EEN puntbelasting, In de context van elektromagnetisme is het die elektrische lading van zo kleine afmetingen dat het als een punt kan worden beschouwd. Zo zijn elementaire deeltjes die een elektrische lading hebben, het proton en het elektron, zo klein dat hun afmetingen in veel toepassingen achterwege kunnen blijven. Gezien het feit dat een lading puntgeoriënteerd is, wordt het veel gemakkelijker om de interacties te berekenen en de elektrische eigenschappen van materie te begrijpen..
Elementaire deeltjes zijn niet de enige die puntladingen kunnen zijn. Dat geldt ook voor geïoniseerde moleculen, de geladen bollen die Charles A. Coulomb (1736-1806) gebruikte bij zijn experimenten, en zelfs de aarde zelf. Ze kunnen allemaal als puntladingen worden beschouwd, zolang we ze maar zien op afstanden die veel groter zijn dan de grootte van het object..
Omdat alle lichamen zijn gemaakt van elementaire deeltjes, is elektrische lading een inherente eigenschap van materie, net als massa. Je kunt geen elektron hebben zonder massa, en je kunt ook geen lading hebben.
Artikel index
Voor zover we vandaag weten, zijn er twee soorten elektrische lading: positief en negatief. Elektronen hebben een negatieve lading, terwijl protonen een positieve lading hebben..
Ladingen van hetzelfde teken stoten af, terwijl die van het tegenovergestelde teken aantrekken. Dit geldt voor elk type elektrische lading, hetzij punctueel, hetzij verdeeld over een object met meetbare afmetingen..
Bovendien hebben zorgvuldige experimenten geverifieerd dat de lading van het proton en die van het elektron precies dezelfde grootte hebben..
Een ander zeer belangrijk punt om te overwegen is dat de elektrische lading wordt gekwantiseerd. Tot op heden zijn er geen geïsoleerde elektrische ladingen gevonden die kleiner zijn dan de lading van het elektron. Het zijn allemaal veelvouden hiervan.
Ten slotte wordt de elektrische lading behouden. Met andere woorden, elektrische lading wordt niet gecreëerd of vernietigd, maar kan van het ene object naar het andere worden overgebracht. Op deze manier blijft de totale belasting constant als het systeem is geïsoleerd..
De eenheid voor elektrische lading in het International System of Units (SI) is de Coulomb, afgekort met een hoofdletter C, ter ere van Charles A.Coulomb (1736-1806), die de wet ontdekte die zijn naam draagt en die de interactie beschrijft tussen tweepuntsladingen. We zullen later over haar praten.
De elektrische lading van het elektron, de kleinst mogelijke die in de natuur kan worden geïsoleerd, heeft een grootte van:
en- = 1,6 x 10 -16 C
De Coulomb is een vrij grote eenheid, dus de submultiples worden vaak gebruikt:
-1 milli C = 1 mC = 1 x 10-3 C
-1 micro C = 1 μC = 1 x 10-6 C
-1 nano C = 1 nC = 1 x 10-9 C
En zoals we al eerder zeiden, het teken van en- is negatief. De lading van het proton heeft exact dezelfde grootte, maar met een positief teken.
De tekens zijn een kwestie van afspraak, dat wil zeggen, er zijn twee soorten elektriciteit en het is noodzakelijk om ze te onderscheiden, daarom krijgt de ene een teken (-) en het andere teken (+). Benjamin Franklin maakte deze aanwijzing, en verkondigde ook het principe van behoud van lading..
Tegen Franklins tijd was de interne structuur van het atoom nog onbekend, maar Franklin had opgemerkt dat een staaf glas die met zijde was ingewreven, elektrisch geladen werd, wat dit soort elektriciteit positief noemde..
Elk object dat door genoemde elektriciteit werd aangetrokken, had een negatief teken. Nadat het elektron was ontdekt, werd waargenomen dat de geladen glazen staaf hen aantrok, en zo werd de elektronenlading negatief.
Aan het einde van de 18e eeuw besteedde Coulomb, een Franse legeringenieur, een lange tijd aan het bestuderen van de eigenschappen van materialen, de krachten die op de balken inwerken en de wrijvingskracht..
Maar hij wordt het best herinnerd vanwege de wet die zijn naam draagt en die de interactie beschrijft tussen tweepunts elektrische ladingen.
Laten we twee elektrische ladingen zijn wat1 Y wattwee. Coulomb stelde vast dat de kracht tussen hen, ofwel aantrekking ofwel afstoting, recht evenredig was met het product van beide ladingen, en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen hen..
Wiskundig:
F.∝ wat1 . wattwee / rtwee
In deze vergelijking, F. vertegenwoordigt de grootte van de kracht en r is de afstand tussen de ladingen. Gelijkheid vereist een evenredigheidsconstante, die de elektrostatische constante wordt genoemd en wordt aangeduid als ken.
Dus:
F = k. wat1 . wattwee / rtwee
Bovendien ontdekte Coulomb dat de kracht was gericht langs de verbindingslijn tussen de ladingen. Dan ja r is de eenheidsvector langs deze lijn, de wet van Coulomb als een vector is:
Coulomb gebruikte een apparaat genaamd torsiebalans voor uw experimenten. Hierdoor was het mogelijk om de waarde van de elektrostatische constante vast te stellen in:
ken = 8,99 x 109 N mtwee/ Ctwee ≈ 9,0 x 109 N mtwee/ Ctwee
Vervolgens zien we een applicatie. Er zijn drie puntladingen qNAAR, watB en watC die zich op de in figuur 2 aangegeven posities bevinden. Laten we de netto kracht op q berekenenB.
De belasting qNAAR trekt de lading dieB, omdat ze van tegengestelde tekens zijn. Hetzelfde kan gezegd worden over qC. Het geïsoleerde lichaamsdiagram is in figuur 2 aan de rechterkant, waarin wordt opgemerkt dat beide krachten langs de verticale as of y-as zijn gericht en tegengestelde richtingen hebben.
De nettokracht op de lading qB het is:
F.R F.AB + F.CB (Principe van superpositie)
Het blijft alleen om de numerieke waarden te vervangen, waarbij u ervoor zorgt dat alle eenheden in het internationale systeem (SI) worden geschreven.
F.AB = 9,0 x 109 x 1 x 10-9 x 2 x 10-9 / (2 x 10-twee twee N (+Y) = 0,000045 (+Y) N
F.CB = 9,0 x 109 x 2 x 10-9 x 2 x 10-9 / (1 x 10-twee twee N (-Y) = 0.00036 (-Y) N
F.R F.AB + F.CB = 0,000045 (+Y) + 0.00036 (-Y) N = 0.000315 (-Y) N
Deze twee krachten hebben dezelfde wiskundige vorm. Ze verschillen natuurlijk in de waarde van de evenredigheidsconstante en in die zin dat de zwaartekracht met massa werkt, terwijl elektriciteit met ladingen werkt..
Maar het belangrijkste is dat beide afhangen van het inverse kwadraat van de afstand.
Er is een uniek type massa en deze wordt als positief beschouwd, dus de zwaartekracht is altijd aantrekkelijk, terwijl ladingen positief of negatief kunnen zijn. Om deze reden kunnen de elektrische krachten aantrekkelijk of afstotend zijn, afhankelijk van het geval..
En we hebben dit detail dat is afgeleid van het bovenstaande: alle objecten in vrije val hebben dezelfde versnelling, zolang ze zich maar dicht bij het aardoppervlak bevinden..
Maar als we bijvoorbeeld een proton en een elektron loslaten in de buurt van een geladen vlak, zal het elektron een veel grotere versnelling hebben dan het proton. Bovendien zullen de versnellingen tegengestelde richtingen hebben.
Ten slotte wordt de elektrische lading gekwantiseerd, precies zoals gezegd. Dat betekent dat we ladingen kunnen vinden die 2,3 of 4 keer zo groot zijn als die van het elektron -of die van het proton-, maar nooit 1,5 keer deze lading. De massa daarentegen is geen veelvoud van een of andere unieke massa.
In de wereld van subatomaire deeltjes is de elektrische kracht groter dan de zwaartekracht. Op macroscopische schaal is de zwaartekracht echter de overheersende. Waar? Op het niveau van de planeten, het zonnestelsel, de melkweg en meer.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.