عادت داریم برای تشکیلات و فرآیندهای بسیار پیچیده مانند اتم، کریستال های مایع، توزیع مولکول ها بر اساس سرعت و غیره توضیحات قابل فهمی پیدا کنیم. اما اساسی‌ترین و اساسی‌ترین مفاهیم، غیرقابل تقسیم به مفاهیم ساده‌تر، و بر اساس علم امروزی فاقد هر گونه مکانیسم درونی، دیگر نمی‌توانند به طور خلاصه به شیوه‌ای رضایت‌بخش توضیح داده شوند. به خصوص اگر اشیا مستقیماً توسط حواس ما درک نشوند. بار الکتریکی به این مفاهیم اساسی اشاره دارد.

بیایید ابتدا سعی کنیم نه اینکه بار الکتریکی چیست، بلکه آنچه در پشت این جمله پنهان شده است را دریابیم: این جسم یا ذره دارای بار الکتریکی است.

شما می دانید که همه اجسام از ذرات ریز ساخته شده اند، غیرقابل تقسیم به ذرات ساده تر (تا آنجا که علم اکنون می داند) که به همین دلیل به آنها ابتدایی می گویند. همه ذرات بنیادی جرم دارند و به همین دلیل به یکدیگر جذب می شوند. طبق قانون گرانش جهانی، با افزایش فاصله بین آنها، نیروی جاذبه نسبتاً آهسته کاهش می یابد: با مجذور فاصله نسبت معکوس دارد. علاوه بر این، اکثر ذرات بنیادی، اگرچه نه همه، توانایی برهمکنش با یکدیگر را با نیرویی دارند که به نسبت معکوس با مجذور فاصله کاهش می‌یابد، اما این نیرو تعداد زیادی برابر بیشتر از نیروی گرانش است. . بنابراین، در اتم هیدروژن، که به طور شماتیک در شکل 1 نشان داده شده است، الکترون با نیرویی 1039 برابر بیشتر از نیروی جاذبه گرانشی به سمت هسته (پروتون) جذب می شود.

اگر ذرات با نیروهایی که به آرامی با افزایش فاصله کاهش می یابند و چندین برابر نیروهای گرانش هستند با یکدیگر برهم کنش داشته باشند، گفته می شود که این ذرات دارای بار الکتریکی هستند. خود ذرات باردار نامیده می شوند. ذرات بدون بار الکتریکی وجود دارند، اما هیچ بار الکتریکی بدون ذره وجود ندارد.

فعل و انفعالات بین ذرات باردار الکترومغناطیسی نامیده می شود. وقتی می گوییم الکترون ها و پروتون ها دارای بار الکتریکی هستند، به این معنی است که آنها قادر به برهمکنش هایی از نوع خاصی (الکترومغناطیسی) هستند و نه بیشتر. کمبود بار روی ذرات به این معنی است که چنین فعل و انفعالاتی را تشخیص نمی دهد. بار الکتریکی شدت برهمکنش های الکترومغناطیسی را تعیین می کند، همانطور که جرم شدت برهمکنش های گرانشی را تعیین می کند. بار الکتریکی دومین (پس از جرم) مهم ترین مشخصه ذرات بنیادی است که رفتار آنها را در دنیای اطراف تعیین می کند.

بدین ترتیب

بار الکتریکی یک کمیت اسکالر فیزیکی است که ویژگی ذرات یا اجسام را برای وارد شدن به فعل و انفعالات نیروی الکترومغناطیسی مشخص می کند.

بار الکتریکی با حروف q یا Q نشان داده می شود.

همانطور که در مکانیک اغلب از مفهوم یک نقطه مادی استفاده می شود که باعث می شود حل بسیاری از مسائل به طور قابل توجهی ساده شود، هنگام مطالعه برهمکنش بارها، مفهوم بار نقطه ای مؤثر است. بار نقطه ای جسم باردار است که ابعاد آن به طور قابل توجهی کمتر از فاصله این جسم تا نقطه مشاهده و سایر اجسام باردار است. به طور خاص، اگر آنها در مورد برهمکنش دو بار نقطه ای صحبت کنند، بنابراین فرض می کنند که فاصله بین دو جسم باردار مورد بررسی به طور قابل توجهی بیشتر از ابعاد خطی آنها است.

بار الکتریکی یک ذره بنیادی «مکانیسم» خاصی در ذره نیست که بتوان آن را از آن جدا کرد، به اجزای سازنده آن تجزیه کرد و دوباره جمع کرد. وجود بار الکتریکی روی یک الکترون و ذرات دیگر تنها به معنای وجود برهمکنش های معینی بین آنهاست.

در طبیعت ذراتی با بارهای دارای علائم متضاد وجود دارد. بار پروتون را مثبت و بار الکترون را منفی می نامند. علامت مثبت بار روی یک ذره البته به این معنی نیست که مزایای خاصی دارد. معرفی بارهای دو علامت به سادگی بیانگر این واقعیت است که ذرات باردار هم می توانند جذب و هم دفع کنند. اگر علائم بار یکسان باشد ذرات دفع می کنند و اگر علائم بار متفاوت باشد جذب می شوند.

در حال حاضر هیچ توضیحی برای دلایل وجود دو نوع بار الکتریکی وجود ندارد. در هر صورت، هیچ تفاوت اساسی بین بارهای مثبت و منفی یافت نمی شود. اگر علائم بارهای الکتریکی ذرات برعکس تغییر کند، ماهیت برهمکنش های الکترومغناطیسی در طبیعت تغییر نمی کند.

بارهای مثبت و منفی در کیهان به خوبی متعادل هستند. و اگر جهان محدود باشد، بار الکتریکی کل آن، به احتمال زیاد، برابر با صفر است.

قابل توجه ترین چیز این است که بار الکتریکی تمام ذرات بنیادی به شدت یکسان است. حداقل باری وجود دارد که به آن ابتدایی می گویند که همه ذرات بنیادی باردار دارند. بار می تواند مثبت باشد، مانند پروتون، یا منفی، مانند یک الکترون، اما مدول بار در همه موارد یکسان است.

جدا کردن بخشی از بار، به عنوان مثال، از یک الکترون غیرممکن است. این شاید شگفت انگیزترین چیز باشد. هیچ نظریه مدرنی نمی تواند توضیح دهد که چرا بارهای همه ذرات یکسان است و قادر به محاسبه مقدار حداقل بار الکتریکی نیست. با استفاده از آزمایش های مختلف به صورت تجربی تعیین می شود.

در دهه 1960، پس از اینکه تعداد ذرات بنیادی تازه کشف شده شروع به افزایش نگران کننده کرد، این فرضیه مطرح شد که همه ذرات با تعامل قوی ترکیبی هستند. به ذرات بنیادی تر کوارک می گفتند. آنچه قابل توجه بود این بود که کوارک ها باید بار الکتریکی کسری داشته باشند: 1/3 و 2/3 بار اولیه. برای ساخت پروتون و نوترون دو نوع کوارک کافی است. و حداکثر تعداد آنها ظاهراً از شش تجاوز نمی کند.

ایجاد یک استاندارد ماکروسکوپی واحد بار الکتریکی، مشابه استاندارد طول - یک متر، به دلیل نشت اجتناب ناپذیر شارژ غیرممکن است. طبیعی است که بار یک الکترون را یک بار بگیریم (این کار اکنون در فیزیک اتمی انجام می شود). اما در زمان کولمب هنوز وجود الکترون در طبیعت مشخص نبود. علاوه بر این، بار الکترون بسیار کوچک است و بنابراین استفاده از آن به عنوان استاندارد دشوار است.

در سیستم بین المللی واحدها (SI)، واحد شارژ، کولن، با استفاده از واحد جریان ایجاد می شود:

1 کولن (C) باری است که از سطح مقطع هادی در 1 ثانیه با جریان 1 آمپر می گذرد.

شارژ 1 C بسیار زیاد است. دو بار از این قبیل در فاصله 1 کیلومتری با نیرویی کمی کمتر از نیرویی که کره زمین با آن باری به وزن 1 تن را جذب می کند، یکدیگر را دفع می کنند. بنابراین، انتقال بار 1 درجه سانتیگراد به یک جسم کوچک غیرممکن است (حدوداً). به اندازه چند متر). پس زدن ذرات باردار از یکدیگر، نمی توانند روی چنین جسمی باقی بمانند. هیچ نیروی دیگری در طبیعت وجود ندارد که بتواند در این شرایط دفع کولن را جبران کند. اما در رسانایی که عموماً خنثی است، تنظیم بار 1 درجه سانتیگراد در حرکت دشوار نیست. در واقع، در یک لامپ معمولی با توان 100 وات در ولتاژ 127 ولت، جریانی ایجاد می شود که کمی کمتر از 1 A است. در همان زمان، در 1 ثانیه یک بار تقریباً برابر با 1 C از صلیب عبور می کند. -بخش هادی

الکترومتر برای تشخیص و اندازه گیری بارهای الکتریکی استفاده می شود. الکترومتر از یک میله فلزی و یک اشاره گر تشکیل شده است که می تواند حول یک محور افقی بچرخد (شکل 2). میله با فلش در یک آستین پلکسی فیکس شده و در یک محفظه فلزی استوانه ای قرار می گیرد که با روکش های شیشه ای بسته می شود.

اصل عملکرد الکترومتر. بیایید میله بار مثبت را به میله الکترومتر لمس کنیم. خواهیم دید که سوزن الکترومتر با یک زاویه خاص منحرف می شود (شکل 2 را ببینید). چرخش فلش با این واقعیت توضیح داده می شود که وقتی یک جسم باردار با میله الکترومتر تماس پیدا می کند، بارهای الکتریکی در امتداد فلش و میله توزیع می شود. نیروهای دافعه ای که بین بارهای الکتریکی مانند روی میله و اشاره گر عمل می کنند باعث چرخش اشاره گر می شوند. میله آبنیت را دوباره برق می زنیم و دوباره میله الکترومتر را با آن لمس می کنیم. تجربه نشان می دهد که با افزایش بار الکتریکی روی میله، زاویه انحراف پیکان از وضعیت عمودی افزایش می یابد. در نتیجه، با زاویه انحراف سوزن الکترومتر، می توان مقدار بار الکتریکی منتقل شده به میله الکترومتر را قضاوت کرد.

مجموع تمام حقایق تجربی شناخته شده به ما اجازه می دهد تا ویژگی های بار زیر را برجسته کنیم:

دو نوع بار الکتریکی وجود دارد که به طور معمول به آنها مثبت و منفی می گویند. اجسام با بار مثبت آنهایی هستند که بر روی اجسام باردار دیگر مانند شیشه های برق گرفته شده توسط اصطکاک در برابر ابریشم عمل می کنند. اجسامی که مانند آبنیت الکتریسیته شده در اثر اصطکاک با پشم عمل می کنند، دارای بار منفی نامیده می شوند. انتخاب نام "مثبت" برای بارهای ناشی از شیشه و "منفی" برای بارهای روی آبنیت کاملاً تصادفی است.

بارها می توانند (مثلاً با تماس مستقیم) از یک بدن به بدن دیگر منتقل شوند. برخلاف جرم بدن، بار الکتریکی یک مشخصه جدایی ناپذیر جسم معین نیست. یک جسم مشابه در شرایط مختلف می تواند بار متفاوتی داشته باشد.

بار الکتریکی یک کمیت فیزیکی است که ویژگی ذرات یا اجسام را برای وارد شدن به فعل و انفعالات نیروی الکترومغناطیسی مشخص می کند. ال ز. معمولاً با حروف q یا Q نشان داده می شود. مجموع تمام حقایق تجربی شناخته شده به ما امکان می دهد نتایج زیر را بگیریم:

دو نوع بار الکتریکی وجود دارد که به طور معمول به آنها مثبت و منفی می گویند.

مانند بارها دفع می کنند، برخلاف بارها جذب می شوند. این همچنین تفاوت اساسی بین نیروهای الکترومغناطیسی و نیروهای گرانشی را آشکار می کند. نیروهای گرانشی همیشه نیروهای جاذبه هستند.

یکی از قوانین اساسی طبیعت، تثبیت تجربی است قانون پایستگی بار الکتریکی .

در یک سیستم ایزوله، مجموع جبری بارهای تمام اجسام ثابت می ماند:

q 1 + q 2 + q 3 + ... +qn= ثابت

قانون بقای بار الکتریکی بیان می کند که در یک سیستم بسته اجسام فرآیند ایجاد یا ناپدید شدن بارهای تنها یک علامت قابل مشاهده نیست.

از دیدگاه مدرن، حامل های بار ذرات بنیادی هستند. تمام اجسام معمولی از اتم هایی تشکیل شده اند که شامل پروتون های با بار مثبت، الکترون های با بار منفی و ذرات خنثی - نوترون ها می شود. پروتون ها و نوترون ها بخشی از هسته اتم هستند، الکترون ها پوسته الکترونی اتم ها را تشکیل می دهند. بارهای الکتریکی یک پروتون و یک الکترون دقیقاً از نظر قدر یکسان و برابر با بار اولیه هستند. ه.

در یک اتم خنثی، تعداد پروتون های هسته با تعداد الکترون های پوسته برابر است. این شماره نامیده می شود عدد اتمی . یک اتم از یک ماده ممکن است یک یا چند الکترون را از دست بدهد یا یک الکترون اضافی به دست آورد. در این موارد، اتم خنثی به یک یون با بار مثبت یا منفی تبدیل می شود.

بار را می توان از یک جسم به بدن دیگر فقط در بخش هایی که دارای تعداد صحیح بارهای اولیه هستند منتقل کرد. بنابراین، بار الکتریکی بدن است کمیت گسسته:

کمیت های فیزیکی که فقط می توانند یک سری مقادیر گسسته بگیرند نامیده می شوند کوانتیزه شده . شارژ ابتدایی هکوانتومی (کوچکترین بخش) بار الکتریکی است. لازم به ذکر است که در فیزیک مدرن ذرات بنیادی وجود به اصطلاح کوارک ها فرض شده است - ذراتی با بار کسری و البته هنوز کوارک ها در حالت آزاد مشاهده نشده اند.

در آزمایشات آزمایشگاهی رایج، الف الکترومتر - وسیله ای متشکل از یک میله فلزی و یک اشاره گر که می تواند حول یک محور افقی بچرخد.

الکترومتر یک ابزار نسبتاً خام است. به شخص اجازه نمی دهد که نیروهای برهمکنش بین بارها را مطالعه کند. قانون برهمکنش بارهای ثابت اولین بار توسط فیزیکدان فرانسوی سی کولن در سال 1785 کشف شد. ) که با حساسیت بسیار بالا متمایز بود. به عنوان مثال، پرتو تعادل تحت تأثیر نیرویی از مرتبه 9-10 نیوتن به اندازه 1 درجه چرخیده است.

ایده اندازه‌گیری‌ها بر اساس حدس درخشان کولن بود که اگر یک توپ باردار دقیقاً با همان توپ بدون بار تماس پیدا کند، بار اولی به طور مساوی بین آنها تقسیم می‌شود. بدین ترتیب راهی برای تغییر شارژ توپ دو، سه و ... نشان داده شد. در آزمایش‌های کولن، برهمکنش بین توپ‌هایی که ابعاد آن‌ها بسیار کوچک‌تر از فاصله بین آنها بود اندازه‌گیری شد. چنین اجسام باردار معمولاً نامیده می شوند هزینه های امتیازی.

بار نقطه ای جسمی باردار است که در شرایط این مشکل می توان ابعاد آن را نادیده گرفت.

همچنین وجود دارد:بار خطی t(tau)=dq/dl، l-طول، dq-شارژ نخ

بار سطحی: σ =dq/ds سطح s (سلول/متر مربع)

شارژ حجمی p(ro)=dq/dv (cell/m3)

نیروهای برهمکنش از قانون سوم نیوتن پیروی می کنند: آنها نیروهای دافعه با علائم بارهای یکسان و نیروهای جاذبه با علائم متفاوت هستند (شکل 1.1.3). برهمکنش بارهای الکتریکی ساکن نامیده می شود الکترواستاتیک یا کولمب اثر متقابل. شاخه ای از الکترودینامیک که برهمکنش کولن را مطالعه می کند نامیده می شود الکترواستاتیک .

قانون کولن برای اجسام باردار نقطه ای معتبر است. در عمل، اگر اندازه اجسام باردار بسیار کوچکتر از فاصله بین آنها باشد، قانون کولن به خوبی برآورده می شود.

عامل تناسب کدر قانون کولن به انتخاب سیستم واحدها بستگی دارد. در سیستم بین المللی SI، واحد شارژ در نظر گرفته می شود آویز(کلر).

آویزباری است که از مقطع یک هادی در 1 ثانیه با جریان 1 A می گذرد. واحد جریان (آمپر) در SI همراه با واحدهای طول، زمان و جرم است. واحد اصلی اندازه گیری.

ضریب کدر سیستم SI معمولاً به صورت زیر نوشته می شود:

تجربه نشان می دهد که نیروهای برهمکنش کولن از اصل برهم نهی تبعیت می کنند.

اگر یک جسم باردار به طور همزمان با چندین جسم باردار برهمکنش داشته باشد، آنگاه نیروی حاصله بر یک جسم معین برابر است با مجموع بردار نیروهای وارد بر این جسم از تمام اجسام باردار دیگر.

اصل برهم نهی یک قانون اساسی طبیعت است. با این حال، هنگامی که ما در مورد تعامل اجسام باردار با اندازه های محدود صحبت می کنیم، استفاده از آن نیاز به احتیاط دارد (به عنوان مثال، دو توپ باردار رسانا 1 و 2). اگر سومین توپ باردار به سیستمی متشکل از دو توپ باردار آورده شود، برهمکنش بین 1 و 2 تغییر می کند. توزیع مجدد شارژ.

اصل برهم نهی بیان می کند که وقتی توزیع شارژ داده شده (ثابت)در تمام اجسام، نیروهای برهمکنش الکترواستاتیکی بین هر دو جسم به حضور اجسام باردار دیگر بستگی ندارد.