Njësitë e karikimit. Ligji i Kulombit
Si quhet njësia matëse e ngarkesës elektrike? Ky artikull do t'ju ndihmojë të kuptoni këtë temë.
Njësia e ngarkesës elektrike në Sistemin Ndërkombëtar të Njësive (SI) quhet kulomb. 1 kulon është një ngarkesë elektrike që kalon nëpër seksionin kryq të një përcjellësi me një rrymë prej 1 A në 1 s.
Kështu, 1 varëse (1Cl) = 1A*1s
Në 1881 në Paris, në Kongresin e Parë Ndërkombëtar të Elektricistëve, varëse u miratua për herë të parë si njësi matëse e ngarkesës elektrike. Varëse u fut në Sistemin Ndërkombëtar të Njësive (SI) në 1960. Kulombi (C) është një njësi SI e prejardhur.
Emri, përcaktimi dhe përkufizimi i një varëse në Rusi rregullohet nga standardi shtetëror GOST 8.417-2002, i cili rregullon shumë njësi matëse.
Në Rusi, varëse ka përcaktimin Kl. Emërtimi ndërkombëtar i varëses është C.
Njësia matëse e ngarkesës elektrike, kulombi, është emëruar sipas shkencëtarit dhe inxhinierit të shquar francez Charles Augustin de Coulomb. Ligji i bashkëveprimit të ngarkesave elektrike, i ashtuquajturi ligji i Kulombit, është emëruar gjithashtu sipas Charles Coulomb.
Vetë ngarkesa elektrike (sasia e energjisë elektrike) është një sasi fizike skalare që përcakton aftësinë e trupave për të qenë burim i fushave elektromagnetike dhe për të marrë pjesë në bashkëveprimin elektromagnetik.
Çfarë pajisje mat ngarkesën elektrike?
Pajisja që përcakton ngarkesën elektrike quhet elektroskop.
Një elektroskop (nga fjalët greke "elektron" dhe skopeo - për të vëzhguar, për të zbuluar) është një pajisje për të treguar praninë e një ngarkese elektrike.
Parimi i funksionimit të një elektroskopi bazohet në faktin se forcat reciproke refuzuese veprojnë në trupa të ngarkuar në mënyrë të ngjashme.
Ju gjithashtu mund të matni ngarkesën elektrike duke përdorur një elektrometër, në rastin më të thjeshtë që përbëhet nga një shufër metalike dhe një tregues që mund të rrotullohet rreth një boshti horizontal.
Ju mund të pyesni, si ndryshon një elektrometër nga një elektroskop? Një elektroskop dhe një elektrometër janë pajisje për zbulimin e ngarkesave. Elektrometri ka një tregues që ju lejon gjithashtu të vlerësoni (matni) ngarkesën elektrike.
Kjo do të thotë, elektroskopi gjen ngarkesën, dhe elektrometri mat gjithashtu forcën e ngarkesës (metër - mat, llogarit)
Varëse në fjalëkryqe dhe fjalëkryqe
Në një fjalëkryq ose fjalëkryq mund të gjeni pyetjet e mëposhtme: "Njësia e matjes së ngarkesës elektrike është 5 shkronja" ose "Cili shkencëtar është njësia e matjes së ngarkesës elektrike me emrin 5 shkronja". Përgjigja e saktë për pyetje të tilla, natyrisht: "Varëse".
Tani e dini se si quhet njësia matëse e ngarkesës elektrike
Si rezultat i vëzhgimeve të gjata, shkencëtarët kanë zbuluar se trupat me ngarkesë të kundërt tërheqin, dhe trupat e ngarkuar në mënyrë të ngjashme, përkundrazi, zmbrapsin. Kjo do të thotë se forcat e ndërveprimit lindin midis trupave. Fizikani francez C. Coulomb studioi eksperimentalisht modelet e bashkëveprimit midis topave metalikë dhe zbuloi se forca e bashkëveprimit midis ngarkesave elektrike me dy pika do të jetë drejtpërdrejt proporcionale me produktin e këtyre ngarkesave dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës midis tyre:
Ku k është një koeficient proporcionaliteti, në varësi të zgjedhjes së njësive matëse të madhësive fizike që përfshihen në formulë, si dhe nga mjedisi në të cilin ndodhen ngarkesat elektrike q 1 dhe q 2. r është distanca ndërmjet tyre.
Nga këtu mund të konkludojmë se ligji i Kulombit do të jetë i vlefshëm vetëm për ngarkesat pika, domethënë për trupa të tillë, madhësitë e të cilëve mund të neglizhohen plotësisht në krahasim me distancat midis tyre.
Në formë vektoriale, ligji i Kulombit do të duket si ky:
Ku q 1 dhe q 2 janë ngarkesa, dhe r është vektori i rrezes që i lidh ato; r = |r|.
Forcat që veprojnë mbi ngarkesat quhen qendrore. Ato drejtohen në një vijë të drejtë që lidh këto ngarkesa, dhe forca që vepron nga ngarkesa q 2 në ngarkesën q 1 është e barabartë me forcën që vepron nga ngarkesa q 1 në ngarkesën q 2 dhe është në shenjë të kundërt.
Për të matur sasitë elektrike, mund të përdoren dy sisteme numrash - sistemi SI (bazë) dhe ndonjëherë sistemi CGS.
Në sistemin SI, një nga madhësitë kryesore elektrike është njësia e rrymës - amper (A), atëherë njësia e ngarkesës elektrike do të jetë derivati i saj (i shprehur në terma të njësisë së rrymës). Njësia e ngarkesës SI është kulomb. 1 kulon (C) është sasia e "energjisë elektrike" që kalon nëpër seksionin kryq të një përcjellësi në 1 s me një rrymë prej 1 A, domethënë 1 C = 1 A s.
Koeficienti k në formulën 1a) në SI merret i barabartë me:
Dhe ligji i Kulombit mund të shkruhet në të ashtuquajturën formë "të racionalizuar":
Shumë ekuacione që përshkruajnë fenomene magnetike dhe elektrike përmbajnë një faktor prej 4π. Sidoqoftë, nëse ky faktor futet në emëruesin e ligjit të Kulombit, atëherë ai do të zhduket nga shumica e formulave të magnetizmit dhe elektricitetit, të cilat përdoren shumë shpesh në llogaritjet praktike. Kjo formë e shkrimit të një ekuacioni quhet e racionalizuar.
Vlera ε 0 në këtë formulë është konstanta elektrike.
Njësitë bazë të sistemit GHS janë njësitë mekanike GHS (gram, sekondë, centimetër). Njësitë e reja bazë përveç tre të mësipërmeve nuk janë futur në sistemin GHS. Koeficienti k në formulën (1) supozohet të jetë i barabartë me unitet dhe pa dimension. Prandaj, ligji i Kulombit në një formë jo të racionalizuar do të duket si:
Në sistemin CGS, forca matet në dyne: 1 dyne = 1 g cm/s 2, dhe distanca në centimetra. Le të supozojmë se q = q 1 = q 2, atëherë nga formula (4) marrim:
Nëse r = 1 cm, dhe F = 1 dyne, atëherë nga kjo formulë rrjedh se në sistemin CGS një ngarkesë pikësore merret si njësi ngarkese, e cila (në vakum) vepron në një ngarkesë të barabartë, e hequr prej saj në një distancë prej 1 cm, me një forcë prej 1 din. Njësia e tillë e ngarkesës quhet njësia elektrostatike absolute e sasisë së energjisë elektrike (ngarkesa) dhe shënohet me CGS q. Dimensionet e tij:
Për të llogaritur vlerën e ε 0, krahasojmë shprehjet për ligjin e Kulombit të shkruara në sistemet SI dhe GHS. Dy ngarkesa pikash prej 1 C secila, të cilat ndodhen në një distancë prej 1 m nga njëra-tjetra, do të ndërveprojnë me një forcë (sipas formulës 3):
Në GHS kjo forcë do të jetë e barabartë me:
Fuqia e ndërveprimit midis dy grimcave të ngarkuara varet nga mjedisi në të cilin ato ndodhen. Për të karakterizuar vetitë elektrike të mediave të ndryshme, u prezantua koncepti i penetrimit relativ dielektrik ε.
Vlera e ε është një vlerë e ndryshme për substanca të ndryshme - për ferroelektrikë vlera e saj qëndron në intervalin 200 - 100,000, për substancat kristalore nga 4 në 3000, për xhamin nga 3 në 20, për lëngjet polare nga 3 në 81, për jo -lëngje polare nga 1, 8 në 2,3; për gazrat nga 1.0002 në 1.006.
Konstanta dielektrike (relative) varet edhe nga temperatura e ambientit.
Nëse marrim parasysh konstantën dielektrike të mjedisit në të cilin vendosen ngarkesat, në ligjin e SI Kulombit merr formën:
Konstanta dielektrike ε është një sasi pa dimension dhe nuk varet nga zgjedhja e njësive matëse dhe për vakum konsiderohet e barabartë me ε = 1. Atëherë për vakum ligji i Kulonit merr formën: 
Duke pjesëtuar shprehjen (6) me (5) marrim:
Prandaj, konstanta relative dielektrike ε tregon se sa herë forca e ndërveprimit midis ngarkesave pika në një mjedis, të cilat ndodhen në një distancë r në lidhje me njëri-tjetrin, është më e vogël se sa në vakum, në të njëjtën distancë.
Për ndarjen e energjisë elektrike dhe magnetizmit, sistemi GHS nganjëherë quhet sistemi Gaussian. Para ardhjes së sistemit SGS, sistemet SGSE (SGS elektrike) funksiononin për matjen e sasive elektrike dhe sistemet SGSM (SGS magnetike) për matjen e sasive magnetike. Njësia e parë e barabartë u mor si konstanta elektrike ε 0, dhe e dyta e barabartë me konstantën magnetike μ 0.
Në sistemin SGS, formulat e elektrostatikës përkojnë me formulat përkatëse të SGSE, dhe formulat e magnetizmit, me kusht që ato të përmbajnë vetëm sasi magnetike, përkojnë me formulat përkatëse në SGSM.
Por nëse ekuacioni përmban njëkohësisht sasi magnetike dhe elektrike, atëherë ky ekuacion i shkruar në sistemin Gaussian do të ndryshojë nga i njëjti ekuacion, por i shkruar në sistemin SGSM ose SGSE me një faktor 1/s ose 1/s 2 . Madhësia c është e barabartë me shpejtësinë e dritës (c = 3·10 10 cm/s) quhet konstante elektrodinamike.
Ligji i Kulombit në sistemin GHS do të ketë formën:
Shembull
Dy pika vaji absolutisht identike i mungon një elektron. Forca e tërheqjes së Njutonit balancohet nga forca e zmbrapsjes së Kulombit. Është e nevojshme të përcaktohen rrezet e pikave nëse distancat midis tyre tejkalojnë ndjeshëm dimensionet e tyre lineare.
Zgjidhje
Meqenëse distanca r ndërmjet pikave është dukshëm më e madhe se dimensionet e tyre lineare, pikat mund të merren si ngarkesa pikësore, dhe atëherë forca e zmbrapsjes së Kulonit do të jetë e barabartë me:
Ku e është ngarkesa pozitive e rënies së vajit, e barabartë me ngarkesën e elektronit.
Forca e tërheqjes së Njutonit mund të shprehet me formulën:
Ku m është masa e rënies, dhe γ është konstanta gravitacionale. Sipas kushteve të problemit, F k = F n, pra:
Masa e një pike shprehet përmes produktit të densitetit ρ dhe vëllimit V, domethënë m = ρV, dhe vëllimi i një pike me rreze R është i barabartë me V = (4/3)πR 3, nga i cili marrim :
Në këtë formulë njihen konstantet π, ε 0, γ; ε = 1; janë të njohura edhe ngarkesa e elektronit e = 1,6·10 -19 C dhe dendësia e vajit ρ = 780 kg/m 3 (të dhëna referuese). Duke zëvendësuar vlerat numerike në formulë, marrim rezultatin: R = 0.363·10 -7 m.
« Fizikë - klasa e 10-të"
Cilat ndërveprime quhen elektromagnetike?
Si ndërveprojnë tarifat?
Le të fillojmë të studiojmë ligjet sasiore të ndërveprimeve elektromagnetike. Ligji bazë i elektrostatikës është ligji i bashkëveprimit të dy trupave të ngarkuar me pikë të palëvizshme.
Ligji themelor i elektrostatikës u krijua eksperimentalisht nga Charles Coulomb në 1785 dhe mban emrin e tij.
Nëse distanca ndërmjet trupave është shumë herë më e madhe se madhësia e tyre, atëherë as forma dhe as përmasat e trupave të ngarkuar nuk ndikojnë ndjeshëm në ndërveprimet ndërmjet tyre.
Mos harroni se ligji i gravitetit universal është formuluar edhe për trupat që mund të konsiderohen pika materiale.
Trupat e ngarkuar, madhësia dhe forma e të cilëve mund të neglizhohen gjatë ndërveprimit të tyre, quhen tarifat me pikë.
Fuqia e bashkëveprimit ndërmjet trupave të ngarkuar varet nga vetitë e mediumit ndërmjet trupave të ngarkuar. Tani për tani, ne do të supozojmë se ndërveprimi ndodh në një vakum. Përvoja tregon se ajri ka shumë pak efekt në forcën e ndërveprimit midis trupave të ngarkuar, rezulton të jetë pothuajse i njëjtë si në një vakum.
Eksperimentet e Kulombit.
Ideja e eksperimenteve të Kulombit është e ngjashme me idenë e eksperimentit të Cavendish në përcaktimin e konstantës gravitacionale. Zbulimi i ligjit të bashkëveprimit të ngarkesave elektrike u lehtësua nga fakti se këto forca doli të ishin të mëdha dhe për shkak të kësaj nuk kishte nevojë të përdoreshin pajisje veçanërisht të ndjeshme, si kur testohej ligji i gravitetit universal në kushte tokësore. Duke përdorur ekuilibrat e rrotullimit, ishte e mundur të përcaktohej se si trupat e ngarkuar të palëvizshëm ndërveprojnë me njëri-tjetrin.
Një ekuilibër rrotullimi përbëhet nga një shufër qelqi e varur në një tel elastik të hollë (Fig. 14.3). Një top i vogël metalik a është ngjitur në njërin skaj të shkopit dhe një kundërpeshë c është ngjitur në tjetrin. Një tjetër top metalik b është i fiksuar në mënyrë fikse në një shufër, e cila, nga ana tjetër, është montuar në kapakun e peshores.
Kur topave u jepen të njëjtat akuza, ata fillojnë të zmbrapsin njëri-tjetrin. Për t'i mbajtur ato në një distancë të caktuar, teli elastik duhet të përdredhet në një kënd të caktuar derisa forca elastike që rezulton të kompensojë forcën Kulomb të zmbrapsjes së topave. Forca e ndërveprimit midis topave përcaktohet nga këndi i rrotullimit të telit.
Balancat e rrotullimit bënë të mundur studimin e varësisë së forcës së ndërveprimit të topave të ngarkuar nga vlerat e ngarkesave dhe nga distanca midis tyre. Në atë kohë ata dinin të masin forcën dhe distancën. E vetmja vështirësi lidhej me tarifën për të cilën nuk kishte as njësi për të matur. Coulomb gjeti një mënyrë të thjeshtë për të ndryshuar ngarkesën e njërit prej topave me 2, 4 ose më shumë herë duke e lidhur atë me të njëjtin top të pa ngarkuar. Në këtë rast, ngarkesa shpërndahej në mënyrë të barabartë midis topave, gjë që reduktonte ngarkesën në studim në një raport të caktuar. Vlera e re e forcës së ndërveprimit me një ngarkesë të re u përcaktua eksperimentalisht.
Ligji i Kulombit.
Eksperimentet e Kulombit çuan në vendosjen e një ligji që të kujton në mënyrë të habitshme ligjin e gravitetit universal.
Forca e bashkëveprimit ndërmjet dy ngarkesave pika të palëvizshme në një vakum është drejtpërdrejt proporcionale me produktin e modulit të ngarkesës dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës ndërmjet tyre.
Forca e bashkëveprimit ndërmjet ngarkesave quhet Forca e Kulonit.
Nëse shënojmë modulet e ngarkimit me |q 1 dhe |q 2 |, dhe distancën ndërmjet tyre me r, atëherë ligji i Kulombit mund të shkruhet në formën e mëposhtme:
ku k është një koeficient proporcionaliteti, numerikisht i barabartë me forcën e bashkëveprimit të ngarkesave njësi në një distancë të barabartë me një njësi gjatësi. Kuptimi i tij varet nga zgjedhja e sistemit të njësisë.
Ligji i gravitetit universal ka të njëjtën formë (14.2), vetëm në vend të një ngarkese, ligji i gravitetit përfshin masat, dhe rolin e koeficientit k e luan konstanta gravitacionale.
Është e lehtë të zbulosh se dy topa të ngarkuar të varur në fije ose tërheqin njëri-tjetrin ose sprapsin njëri-tjetrin. Nga kjo rrjedh se forcat e ndërveprimit ndërmjet dy ngarkesave pika stacionare drejtohen përgjatë vijës së drejtë që lidh këto ngarkesa(Fig. 14.4).
Forca të tilla quhen qendrore. Në përputhje me ligjin e tretë të Njutonit, 1.2 = - 2.1.
Njësia e ngarkesës elektrike.
Zgjedhja e njësisë së ngarkesës, si sasitë e tjera fizike, është arbitrare. Do të ishte e natyrshme të merrej ngarkesa e një elektroni si njësi, gjë që bëhet në fizikën atomike, por kjo ngarkesë është shumë e vogël, dhe për këtë arsye nuk është gjithmonë e përshtatshme për ta përdorur atë si njësi ngarkese.
Në Sistemin Ndërkombëtar të Njësive (SI), njësia e ngarkesës nuk është një njësi bazë, por një derivative dhe nuk është futur asnjë standard për të. Së bashku me njehsorin, sekondën dhe kilogramin, SI prezantoi njësinë bazë për sasitë elektrike - njësinë e rrymës - amper. Vlera e referencës së amperit përcaktohet nga ndërveprimet magnetike të rrymave.
Njësia e ngarkesës SI është varëse vendoseni duke përdorur një njësi të rrymës.
Një varëse (1 C) është një ngarkesë që kalon nëpër seksionin kryq të një përcjellësi në 1 s me një fuqi aktuale prej 1 A: 1 C = 1 A 1 s.
Njësia e koeficientit k në ligjin e Kulombit kur shkruhet në njësi SI është N m 2 / Cl 2, pasi sipas formulës (14.2) kemi
ku forca e bashkëveprimit të ngarkesave shprehet në njuton, distanca është në metra, ngarkesa është në kulonë. Vlera numerike e këtij koeficienti mund të përcaktohet në mënyrë eksperimentale. Për ta bërë këtë, është e nevojshme të matet forca e ndërveprimit F ndërmjet dy ngarkesave të njohura |q 1 | dhe |q 2 |, të vendosura në një distancë të caktuar r, dhe zëvendësoni këto vlera në formulën (14.3). Vlera rezultuese e k do të jetë e barabartë me:
k = 9 10 9 N m 2 /Cl 2. (14.4)
Ngarkesa prej 1 C është shumë e madhe. Prandaj, informoni një trup të vogël (rreth disa metra në madhësi) një ngarkesë prej 1 C nuk është e mundur.
Duke u zmbrapsur nga njëra-tjetra, grimcat e ngarkuara nuk mund të qëndrojnë në trup. Nuk ekzistojnë forca të tjera në natyrë që mund të kompensojnë zmbrapsjen e Kulombit në këto kushte.
Por në një përcjellës që është përgjithësisht neutral, nuk është e vështirë të vendosësh një ngarkesë prej 1 C në lëvizje. Në të vërtetë, në një llambë të zakonshme me fuqi 200 W me një tension prej 220 V, forca aktuale është pak më e vogël se 1 A. Për më tepër, në 1 s një ngarkesë pothuajse e barabartë me 1 C kalon nëpër seksionin kryq të përcjellësit .
Në vend të koeficientit k, shpesh përdoret një koeficient tjetër, i cili quhet konstante elektrike ε 0. Ai lidhet me koeficientin k nga marrëdhënia e mëposhtme:
Ligji i Kulonit në këtë rast ka formën
Nëse ngarkesat ndërveprojnë në një medium, atëherë forca e ndërveprimit zvogëlohet:
ku ε - lejueshmëria medium, duke treguar se sa herë forca e bashkëveprimit të ngarkesave në mjedis është më e vogël se në vakum.
Ngarkesa minimale që ekziston në natyrë është ngarkesa e grimcave elementare. Në njësitë SI, moduli i kësaj ngarkese është i barabartë me:
e = 1,6 10 -19 Cl. (14.5)
Ngarkesa që mund t'i jepet një trupi është gjithmonë një shumëfish i ngarkesës minimale:
ku N është një numër i plotë. Kur ngarkesa e një trupi është dukshëm më e madhe në modulin e ngarkesës minimale, atëherë nuk ka kuptim të kontrolloni shumëfishin, por kur flasim për ngarkesën e grimcave, bërthamave atomike, ngarkesa e tyre duhet të jetë gjithmonë e barabartë me një numër të plotë. të moduleve të ngarkesës elektronike.
Siemens (simboli: Cm, S) njësi matëse e përçueshmërisë elektrike në sistemin SI, reciproku i ohmit. Para Luftës së Dytë Botërore (në BRSS deri në vitet 1960), siemens ishte emri që i jepej njësisë së rezistencës elektrike që korrespondon me rezistencën ... Wikipedia
Sievert (simboli: Sv, Sv) një njësi matëse e dozave efektive dhe ekuivalente të rrezatimit jonizues në Sistemin Ndërkombëtar të Njësive (SI), i përdorur që nga viti 1979. 1 sievert është sasia e energjisë së përthithur nga një kilogram... .. Wikipedia
Ky term ka kuptime të tjera, shih Becquerel. Bekereli (simboli: Bq, Bq) është një njësi matëse e aktivitetit të një burimi radioaktiv në Sistemin Ndërkombëtar të Njësive (SI). Një bekerel përkufizohet si aktiviteti i burimit, në ... ... Wikipedia
Volt (emërtimi: V (rusisht), V (latinisht)) është një njësi matëse e tensionit elektrik në sistemin SI. Një volt është i barabartë me tensionin elektrik që shkakton një rrymë të drejtpërdrejtë prej 1 amper me një fuqi prej 1 vat në një qark elektrik. Njësia mban emrin... ... Wikipedia
Farad (simboli: Ф, F) është një njësi matëse e kapacitetit elektrik në sistemin SI (i quajtur më parë farad). 1 farad është i barabartë me kapacitetin elektrik të një kondensatori, në të cilin një ngarkesë prej 1 kulombi krijon një tension prej 1 volt midis pllakave të kondensatorit. F =... ... Wikipedia
Ky term ka kuptime të tjera, shih Newton. Njutoni (simboli: N) është një njësi e forcës në Sistemin Ndërkombëtar të Njësive (SI). Emri ndërkombëtar i pranuar është newton (emërtimi: N). Njësi e nxjerrë nga Njutoni. Bazuar në të dytën... ... Wikipedia
Ky term ka kuptime të tjera, shih Siemens. Siemens (emërtimi rusisht: Sm; emërtimi ndërkombëtar: S) një njësi matëse e përçueshmërisë elektrike në Sistemin Ndërkombëtar të Njësive (SI), reciproke e ohmit. Nëpërmjet të tjerëve... ...Wikipedia
Ky term ka kuptime të tjera, shih Pascal (kuptimet). Paskali (simboli: Pa, ndërkombëtar: Pa) është një njësi presioni (stresi mekanik) në Sistemin Ndërkombëtar të Njësive (SI). Pascal është i barabartë me presionin... ... Wikipedia
Ky term ka kuptime të tjera, shih Tesla. Tesla (emërtimi rus: T; emërtimi ndërkombëtar: T) një njësi matëse e induksionit të fushës magnetike në Sistemin Ndërkombëtar të Njësive (SI), numerikisht e barabartë me induksionin e një ... ... Wikipedia
Ky term ka kuptime të tjera, shih Gri. Gri (simboli: Gr, Gy) është një njësi matëse e dozës së absorbuar të rrezatimit jonizues në Sistemin Ndërkombëtar të Njësive (SI). Doza e absorbuar është e barabartë me një gri nëse rezultati është... ... Wikipedia
