甲点电荷,在电磁的上下文中,是电荷,它可以被认为是一个点,例如小尺寸的。例如,具有电荷的质子和电子的基本粒子是如此之小,以至于在许多应用中可以忽略它们的尺寸。考虑到电荷是面向点的,使得计算其相互作用和理解物质的电学特性的工作变得更加容易。
基本粒子不是唯一可以成为点电荷的粒子。也可以是离子化的分子,查尔斯·库伦(Charles A. Coulomb(1736-1806))在实验中使用的带电球体,甚至是地球本身。只要我们看到它们的距离远大于物体的大小,所有这些都可以视为点电荷。
图1.具有相同符号的点电荷相互排斥,而具有相反符号的点电荷相互吸引。资料来源:维基共享资源。
由于所有物体都是由基本粒子组成的,因此电荷就像质量一样,是物质的固有属性。没有质量就不能有电子,也不能没有电荷就不能有电子。
物产
据我们今天所知,电荷有两种类型:正电荷和负电荷。电子带负电荷,而质子带正电荷。
具有相同符号的电荷相互排斥,而具有相反符号的电荷相互吸引。这对于任何类型的电荷都是有效的,无论是点电荷还是分布在可测量尺寸的对象上。
此外,仔细的实验发现,质子和电子上的电荷具有完全相同的大小。
要考虑的另一个非常重要的一点是电荷是量化的。迄今为止,还没有发现大小小于电子电荷的孤立电荷。它们都是这个的倍数。
最后,电荷被保存。换句话说,既不会产生电荷也不会破坏电荷,但是电荷可以从一个物体转移到另一个物体。这样,如果系统是隔离的,则总负载将保持恒定。
电荷单位
国际单位制(SI)中的电荷单位是库仑(Coulomb),缩写为大写C,以纪念查尔斯·A·库仑(Charles A. Coulomb(1736-1806)),他发现了以他的名字命名并描述相互作用的定律两点收费之间。我们稍后再讨论。
电子的电荷是自然界中可以隔离的最小电荷,其大小为:
库仑是一个很大的单位,因此经常使用约数:
正如我们前面提到的,电子商务的标志-是负的。质子上的电荷大小完全相同,但带有正号。
这些符号是约定俗成的,即,有两种类型的电,并且有必要区分它们,因此一种分配了一个符号(-),另一种分配了符号(+)。本杰明·富兰克林(Benjamin Franklin)做出了这一指定,并阐明了守恒原则。
到富兰克林时代,原子的内部结构仍是未知的,但富兰克林观察到,用丝磨擦的玻璃棒变成带电的,称这种电为正。
被所述电吸引的任何物体都带有负号。发现电子后,观察到带电的玻璃棒会吸引它们,这就是电子电荷变为负电荷的方式。
库仑定律的定额收费
18世纪末,法国军队的工程师库伦(Coulomb)花了很多时间研究材料的特性,作用在梁上的力以及摩擦力。
但是最好记住他的名字定律,它描述两点电荷之间的相互作用。
设两个电荷q 1和q 2。库仑确定它们之间的力(吸引力或排斥力)与两个电荷的乘积成正比,与它们之间的距离的平方成反比。
数学上:
在该方程式中,F表示力的大小,r表示电荷之间的距离。相等需要比例常数,称为静电常数,记为k e。
从而:
此外,库仑发现力沿连接炸药的线被引导。因此,如果r是沿所述直线的单位向量,则库仑定律作为向量为:
库仑定律的应用
库仑在实验中使用了一种称为扭秤的装置。通过它可以在以下位置建立静电常数的值:
接下来,我们将看到一个应用程序。三点负载采取q 甲,Q 乙 q Ç是在图2示出计算在q上的净力的位置乙。
图2.使用库仑定律计算负电荷上的力。资料来源:F. Zapata。
电荷q A吸引电荷q B,因为它们的符号相反。关于q C也可以这样说。隔离的车身图在右侧的图2中,其中观察到两个力都沿垂直轴或y轴指向,并且方向相反。
电荷的净力q B为:
F R = F AB + F CB(叠加原理)
仅需替换数字值,注意将所有单位写入国际系统(SI)。
F AB = 9.0 x 10 9 x 1 x 10 -9 x 2 x 10 -9 /(2 x 10 -2)2 N(+ y) = 0.000045(+ y) N
F CB = 9.0 x 10 9 x 2 x 10 -9 x 2 x 10 -9 /(1 x 10 -2)2 N(-y)= 0.00036(-y)N
˚F - [R = ˚F AB + ˚F CB = 0.000045(+ Y)+ 0.00036( - Ý)N = 0.000315( - Y) ñ
重力和电
这两个力具有相同的数学形式。当然,它们的比例常数值不同,并且重力与质量有关,而电与电荷有关。
但是重要的是,两者都取决于距离平方的倒数。
有一种独特的质量,它被认为是正质量,因此引力始终具有吸引力,而电荷可以为正或负。因此,根据情况,电力可以是吸引力或排斥力。
而且我们从上面得出了这个细节:自由落体的所有物体都具有相同的加速度,只要它们靠近地球表面即可。
但是,例如,如果我们释放质子和电子在带电平面附近,则电子将比质子具有更大的加速度。此外,加速度将具有相反的方向。
最后,就像前面所说的,电荷被量化。这意味着我们可以发现电荷是电子或质子的2.3或4倍,但绝不会是该电荷的1.5倍。另一方面,质量不是单个质量的倍数。
在亚原子粒子的世界中,电力在大小上超过了重力。但是,在宏观尺度上,重力是主要的重力。哪里?在行星,太阳系,星系等层面。
参考文献
- Figueroa,D.(2005年)。系列:科学与工程物理。第5卷。静电。由Douglas Figueroa(USB)编辑。
- Giancoli,D.,2006年。《物理:应用原理》。6号 埃德·普伦蒂斯·霍尔(Ed Prentice Hall)。
- 柯克·帕特里克(Kirkpatrick,L。),2007年。《物理学:世界观》。第六版。圣智学习。
- Knight,R.,2017年。《科学家与工程物理:一种策略方法》。皮尔森
- 西曼·泽曼斯基。2016.大学物理与现代物理学。14日 第V版2。