Cargas positivas y negativas. ¿Qué es un cargo? Tipos de cargas y sus interacciones Qué determina una carga eléctrica

Resumen sobre ingeniería eléctrica.

Completado por: Agafonov Roman

Colegio Agroindustrial de Luga

Es imposible dar una definición breve de carga que sea satisfactoria en todos los aspectos. Estamos acostumbrados a encontrar explicaciones comprensibles para formaciones y procesos muy complejos como el átomo, los cristales líquidos, la distribución de las moléculas por velocidad, etc. Pero los conceptos más básicos, fundamentales, indivisibles en otros más simples, desprovistos, según la ciencia actual, de cualquier mecanismo interno, ya no pueden explicarse brevemente de manera satisfactoria. Especialmente si los objetos no son percibidos directamente por nuestros sentidos. Es a conceptos tan fundamentales que carga eléctrica.

Primero intentemos descubrir no qué es una carga eléctrica, sino qué se esconde detrás de la afirmación. cuerpo dado o partícula tienen carga eléctrica.

Sabes que todos los cuerpos están construidos a partir de partículas diminutas, indivisibles en partículas más simples (hasta donde la ciencia sabe ahora), que por eso se llaman elementales. Todas las partículas elementales tienen masa y por eso se atraen entre sí. De acuerdo con la ley gravedad universal la fuerza de atracción disminuye relativamente lentamente a medida que aumenta la distancia entre ellos: inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Además, la mayoría de las partículas elementales, aunque no todas, tienen la capacidad de interactuar entre sí con una fuerza que también disminuye en proporción inversa al cuadrado de la distancia, pero esta fuerza es una enorme cantidad de veces mayor que la fuerza de gravedad. . Así, en el átomo de hidrógeno, que se muestra esquemáticamente en la Figura 1, el electrón es atraído hacia el núcleo (protón) con una fuerza 1039 veces mayor que la fuerza de atracción gravitacional.

Si las partículas interactúan entre sí con fuerzas que disminuyen lentamente al aumentar la distancia y son muchas veces mayores que las fuerzas de la gravedad, entonces se dice que estas partículas tienen carga eléctrica. Las partículas mismas se llaman cargadas. Hay partículas sin carga eléctrica, pero no hay carga eléctrica sin partícula.

Las interacciones entre partículas cargadas se denominan electromagnéticas. Cuando decimos que los electrones y los protones están cargados eléctricamente, significa que son capaces de realizar interacciones de cierto tipo (electromagnéticas), y nada más. La falta de carga de las partículas hace que no detecte este tipo de interacciones. La carga eléctrica determina la intensidad de las interacciones electromagnéticas, del mismo modo que la masa determina la intensidad de las interacciones gravitacionales. La carga eléctrica es la segunda característica más importante (después de la masa) de las partículas elementales, que determina su comportamiento en el mundo circundante.

De este modo

La carga eléctrica es una cantidad física escalar que caracteriza la propiedad de partículas o cuerpos de entrar en interacciones de fuerza electromagnética.

La carga eléctrica está simbolizada por las letras q o Q.

Así como en mecánica se utiliza a menudo el concepto de punto material, lo que permite simplificar significativamente la solución de muchos problemas, al estudiar la interacción de cargas la idea de carga puntual es eficaz. Una carga puntual es un cuerpo cargado cuyas dimensiones son significativamente menores que la distancia desde este cuerpo hasta el punto de observación y otros cuerpos cargados. En particular, si hablan de la interacción de dos cargas puntuales, suponen que la distancia entre los dos cuerpos cargados considerados es significativamente mayor que sus dimensiones lineales.

La carga eléctrica de una partícula elemental no es un "mecanismo" especial en la partícula que pueda eliminarse de ella, descomponerse en sus componentes y volver a ensamblarse. La presencia de una carga eléctrica en un electrón y otras partículas sólo significa la existencia de determinadas interacciones entre ellas.

En la naturaleza existen partículas con cargas de signos opuestos. La carga de un protón se llama positiva y la carga de un electrón se llama negativa. El signo positivo de una carga en una partícula no significa, por supuesto, que tenga ventajas especiales. La introducción de cargas de dos signos simplemente expresa el hecho de que las partículas cargadas pueden atraerse y repelerse. Si los signos de carga son iguales, las partículas se repelen, y si los signos de carga son diferentes, se atraen.

Actualmente no existe una explicación de los motivos de la existencia de dos tipos de cargas eléctricas. En cualquier caso, no se encuentran diferencias fundamentales entre cargas positivas y negativas. Si los signos de las cargas eléctricas de las partículas cambiaran al contrario, entonces la naturaleza de las interacciones electromagnéticas en la naturaleza no cambiaría.

Las cargas positivas y negativas están muy bien equilibradas en el Universo. Y si el Universo es finito, entonces su carga eléctrica total es, con toda probabilidad, igual a cero.

Lo más notable es que la carga eléctrica de todas las partículas elementales es estrictamente la misma en magnitud. Existe una carga mínima, llamada elemental, que poseen todas las partículas elementales cargadas. La carga puede ser positiva, como un protón, o negativa, como un electrón, pero el módulo de carga es el mismo en todos los casos.

Es imposible separar parte de la carga, por ejemplo, de un electrón. Esto es quizás lo más sorprendente. Ninguna teoría moderna puede explicar por qué las cargas de todas las partículas son iguales y no puede calcular el valor de la carga eléctrica mínima. Se determina experimentalmente mediante varios experimentos.

En la década de 1960, después de que el número de partículas elementales recién descubiertas comenzara a crecer de manera alarmante, se planteó la hipótesis de que todas las partículas que interactúan fuertemente son compuestas. Las partículas más fundamentales fueron llamadas quarks. Lo sorprendente fue que los quarks debían tener una carga eléctrica fraccionada: 1/3 y 2/3 de la carga elemental. Para construir protones y neutrones bastan dos tipos de quarks. Y su número máximo, aparentemente, no supera los seis.

Es imposible crear un estándar macroscópico de unidad de carga eléctrica similar al estándar de longitud, el metro, debido a la inevitable fuga de carga. Sería natural tomar la carga de un electrón como tal (esto se hace ahora en física atómica). Pero en la época de Coulomb aún no se conocía la existencia de electrones en la naturaleza. Además, la carga del electrón es demasiado pequeña y, por tanto, difícil de utilizar como estándar.

Existen dos tipos de cargas eléctricas, convencionalmente llamadas positivas y negativas. Los cuerpos cargados positivamente son aquellos que actúan sobre otros cuerpos cargados de la misma forma que el vidrio electrizado por la fricción con la seda. Los cuerpos que actúan de la misma forma que la ebonita electrificada por fricción con lana se denominan cargados negativamente. La elección del nombre “positivo” para las cargas que surgen en el vidrio y “negativo” para las cargas en la ebonita es completamente aleatoria.

Las cargas pueden transferirse (por ejemplo, por contacto directo) de un organismo a otro. A diferencia de la masa corporal, la carga eléctrica no es una característica integral de un cuerpo determinado. Un mismo cuerpo en diferentes condiciones puede tener una carga diferente.

Las cargas iguales se repelen, las cargas diferentes se atraen. Esto también revela la diferencia fundamental entre las fuerzas electromagnéticas y las gravitacionales. Las fuerzas gravitacionales son siempre fuerzas de atracción.

Una propiedad importante de una carga eléctrica es su discreción. Esto significa que existe una carga elemental más pequeña, universal e indivisible, de modo que la carga q de cualquier cuerpo es un múltiplo de esta carga elemental:

,

donde N es un número entero, e es el valor de la carga elemental. Según los conceptos modernos, esta carga es numéricamente igual a la carga del electrón e = 1,6∙10-19 C. Dado que el valor de la carga elemental es muy pequeño, para la mayoría de los cuerpos cargados observados y utilizados en la práctica, el número N es muy grande y la naturaleza discreta del cambio de carga no aparece. Por tanto, se cree que en condiciones normales la carga eléctrica de los cuerpos cambia casi continuamente.

Ley de conservación de la carga eléctrica.

Dentro de un sistema cerrado, para cualquier interacción, la suma algebraica de cargas eléctricas permanece constante:

.

Llamaremos sistema aislado (o cerrado) a un sistema de cuerpos en el que no se introducen ni se eliminan cargas eléctricas desde el exterior.

En ningún lugar y nunca en la naturaleza aparece o desaparece una carga eléctrica del mismo signo. La aparición de una carga eléctrica positiva siempre va acompañada de la aparición de una carga negativa igual. Ni la carga positiva ni la negativa pueden desaparecer por separado; sólo pueden neutralizarse mutuamente si tienen el mismo módulo.

Así es como las partículas elementales pueden transformarse unas en otras. Pero siempre durante el nacimiento de partículas cargadas se observa la aparición de un par de partículas con cargas de signo opuesto. También se puede observar el nacimiento simultáneo de varias de estas parejas. Las partículas cargadas desaparecen y se vuelven neutras, también solo en pares. Todos estos hechos no dejan dudas sobre la estricta aplicación de la ley de conservación de la carga eléctrica.

Aún se desconoce el motivo de la conservación de la carga eléctrica.

Electrificación del cuerpo.

Los cuerpos macroscópicos son, por regla general, eléctricamente neutros. Un átomo de cualquier sustancia es neutro porque la cantidad de electrones que contiene es igual a la cantidad de protones en el núcleo. Las partículas con carga positiva y negativa están conectadas entre sí mediante fuerzas eléctricas y forman sistemas neutros.

Un cuerpo grande está cargado cuando contiene un exceso de partículas elementales con el mismo signo de carga. La carga negativa de un cuerpo se debe a un exceso de electrones respecto a los protones, y la carga positiva se debe a su deficiencia.

Para obtener un cuerpo macroscópico cargado eléctricamente, o, como dicen, electrificarlo, es necesario separar parte de la carga negativa de la carga positiva asociada a él.

La forma más sencilla de hacerlo es mediante fricción. Si pasas un peine por tu cabello, una pequeña parte de las partículas cargadas más móviles (los electrones) se moverán del cabello al peine y lo cargarán negativamente, y el cabello quedará cargado positivamente. Cuando se electrifican por fricción, ambos cuerpos adquieren cargas de signo opuesto, pero de igual magnitud.

Es muy sencillo electrificar cuerpos mediante fricción. Pero explicar cómo sucede esto resultó ser una tarea muy difícil.

1 versión. Al electrificar cuerpos, es importante el estrecho contacto entre ellos. Las fuerzas eléctricas mantienen los electrones dentro del cuerpo. Pero para diferentes sustancias estas fuerzas son diferentes. Durante el contacto estrecho, una pequeña parte de los electrones de una sustancia en la que la conexión de los electrones con un cuerpo es relativamente débil pasa a otro cuerpo. Los movimientos de los electrones no superan las distancias interatómicas (10-8 cm). Pero si los cuerpos son separados, ambos serán acusados. Dado que las superficies de los cuerpos nunca son perfectamente lisas, el estrecho contacto entre cuerpos necesario para la transición se establece sólo en pequeñas áreas de las superficies. Cuando los cuerpos se frotan entre sí, aumenta el número de áreas en estrecho contacto y, por lo tanto, aumenta el número total de partículas cargadas que pasan de un cuerpo a otro. Pero no está claro cómo pueden moverse los electrones en sustancias no conductoras (aislantes) como la ebonita, el plexiglás y otras. Están unidos en moléculas neutras.

Versión 2. Usando el ejemplo de un cristal iónico de LiF (aislante), esta explicación se ve así. Durante la formación de un cristal, surgen varios tipos de defectos, en particular vacantes, espacios vacíos en los nodos de la red cristalina. Si el número de vacantes para los iones de litio positivos y los iones de flúor negativos no es el mismo, entonces el cristal se cargará en volumen tras su formación. Pero el cristal no puede retener la carga en su conjunto por mucho tiempo. Siempre hay una cierta cantidad de iones en el aire y el cristal los sacará del aire hasta que la carga del cristal sea neutralizada por una capa de iones en su superficie. Diferentes aislantes tienen diferentes cargas espaciales y, por lo tanto, las cargas de las capas superficiales de iones son diferentes. Durante la fricción, las capas superficiales de iones se mezclan y cuando los aislantes se separan, cada uno de ellos se carga.

¿Se pueden electrificar por fricción dos aisladores idénticos, por ejemplo los mismos cristales de LiF? Si tienen los mismos cargos de espacio propio, entonces no. Pero también pueden tener cargos propios diferentes si las condiciones de cristalización fueran diferentes y aparecieran diferente número de vacantes. Como ha demostrado la experiencia, en realidad puede producirse una electrificación durante la fricción de cristales idénticos de rubí, ámbar, etc. Sin embargo, es poco probable que la explicación anterior sea correcta en todos los casos. Si los cuerpos están formados, por ejemplo, por cristales moleculares, entonces la aparición de espacios vacíos en ellos no debería provocar una carga del cuerpo.

Otra forma de electrificar cuerpos es exponiéndolos a diversas radiaciones (en particular, ultravioleta, rayos X y radiación γ). Este método es más eficaz para electrificar metales cuando, bajo la influencia de la radiación, los electrones son eliminados de la superficie del metal y el conductor adquiere una carga positiva.

Electrificación a través de la influencia. El conductor se carga no solo al entrar en contacto con un cuerpo cargado, sino también cuando se encuentra a cierta distancia. Exploremos este fenómeno con más detalle. Cuelguemos hojas de papel ligeras sobre un conductor aislado (Fig. 3). Si el conductor no está cargado al principio, las hojas estarán en la posición no desviada. Acerquemos ahora una bola metálica aislada y muy cargada al conductor, por ejemplo mediante una varilla de vidrio. Veremos que las láminas suspendidas en los extremos del cuerpo, en los puntos a y b, se desvían, aunque el cuerpo cargado no toca al conductor. El conductor se cargaba por influencia, por lo que el fenómeno en sí se llamaba “electrificación por influencia” o “inducción eléctrica”. Las cargas obtenidas mediante inducción eléctrica se denominan inducidas o inducidas. Las hojas suspendidas en la mitad del cuerpo, en los puntos a’ y b’, no se desvían. Esto significa que las cargas inducidas surgen solo en los extremos del cuerpo y su centro permanece neutral o sin carga. Al acercar una varilla de vidrio electrificada a las láminas suspendidas en los puntos a y b, es fácil verificar que las láminas del punto b se repelen de ella y las láminas del punto a son atraídas. Esto significa que en el extremo remoto del conductor aparece una carga del mismo signo que en la bola, y en las partes cercanas surgen cargas de diferente signo. Al retirar la bola cargada veremos que las hojas bajarán. El fenómeno se produce de forma completamente similar si repetimos el experimento cargando la bola negativamente (por ejemplo, usando lacre).

Desde el punto de vista de la teoría electrónica, estos fenómenos se explican fácilmente por la existencia de electrones libres en un conductor. Cuando se aplica una carga positiva a un conductor, los electrones son atraídos hacia él y se acumulan en el extremo más cercano del conductor. Aparece una cierta cantidad de electrones "excesos" y esta parte del conductor queda cargada negativamente. En el otro extremo faltan electrones y, por tanto, hay un exceso de iones positivos: aquí aparece una carga positiva.

Cuando un cuerpo cargado negativamente se acerca a un conductor, los electrones se acumulan en el extremo más alejado y se produce un exceso de iones positivos en el extremo más cercano. Después de eliminar la carga que provoca el movimiento de los electrones, estos se vuelven a distribuir por todo el conductor, de modo que todas las partes del mismo siguen sin carga.

El movimiento de cargas a lo largo del conductor y su acumulación en sus extremos continuará hasta que la influencia del exceso de cargas formadas en los extremos del conductor equilibre las fuerzas eléctricas que emanan de la bola, bajo cuya influencia se produce la redistribución de electrones. La ausencia de carga en el centro del cuerpo muestra que aquí están equilibradas las fuerzas que emanan de la bola y las fuerzas con las que actúan las cargas excesivas acumuladas en los extremos del conductor sobre los electrones libres.

Las cargas inducidas se pueden separar si, en presencia de un cuerpo cargado, el conductor se divide en partes. Una experiencia de este tipo se representa en la Fig. 4. En este caso, los electrones desplazados ya no pueden regresar después de retirar la bola cargada; ya que existe un dieléctrico (aire) entre ambas partes del conductor. El exceso de electrones se distribuye por todo el lado izquierdo; la falta de electrones en el punto b se repone parcialmente desde el área del punto b', de modo que cada parte del conductor resulta estar cargada: la izquierda, con una carga de signo opuesto a la carga de la bola, la derecha - con una carga del mismo nombre que la carga de la pelota. No sólo divergen las hojas en los puntos a y b, sino también las hojas que antes estaban estacionarias en los puntos a’ y b’.

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Si frota una varilla de vidrio sobre una hoja de papel, la varilla adquirirá la capacidad de atraer penachos de hojas, pelusas y finos chorros de agua. Cuando peinas el cabello seco con un peine de plástico, el cabello se siente atraído por el peine. En estos sencillos ejemplos nos encontramos con la manifestación de fuerzas que se denominan eléctricas.

Los cuerpos o partículas que actúan sobre los objetos circundantes con fuerzas eléctricas se denominan cargados o electrificados. Por ejemplo, la varilla de vidrio mencionada anteriormente, después de frotarla sobre un trozo de papel, se electrifica.

Las partículas tienen carga eléctrica si interactúan entre sí mediante fuerzas eléctricas. Las fuerzas eléctricas disminuyen al aumentar la distancia entre las partículas. Las fuerzas eléctricas son muchas veces mayores que las fuerzas de la gravedad universal.

La carga eléctrica es una cantidad física que determina la intensidad de las interacciones electromagnéticas.

Las interacciones electromagnéticas son interacciones entre partículas o cuerpos cargados.

Las cargas eléctricas se dividen en positivas y negativas. Las partículas elementales estables (protones y positrones, así como iones de átomos metálicos, etc.) tienen carga positiva. Los portadores estables de carga negativa son el electrón y el antiprotón.

Hay partículas sin carga eléctrica, es decir, neutras: neutrones, neutrinos. Estas partículas no participan en interacciones eléctricas, ya que su carga eléctrica es cero. Hay partículas sin carga eléctrica, pero no existe carga eléctrica sin partícula.

Aparecen cargas positivas sobre vidrio frotado con seda. La ebonita frotada sobre la piel tiene cargas negativas. Las partículas se repelen con cargas del mismo signo (cargas similares) y con signos diferentes (cargas opuestas) se atraen.

Todos los cuerpos están hechos de átomos. Los átomos constan de un núcleo atómico cargado positivamente y electrones cargados negativamente que se mueven alrededor del núcleo atómico. El núcleo atómico está formado por protones cargados positivamente y partículas neutras: neutrones. Las cargas de un átomo están distribuidas de tal manera que el átomo en su conjunto es neutro, es decir, la suma de las cargas positivas y negativas del átomo es cero.

Los electrones y protones forman parte de cualquier sustancia y son las partículas elementales estables más pequeñas. Estas partículas pueden existir en estado libre durante un tiempo ilimitado. La carga eléctrica de un electrón y un protón se llama carga elemental.

La carga elemental es la carga mínima que tienen todas las partículas elementales cargadas. La carga eléctrica de un protón es igual en valor absoluto a la carga de un electrón:

mi = 1,6021892(46) * 10-19 C

La magnitud de cualquier carga es un múltiplo en valor absoluto de la carga elemental, es decir, la carga del electrón. Electrón traducido del griego electrón - ámbar, protón - del griego protos - primero, neutrón del latín neutrum - ni lo uno ni lo otro.

Experimentos sencillos sobre la electrificación de diversos cuerpos ilustran los siguientes puntos.

1. Hay dos tipos de cargas: positivas (+) y negativas (-). Se produce una carga positiva cuando el vidrio se frota contra el cuero o la seda, y una carga negativa cuando el ámbar (o ebonita) se frota contra la lana.

2. Cargos (o cuerpos cargados) Interactuar el uno con el otro. Mismos cargos alejarse, y a diferencia de los cargos se sienten atraídos.

3. El estado de electrificación se puede transferir de un cuerpo a otro, lo que está asociado a la transferencia de carga eléctrica. En este caso, se puede transferir una carga mayor o menor al cuerpo, es decir, la carga tiene una magnitud. Al electrizarse por fricción, ambos cuerpos adquieren carga, siendo uno positivo y el otro negativo. Cabe destacar que los valores absolutos de las cargas de los cuerpos electrificados por fricción son iguales, lo que se confirma mediante numerosas mediciones de cargas mediante electrómetros.

Fue posible explicar por qué los cuerpos se electrifican (es decir, se cargan) durante la fricción después del descubrimiento del electrón y el estudio de la estructura del átomo. Como sabes, todas las sustancias están formadas por átomos; Los átomos, a su vez, están formados por partículas elementales, cargadas negativamente. electrones, cargado positivamente protones y partículas neutras - neutrones. Los electrones y protones son portadores de cargas eléctricas elementales (mínimas).

Carga eléctrica elemental ( mi) - es la carga eléctrica más pequeña, positiva o negativa, igual al valor de la carga del electrón:

mi = 1.6021892(46) 10-19C.

Hay muchas partículas elementales cargadas y casi todas tienen carga. +e o -mi Sin embargo, estas partículas tienen una vida muy corta. Viven menos de una millonésima de segundo. Sólo los electrones y los protones existen en estado libre de forma indefinida.

Los protones y los neutrones (nucleones) forman el núcleo de un átomo con carga positiva, alrededor del cual giran electrones con carga negativa, cuyo número es igual al número de protones, de modo que el átomo en su conjunto es una central eléctrica.

En condiciones normales, los cuerpos formados por átomos (o moléculas) son eléctricamente neutros. Sin embargo, durante el proceso de fricción, algunos de los electrones que han abandonado sus átomos pueden pasar de un cuerpo a otro. Los movimientos de los electrones no superan las distancias interatómicas. Pero si los cuerpos se separan después de la fricción, resultarán cargados; el cuerpo que cedió algunos de sus electrones estará cargado positivamente y el cuerpo que los adquirió estará cargado negativamente.

Entonces, los cuerpos se electrifican, es decir, reciben una carga eléctrica cuando pierden o ganan electrones. En algunos casos, la electrificación es provocada por el movimiento de iones. En este caso no surgen nuevas cargas eléctricas. Sólo existe una división de las cargas existentes entre los cuerpos electrizantes: parte de las cargas negativas pasa de un cuerpo a otro.

Determinación del cargo.

Cabe destacar especialmente que la carga es una propiedad integral de la partícula. Es posible imaginar una partícula sin carga, pero es imposible imaginar una carga sin partícula.

Las partículas cargadas se manifiestan en atracción (cargas opuestas) o repulsión (como cargas) con fuerzas que son muchos órdenes de magnitud mayores que las fuerzas gravitacionales. Por tanto, la fuerza de atracción eléctrica de un electrón hacia el núcleo en un átomo de hidrógeno es 10 39 veces mayor que la fuerza de atracción gravitacional de estas partículas. La interacción entre partículas cargadas se llama interacción electromagnética, y la carga eléctrica determina la intensidad de las interacciones electromagnéticas.

En física moderna, la carga se define de la siguiente manera:

Carga eléctrica- Se trata de una cantidad física que es fuente de campo eléctrico, a través del cual se produce la interacción de las partículas con una carga.

Carga eléctrica– una cantidad física que caracteriza la capacidad de los cuerpos para entrar en interacciones electromagnéticas. Medido en culombios.

Carga eléctrica elemental– la carga mínima que tienen las partículas elementales (carga de protones y electrones).

El cuerpo tiene una carga., significa que tiene electrones adicionales o faltantes. Este cargo está designado q=nordeste. (es igual al número de cargas elementales).

Electrificar el cuerpo– crear un exceso y una deficiencia de electrones. Métodos: electrificación por fricción Y electrificación por contacto.

Punto amanecer d es la carga del cuerpo, que puede tomarse como un punto material.

Carga de prueba() – punto, carga pequeña, siempre positiva – usado para investigación campo eléctrico.

Ley de conservación de la carga.:en un sistema aislado, la suma algebraica de las cargas de todos los cuerpos permanece constante para cualquier interacción de estos cuerpos entre sí.

ley de Coulomb:Las fuerzas de interacción entre dos cargas puntuales son proporcionales al producto de estas cargas, inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre ellas, dependen de las propiedades del medio y se dirigen a lo largo de la línea recta que conecta sus centros..

, Dónde

F/m, Cl 2 /nm 2 – dieléctrico. rápido. vacío

- relata. constante dieléctrica (>1)

- permeabilidad dieléctrica absoluta. ambiente

Campo eléctrico– un medio material a través del cual se produce la interacción de cargas eléctricas.

Propiedades del campo eléctrico:

Características del campo eléctrico:

Tensión(mi) es una cantidad vectorial igual a la fuerza que actúa sobre una carga de prueba unitaria colocada en un punto dado.

Medido en N/C.

Dirección– la misma que la de la fuerza actuante.

La tensión no depende ni de la fuerza ni del tamaño de la carga de prueba.

Superposición de campos eléctricos.: la intensidad de campo creada por varias cargas es igual a la suma vectorial de las intensidades de campo de cada carga:

Gráficamente El campo electrónico se representa mediante líneas de tensión.

linea de tension– una recta cuya tangente en cada punto coincide con la dirección del vector tensión.

Propiedades de las líneas de tensión.: no se cruzan, sólo se puede trazar una línea por cada punto; no se cierran, salen de una carga positiva y entran en una negativa, o se disipan en el infinito.

Tipos de campos:

Campo eléctrico uniforme– un campo cuyo vector de intensidad en cada punto es el mismo en magnitud y dirección.

Campo eléctrico no uniforme– un campo cuyo vector de intensidad en cada punto es desigual en magnitud y dirección.

Campo eléctrico constante– el vector de tensión no cambia.

Campo eléctrico variable– el vector de tensión cambia.

Trabajo realizado por un campo eléctrico para mover una carga..

, donde F es fuerza, S es desplazamiento, - ángulo entre F y S.

Para un campo uniforme: la fuerza es constante.

El trabajo no depende de la forma de la trayectoria; el trabajo realizado para avanzar por un camino cerrado es cero.

Para un campo no uniforme:

Potencial de campo eléctrico– la relación entre el trabajo que realiza el campo, moviendo una carga eléctrica de prueba hasta el infinito, y la magnitud de esta carga.

-potencial– característica energética del campo. Medido en voltios

Diferencia de potencial:

, Eso

, Medio

-gradiente de potencial.

Para un campo uniforme: diferencia de potencial – Voltaje:

. Se mide en voltios, los aparatos son voltímetros.

Capacidad eléctrica– la capacidad de los cuerpos para acumular carga eléctrica; la relación entre carga y potencial, que siempre es constante para un conductor determinado.

.

No depende de la carga y no depende del potencial. Pero depende del tamaño y forma del conductor; sobre las propiedades dieléctricas del medio.

, donde r es el tamaño,

- permeabilidad del medio ambiente alrededor del cuerpo.

La capacidad eléctrica aumenta si hay algún cuerpo (conductor o dieléctrico) cerca.

Condensador– dispositivo de acumulación de carga. Capacidad eléctrica:

condensador plano– dos placas de metal con un dieléctrico entre ellas. Capacidad eléctrica de un condensador plano:

, donde S es el área de las placas, d es la distancia entre las placas.

Energía de un condensador cargado igual al trabajo realizado por el campo eléctrico al transferir carga de una placa a otra.

Transferencia de carga pequeña

, el voltaje cambiará a

, el trabajo está hecho

. Porque

y C = constante,

. Entonces

. Integramos:

Energía del campo eléctrico:

, donde V=Sl es el volumen ocupado por el campo eléctrico

Para un campo no uniforme:

.

Densidad de campo eléctrico volumétrico.:

. Medido en J/m 3.

Dipolo eléctrico– un sistema que consta de dos cargas eléctricas puntuales iguales, pero de signo opuesto, ubicadas a cierta distancia entre sí (brazo dipolo -l).

La principal característica de un dipolo es momento bipolar– un vector igual al producto de la carga y el brazo dipolar, dirigido de la carga negativa a la positiva. Designada

. Medido en metros Coulomb.

Dipolo en un campo eléctrico uniforme.

Sobre cada carga del dipolo actúan las siguientes fuerzas:

Y

. Estas fuerzas tienen direcciones opuestas y crean un momento de un par de fuerzas: un par:, donde

M – par F – fuerzas que actúan sobre el dipolo

d – brazo de umbral – brazo dipolo

p – momento dipolar E – tensión

- ángulo entre p Eq – carga

Bajo la influencia de un par, el dipolo girará y se alineará en la dirección de las líneas de tensión. Los vectores p y E serán paralelos y unidireccionales.

Dipolo en un campo eléctrico no uniforme.

Hay un par, lo que significa que el dipolo girará. Pero las fuerzas serán desiguales y el dipolo se moverá hacia donde la fuerza sea mayor.

-gradiente de tensión. Cuanto mayor sea el gradiente de tensión, mayor será la fuerza lateral que tira del dipolo. El dipolo está orientado a lo largo de las líneas de fuerza.

Campo intrínseco dipolo.

Pero. Entonces:

.

Sea el dipolo en el punto O y su brazo pequeño. Entonces:

.

La fórmula se obtuvo teniendo en cuenta:

Por tanto, la diferencia de potencial depende del seno del semiángulo en el que los puntos dipolares son visibles y de la proyección del momento dipolar sobre la línea recta que conecta estos puntos.

Dieléctricos en un campo eléctrico.

Dieléctrico- una sustancia que no tiene cargas libres y, por tanto, no conduce corriente eléctrica. Sin embargo, en realidad la conductividad existe, pero es insignificante.

Clases dieléctricas:

con moléculas polares (agua, nitrobenceno): las moléculas no son simétricas, los centros de masa de las cargas positivas y negativas no coinciden, lo que significa que tienen un momento dipolar incluso en el caso de que no haya campo eléctrico.

con moléculas apolares (hidrógeno, oxígeno): las moléculas son simétricas, los centros de masa de cargas positivas y negativas coinciden, lo que significa que no tienen momento dipolar en ausencia de campo eléctrico.

cristalino (cloruro de sodio): combinación de dos subredes, una de las cuales está cargada positivamente y la otra negativamente; en ausencia de campo eléctrico, el momento dipolar total es cero.

Polarización– el proceso de separación espacial de cargas, la aparición de cargas unidas en la superficie del dieléctrico, lo que conduce a un debilitamiento del campo dentro del dieléctrico.

Métodos de polarización:

Método 1: polarización electroquímica:

En los electrodos – movimiento de cationes y aniones hacia ellos, neutralización de sustancias; Se forman áreas de cargas positivas y negativas. La corriente disminuye gradualmente. La velocidad de establecimiento del mecanismo de neutralización se caracteriza por el tiempo de relajación: este es el tiempo durante el cual la fem de polarización aumenta de 0 a un máximo desde el momento en que se aplica el campo. = 10 -3 -10 -2 s.

Método 2 – polarización orientativa:

En la superficie del dieléctrico se forman polares no compensados, es decir Se produce el fenómeno de la polarización. El voltaje dentro del dieléctrico es menor que el voltaje externo. Tiempo de relajacion: = 10 -13 -10 -7 s. Frecuencia 10 MHz.

Método 3 – polarización electrónica:

Característica de las moléculas apolares que se convierten en dipolos. Tiempo de relajacion: = 10 -16 -10 -14 s. Frecuencia 10 8 MHz.

Método 4 – polarización de iones:

Dos redes (Na y Cl) están desplazadas entre sí.

Tiempo de relajacion:

Método 5 – polarización microestructural:

Característica de las estructuras biológicas cuando se alternan capas cargadas y descargadas. Hay una redistribución de iones en particiones semipermeables o impermeables a los iones.

Tiempo de relajacion: =10 -8 -10 -3 s. Frecuencia 1KHz

Características numéricas del grado de polarización:

Electricidad– este es el movimiento ordenado de cargas libres en la materia o en el vacío.

Condiciones para la existencia de corriente eléctrica.:

presencia de cargos gratuitos

la presencia de un campo eléctrico, es decir fuerzas que actúan sobre estos cargos

Fuerza actual– un valor igual a la carga que pasa a través de cualquier sección transversal de un conductor por unidad de tiempo (1 segundo)

Medido en amperios.

n – concentración de carga

q – valor de carga

S – área de la sección transversal del conductor

- velocidad del movimiento direccional de partículas.

La velocidad de movimiento de las partículas cargadas en un campo eléctrico es pequeña: 7 * 10 -5 m/s, la velocidad de propagación del campo eléctrico es 3 * 10 8 m/s.

Densidad actual– la cantidad de carga que pasa por una sección transversal de 1 m2 en 1 segundo.

. Medido en A/m2.

- la fuerza que actúa sobre el ion debido al campo eléctrico es igual a la fuerza de fricción

- movilidad de iones

- velocidad del movimiento direccional de iones = movilidad, intensidad del campo

Cuanto mayor sea la concentración de iones, su carga y movilidad, mayor será la conductividad específica del electrolito. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la movilidad de los iones y aumenta la conductividad eléctrica.

Basándose en observaciones de la interacción de cuerpos cargados eléctricamente, el físico estadounidense Benjamin Franklin llamó a algunos cuerpos cargados positivamente y a otros con carga negativa. De acuerdo con esto y cargas eléctricas llamado positivo Y negativo.

Los cuerpos con cargas similares se repelen. Los cuerpos con cargas opuestas se atraen.

Estos nombres de cargas son bastante convencionales y su único significado es que los cuerpos con cargas eléctricas pueden atraerse o repelerse.

El signo de la carga eléctrica de un cuerpo está determinado por la interacción con el estándar convencional del signo de carga.

Como uno de estos estándares se tomó la carga de una vara de ebonita frotada con piel. Se cree que una barra de ebonita, después de frotarla con pelo, siempre tiene carga negativa.

Si es necesario determinar qué signo de carga de un cuerpo determinado, se lleva a una barra de ebonita, se frota con piel, se fija en una suspensión ligera y se observa la interacción. Si el palo es repelido, entonces el cuerpo tiene carga negativa.

Después del descubrimiento y estudio de las partículas elementales, resultó que carga negativa siempre tiene una partícula elemental - electrón.

Electrón (del griego - ámbar): una partícula elemental estable con carga eléctrica negativami = 1,6021892(46) . 10 -19 C, masa en reposom e =9.1095. 10-19 kilos. Descubierto en 1897 por el físico inglés J. J. Thomson.

Se tomó como estándar de carga positiva la carga de una varilla de vidrio frotada con seda natural. Si un cuerpo electrificado rechaza un palo, entonces este cuerpo tiene una carga positiva.

Carga positiva siempre ha protón, que forma parte del núcleo atómico. Material del sitio

Utilizando las reglas anteriores para determinar el signo de la carga de un cuerpo, debe recordarse que depende de la sustancia de los cuerpos que interactúan. Así, una barra de ebonita puede tener carga positiva si se frota con un paño fabricado con materiales sintéticos. Una varilla de vidrio tendrá carga negativa si se frota con pelo. Por lo tanto, si planea obtener una carga negativa en una barra de ebonita, definitivamente debe usarla frotándola con piel o paño de lana. Lo mismo se aplica a la electrificación de una varilla de vidrio, que se frota con un paño de seda natural para obtener una carga positiva. Sólo el electrón y el protón tienen siempre y sin ambigüedades cargas negativas y positivas, respectivamente.

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Asociado a un portador de material; Característica interna de una partícula elemental que determina sus interacciones electromagnéticas.

La carga eléctrica es una cantidad física que caracteriza la propiedad de los cuerpos o partículas de entrar en interacciones electromagnéticas y determina los valores de fuerzas y energías durante dichas interacciones. La carga eléctrica es uno de los conceptos básicos en el estudio de la electricidad. Todo el conjunto de fenómenos eléctricos es una manifestación de la existencia, movimiento e interacción de cargas eléctricas. La carga eléctrica es una propiedad inherente de algunas partículas elementales.

Existen dos tipos de cargas eléctricas, convencionalmente llamadas positivas y negativas. Las cargas del mismo signo se repelen, las cargas de diferente signo se atraen. La carga de una varilla de vidrio electrificada se consideraba convencionalmente positiva, y la de una varilla de resina (en particular, una varilla de color ámbar) se consideraba negativa. De acuerdo con esta condición, la carga eléctrica de un electrón es negativa (del griego "electrón", ámbar).

La carga de un cuerpo macroscópico está determinada por la carga total de las partículas elementales que componen este cuerpo. Para cargar un cuerpo macroscópico, es necesario cambiar la cantidad de partículas elementales cargadas que contiene, es decir, transferirle o quitarle una cierta cantidad de cargas del mismo signo. En condiciones reales, este proceso suele estar asociado con el movimiento de electrones. Un cuerpo se considera cargado sólo si contiene un exceso de cargas del mismo signo, constituyendo la carga del cuerpo, generalmente denotada con la letra q o q Si se colocan cargas sobre cuerpos puntuales, la fuerza de interacción entre ellos puede determinarse mediante la ley de Coulomb. La unidad de carga del SI es el culombio - Cl.

Carga eléctrica q de cualquier cuerpo es discreto, existe una carga eléctrica elemental mínima: mi, al cual todas las cargas eléctricas de los cuerpos son múltiplos:

\(q = norte mi\)

La carga mínima que existe en la naturaleza es la carga de las partículas elementales. En unidades del SI, el módulo de esta carga es igual a: mi= 1, 6,10 -19 cl. Cualquier carga eléctrica es un número entero de veces mayor que las elementales. Todas las partículas elementales cargadas tienen una carga eléctrica elemental. A finales del siglo XIX. se descubrió el electrón, portador de carga eléctrica negativa, y a principios del siglo XX, se descubrió el protón, que tiene la misma carga eléctrica positiva; Así, se demostró que las cargas eléctricas no existen por sí solas, sino que están asociadas a partículas y son una propiedad interna de las partículas (posteriormente se descubrieron otras partículas elementales que llevan una carga positiva o negativa de la misma magnitud). La carga de todas las partículas elementales (si no es cero) es la misma en valor absoluto. Partículas hipotéticas elementales: quarks, cuya carga es 2/3 mi o +1/3 mi, no se han observado, pero se supone su existencia en la teoría de las partículas elementales.

La invariancia de una carga eléctrica se ha establecido experimentalmente: la magnitud de la carga no depende de la velocidad a la que se mueve (es decir, la magnitud de la carga es invariante con respecto a los sistemas de referencia inerciales y no depende de si está en movimiento o en reposo).

La carga eléctrica es aditiva, es decir, la carga de cualquier sistema de cuerpos (partículas) es igual a la suma de las cargas de los cuerpos (partículas) incluidos en el sistema.

La carga eléctrica obedece a la ley de conservación, que se estableció después de muchos experimentos. En un sistema eléctricamente cerrado, la carga total se conserva y permanece constante durante cualquier proceso físico que ocurra en el sistema. Esta ley es válida para sistemas eléctricos cerrados aislados en los que no se introducen ni eliminan cargas. Esta ley también se aplica a las partículas elementales, que nacen y se aniquilan en pares, cuya carga total es cero.

Creo que no soy el único que quería y todavía quiere combinar una fórmula que describa la interacción gravitacional de los cuerpos. (Ley de la gravedad) , con una fórmula dedicada a la interacción de cargas eléctricas (ley de Coulomb ). ¡Hagamoslo!

Es necesario poner un signo igual entre conceptos. peso Y Carga positiva , así como entre conceptos antimasa Y carga negativa .

La carga (o masa) positiva caracteriza las partículas Yin (con campos de atracción), es decir, absorbiendo éter del campo etérico circundante.

Y una carga negativa (o antimasa) caracteriza a las partículas Yang (con campos de repulsión), es decir. emitiendo éter al campo etérico circundante.

Estrictamente hablando, la masa (o carga positiva), así como la antimasa (o carga negativa) nos indican que una determinada partícula absorbe (o emite) éter.

En cuanto a la postura de la electrodinámica de que existe una repulsión de cargas del mismo signo (tanto negativas como positivas) y una atracción de cargas de diferentes signos entre sí, no es del todo exacta. Y la razón de esto es una interpretación no del todo correcta de los experimentos sobre electromagnetismo.

Las partículas con campos atractivos (cargados positivamente) nunca se repelerán entre sí. Simplemente se atraen. Pero las partículas con campos de repulsión (cargadas negativamente), de hecho, siempre se repelerán entre sí (incluso desde el polo negativo del imán).

Las partículas con campos de atracción (con carga positiva) atraen hacia sí cualquier partícula: tanto con carga negativa (con campos de repulsión) como con carga positiva (con campos de atracción). Sin embargo, si ambas partículas tienen un campo de atracción, entonces aquella cuyo campo de atracción es mayor desplazará a la otra partícula hacia sí misma en mayor medida que la partícula con un campo de atracción más pequeño.

Materia – antimateria.

En física asunto se llaman cuerpos, y también elementos químicos, a partir del cual se construyen estos cuerpos, y también partículas elementales. En general, se puede considerar aproximadamente correcto utilizar el término de esta manera. Después de todo Asunto , desde un punto de vista esotérico, son centros de poder, esferas de partículas elementales. Los elementos químicos se forman a partir de partículas elementales y los cuerpos se forman a partir de elementos químicos. Pero al final resulta que todo está formado por partículas elementales. Pero para ser precisos, a nuestro alrededor no vemos Materia, sino Almas, es decir, partículas elementales. Una partícula elemental, a diferencia de un centro de fuerza (es decir, el Alma, a diferencia de la Materia), está dotada de una cualidad: el Éter se crea y desaparece en ella.

Concepto sustancia Puede considerarse sinónimo del concepto de materia utilizado en física. La sustancia es, en sentido literal, de qué están hechas las cosas que rodean a una persona, es decir, Elementos químicos y sus compuestos. Y los elementos químicos, como ya se indicó, están formados por partículas elementales.

Para sustancia y materia en la ciencia existen conceptos antónimos: antimateria Y antimateria , que son sinónimos entre sí.

Los científicos reconocen la existencia de antimateria. Sin embargo, lo que creen que es antimateria no lo es en realidad. De hecho, la antimateria siempre ha estado presente en la ciencia y fue descubierta indirectamente hace mucho tiempo, desde que comenzaron los experimentos sobre electromagnetismo. Y podemos sentir constantemente las manifestaciones de su existencia en el mundo que nos rodea. La antimateria surgió en el Universo junto con la materia en el mismo momento en que aparecieron las partículas elementales (Almas). Sustancia – estas son partículas Yin (es decir, partículas con campos de atracción). Antimateria (antimateria) son partículas Yang (partículas con Campos de Repulsión).

Las propiedades de las partículas Yin y Yang son exactamente opuestas y, por lo tanto, son perfectas para el papel de la buscada materia y antimateria.

Éter, llenando partículas elementales - su Factor conducción

“El centro de energía de una partícula elemental siempre tiende a moverse junto con el éter, que en este momento llena esta partícula (y la forma), en la misma dirección y a la misma velocidad."

El éter es el factor impulsor de las partículas elementales. Si el éter que llena la partícula está en reposo, entonces la partícula misma estará en reposo. Y si el Éter de una partícula se mueve, la partícula también se moverá.

Así, debido al hecho de que no existe diferencia entre el Éter del campo etérico del Universo y el Éter de las partículas, todos los Principios del comportamiento del Éter son aplicables a las partículas elementales. Si el éter, que pertenece a la partícula, se está moviendo actualmente hacia la aparición de una falta de éter (de acuerdo con el primer principio del comportamiento del éter: “No hay vacíos etéricos en el campo etérico”) o alejándose del exceso (de acuerdo con el segundo principio del comportamiento del éter: "En el campo etéreo no hay áreas con exceso de densidad del éter"), la partícula se moverá con él en la misma dirección y a la misma velocidad. .

¿Qué es la fuerza? Clasificación de fuerzas

Una de las cantidades fundamentales en la física en general, y especialmente en una de sus subsecciones, la mecánica, es Fuerza . Pero, ¿qué es, cómo puede caracterizarse y sustentarse en algo que existe en la realidad?

Primero, abramos cualquier Física Diccionario enciclopédico y lea la definición.

« Fuerza en mecánica: una medida de la acción mecánica de otros cuerpos sobre un cuerpo material dado" (FES, "Force", editado por A. M. Prokhorov).

Como puede ver, la Fuerza en la física moderna no contiene información sobre algo material específico. Pero al mismo tiempo, las manifestaciones de la Fuerza son más que específicas. Para corregir la situación, debemos mirar la Fuerza desde la perspectiva de lo oculto.

Desde un punto de vista esotérico Fuerza – esto no es más que Espíritu, Éter, Energía. Y el Alma, como recordaréis, también es Espíritu, sólo que “enrollada en un anillo”. Así, tanto el Espíritu libre es Poder como el Alma (Espíritu encerrado) es Poder. Esta información nos será de gran ayuda en el futuro.

A pesar de cierta vaguedad en la definición de Fuerza, ésta tiene una base completamente material. Este no es en absoluto un concepto abstracto como aparece en la física actual.

Fuerza- esta es la razón que hace que el éter se acerque a su deficiencia o se aleje de su exceso. Nos interesa el Éter contenido en las Partículas Elementales (Almas), por eso, para nosotros, la Fuerza es, ante todo, el motivo que impulsa a las partículas a moverse. Cualquier partícula elemental es una Fuerza, ya que afecta directa o indirectamente a otras partículas.

Puedes medir la fuerza usando la velocidad., con el cual el Éter de la partícula se movería bajo la influencia de esta Fuerza, si ninguna otra Fuerza actuara sobre la partícula. Aquellos. la velocidad del flujo etéreo que hace que la partícula se mueva es la magnitud de esta Fuerza.

Clasifiquemos todo tipo de Fuerzas que surgen en las partículas según la causa que las provoca.

Fuerza de Atracción (Esfuerzo de Atracción).

La razón del surgimiento de este Poder es cualquier falta de Éter que surja en cualquier parte del campo etérico del Universo.

Aquellos. la causa del surgimiento de la Fuerza de Atracción en una partícula es cualquier otra partícula que absorba el Éter, es decir formando el Campo de Atracción.

Fuerza de Repulsión (Tendencia de Repulsión).

La razón del surgimiento de esta Fuerza es cualquier exceso de Éter que surja en cualquier parte del campo etérico del Universo.

Experimentos sencillos sobre la electrificación de diversos cuerpos ilustran los siguientes puntos.

1. Hay dos tipos de cargas: positivas (+) y negativas (-). Se produce una carga positiva cuando el vidrio se frota contra el cuero o la seda, y una carga negativa cuando el ámbar (o ebonita) se frota contra la lana.

2. Cargos (o cuerpos cargados) Interactuar el uno con el otro. Mismos cargos alejarse, y a diferencia de los cargos se sienten atraídos.

3. El estado de electrificación se puede transferir de un cuerpo a otro, lo que está asociado a la transferencia de carga eléctrica. En este caso, se puede transferir una carga mayor o menor al cuerpo, es decir, la carga tiene una magnitud. Al electrizarse por fricción, ambos cuerpos adquieren carga, siendo uno positivo y el otro negativo. Cabe destacar que los valores absolutos de las cargas de los cuerpos electrificados por fricción son iguales, lo que se confirma mediante numerosas mediciones de cargas mediante electrómetros.

Fue posible explicar por qué los cuerpos se electrifican (es decir, se cargan) durante la fricción después del descubrimiento del electrón y el estudio de la estructura del átomo. Como sabes, todas las sustancias están formadas por átomos; Los átomos, a su vez, están formados por partículas elementales, cargadas negativamente. electrones, cargado positivamente protones y partículas neutras - neutrones. Los electrones y protones son portadores de cargas eléctricas elementales (mínimas).

Carga eléctrica elemental ( mi) es la carga eléctrica más pequeña, positiva o negativa, igual a la carga del electrón:

mi = 1.6021892(46) 10-19C.

Hay muchas partículas elementales cargadas y casi todas tienen carga. +e o -mi Sin embargo, estas partículas tienen una vida muy corta. Viven menos de una millonésima de segundo. Sólo los electrones y los protones existen en estado libre de forma indefinida.

Los protones y los neutrones (nucleones) forman el núcleo de un átomo con carga positiva, alrededor del cual giran electrones con carga negativa, cuyo número es igual al número de protones, de modo que el átomo en su conjunto es una central eléctrica.

En condiciones normales, los cuerpos formados por átomos (o moléculas) son eléctricamente neutros. Sin embargo, durante el proceso de fricción, algunos de los electrones que han abandonado sus átomos pueden pasar de un cuerpo a otro. Los movimientos de los electrones no superan las distancias interatómicas. Pero si los cuerpos se separan después de la fricción, resultarán cargados; el cuerpo que cedió algunos de sus electrones estará cargado positivamente y el cuerpo que los adquirió estará cargado negativamente.

Entonces, los cuerpos se electrifican, es decir, reciben una carga eléctrica cuando pierden o ganan electrones. En algunos casos, la electrificación es provocada por el movimiento de iones. En este caso no surgen nuevas cargas eléctricas. Sólo existe una división de las cargas existentes entre los cuerpos electrizantes: parte de las cargas negativas pasa de un cuerpo a otro.

Determinación del cargo.

Cabe destacar especialmente que la carga es una propiedad integral de la partícula. Puedes imaginar una partícula sin carga, pero no puedes imaginar una carga sin partícula.

Las partículas cargadas se manifiestan en atracción (cargas opuestas) o repulsión (como cargas) con fuerzas que son muchos órdenes de magnitud mayores que las fuerzas gravitacionales. Por tanto, la fuerza de atracción eléctrica de un electrón hacia el núcleo en un átomo de hidrógeno es 10 39 veces mayor que la fuerza de atracción gravitacional de estas partículas. La interacción entre partículas cargadas se llama interacción electromagnética, y la carga eléctrica determina la intensidad de las interacciones electromagnéticas.

En física moderna, la carga se define de la siguiente manera:

Carga eléctrica es una cantidad física que es la fuente del campo eléctrico a través del cual se produce la interacción de las partículas con una carga.

Definición 1

Muchos de los que nos rodean fenomeno fisico que ocurren en la naturaleza no se explican en las leyes de la mecánica, la termodinámica y la teoría cinética molecular. Tales fenómenos se basan en la influencia de fuerzas que actúan entre cuerpos a distancia e independientemente de las masas de los cuerpos que interactúan, lo que inmediatamente niega su posible naturaleza gravitacional. Estas fuerzas se llaman electromagnético.

Incluso los antiguos griegos tenían algún conocimiento de las fuerzas electromagnéticas. Sin embargo, sólo en finales del XVIII Siglo, se inició un estudio sistemático y cuantitativo de los fenómenos físicos asociados con la interacción electromagnética de los cuerpos.

Definición 2

Gracias al arduo trabajo de un gran número de científicos en el siglo XIX, se completó la creación de una ciencia armoniosa completamente nueva, que estudia los fenómenos magnéticos y eléctricos. Entonces una de las ramas más importantes de la física recibió el nombre. electrodinámica.

Electricidad y corrientes creadas por cargas y corrientes eléctricas. campos magnéticos se convirtieron en sus principales objetos de estudio.

El concepto de carga en electrodinámica juega el mismo papel que el de masa gravitacional en la mecánica newtoniana. Está incluido en la base de la sección y es primario para ella.

Definición 3

Carga eléctrica representa cantidad física, que caracteriza la propiedad de partículas o cuerpos de entrar en interacciones de fuerza electromagnética.

Las letras q o Q en electrodinámica suelen indicar carga eléctrica.

En conjunto, todos los hechos conocidos y probados experimentalmente nos permiten sacar las siguientes conclusiones:

Definición 4

Hay dos tipos de cargas eléctricas. Estos se llaman convencionalmente cargas positivas y negativas.

Definición 5

Las cargas pueden transferirse (por ejemplo, mediante contacto directo) entre organismos. La carga eléctrica, a diferencia de la masa corporal, no es una característica integral del mismo. Un cuerpo específico en diferentes condiciones puede asumir diferentes valores de carga.

Definición 6

Las cargas iguales se repelen, las cargas diferentes se atraen. Este hecho revela otra diferencia fundamental entre las fuerzas electromagnéticas y gravitacionales. Las fuerzas gravitacionales son siempre fuerzas de atracción.

La ley de conservación de la carga eléctrica es una de las leyes fundamentales de la naturaleza.

En un sistema aislado, la suma algebraica de las cargas de todos los cuerpos es constante:

q 1 + q 2 + q 3 + . . . + q norte = c o norte s t.

Definición 7

La ley de conservación de la carga eléctrica establece que en un sistema cerrado de cuerpos no se pueden observar procesos de creación o desaparición de cargas de un solo signo.

Desde el punto de vista ciencia moderna, los portadores de carga son partículas elementales. Cualquier objeto ordinario está hecho de átomos. Están formados por protones con carga positiva, electrones con carga negativa y partículas neutras: neutrones. Los protones y los neutrones son parte integral En los núcleos atómicos, los electrones forman la capa electrónica de los átomos. En módulo, las cargas eléctricas de un protón y un electrón son equivalentes e iguales al valor de la carga elemental e.

En un átomo neutro, el número de electrones en la capa y de protones en el núcleo es el mismo. El número de cualquiera de las partículas dadas se llama número atómico.

Un átomo así tiene la capacidad de perder y ganar uno o más electrones. Cuando esto sucede, el átomo neutro se convierte en un ion cargado positiva o negativamente.

La carga puede pasar de un cuerpo a otro sólo en porciones que contienen un número entero de cargas elementales. Resulta que la carga eléctrica de un cuerpo es una cantidad discreta:

q = ± n e (n = 0, 1, 2,...).

Definición 8

Las cantidades físicas que pueden tomar una serie de valores exclusivamente discreta se denominan cuantificado.

Definición 9

Carga elemental e representa un cuanto, es decir, la porción más pequeña posible de carga eléctrica.

Definición 10

Algo fuera de todo lo anterior es el hecho de la existencia en la física moderna de partículas elementales de las llamadas quarks– partículas con cargas fraccionarias ± 1 3 e y ± 2 3 e.

Sin embargo, los científicos nunca han podido observar quarks en estado libre.

Definición 11

Para detectar y medir cargas eléctricas en condiciones de laboratorio Por lo general, se utiliza un electrómetro, un dispositivo que consta de una varilla de metal y un puntero que puede girar alrededor de un eje horizontal (Fig. 1. 1. 1).

La varilla de la flecha está aislada del cuerpo metálico. En contacto con la varilla del electrómetro, un cuerpo cargado provoca la distribución de cargas eléctricas del mismo signo a lo largo de la varilla y la flecha. La influencia de las fuerzas de repulsión eléctrica hace que la aguja se desvíe en un cierto ángulo, mediante el cual se puede determinar la carga transferida a la varilla del electrómetro.

Foto 1 . 1 . 1 . Transferencia de carga de un cuerpo cargado a un electrómetro.

Un electrómetro es un instrumento bastante tosco. Su sensibilidad no permite estudiar las fuerzas de interacción entre cargas. En 1785 se descubrió por primera vez la ley de interacción de cargas estacionarias. El descubridor fue el físico francés C. Coulomb. En sus experimentos, midió las fuerzas de atracción y repulsión de bolas cargadas utilizando un dispositivo que diseñó para medir la carga eléctrica: una balanza de torsión (Fig. 1, 1, 2), que tiene una sensibilidad extremadamente alta. La barra de equilibrio se giró 1° bajo una fuerza de aproximadamente 10 – 9 N.

La idea de las mediciones se basó en la suposición del físico de que cuando una bola cargada entra en contacto con otra igualmente descargada, la carga existente de la primera se dividirá en partes iguales entre los cuerpos. Así, se obtuvo una manera de cambiar la carga de la pelota dos o más veces.

Definición 12

En sus experimentos, Coulomb midió la interacción entre bolas, cuyo tamaño era significativamente menor que la distancia que las separaba, por lo que podían despreciarse. Estos cuerpos cargados suelen denominarse cargos puntuales.

Foto 1 . 1 . 2. Dispositivo de Coulomb.

Foto 1 . 1 . 3. Fuerzas de interacción entre cargas similares y diferentes.

Basándose en muchos experimentos, Coulomb estableció la siguiente ley:

Definición 13

Las fuerzas de interacción entre cargas estacionarias son directamente proporcionales al producto de los módulos de carga e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre ellas: F = k q 1 · q 2 r 2 .

Las fuerzas de interacción son fuerzas repulsivas con signos iguales de cargas y fuerzas atractivas con diferentes signos(Fig. 1. 1. 3), y también obedecen la tercera ley de Newton:
F 1 → = - F 2 → .

Definición 14

La interacción de Coulomb o electrostática es el efecto de cargas eléctricas estacionarias entre sí.

Definición 15

La rama de la electrodinámica dedicada al estudio de la interacción de Coulomb se llama electrostática.

La ley de Coulomb se puede aplicar a cuerpos cargados puntualmente. En la práctica, se cumple plenamente si las dimensiones de los cuerpos cargados pueden despreciarse debido a que la distancia entre los objetos de interacción las supera significativamente.

El coeficiente de proporcionalidad k en la ley de Coulomb depende de la elección del sistema de unidades.

EN Sistema internacional La unidad de medida de la carga eléctrica es el culombio (K l).

Definición 16

Colgante es una carga que pasa a través de la sección transversal de un conductor en 1 s con una intensidad de corriente de 1 A. La unidad de intensidad de corriente (amperio) en CI es, junto con las unidades de longitud, tiempo y masa, la principal unidad de medida .

El coeficiente k en el sistema CI se escribe en la mayoría de los casos como la siguiente expresión:

k = 1 4 π ε 0 .

En la que ε 0 = 8,85 · 10 - 12 K l 2 N · m 2 es la constante eléctrica.

En el sistema C I, la carga elemental e es igual a:

mi = 1,602177 10 - 19 K l ≈ 1,6 10 - 19 K l.

Basándonos en la experiencia, podemos decir que las fuerzas de interacción de Coulomb obedecen al principio de superposición.

Teorema 1

Si un cuerpo cargado interactúa simultáneamente con varios cuerpos cargados, entonces la fuerza resultante que actúa sobre un cuerpo dado es igual a la suma vectorial de las fuerzas que actúan sobre este cuerpo desde todos los demás cuerpos cargados.

En la Figura 1. 1 . 4, utilizando el ejemplo de la interacción electrostática de tres cuerpos cargados, se explica el principio de superposición.

Foto 1 . 1 . 4 . El principio de superposición de fuerzas electrostáticas. F → = F 21 → + F 31 → ; F 2 → = F 12 → + F 32 → ; F 3 → = F 13 → + F 23 → .

Foto 1 . 1 . 5 . Modelo de interacción de cargas puntuales.

Aunque el principio de superposición es una ley fundamental de la naturaleza, su uso requiere cierta precaución cuando se aplica a la interacción de cuerpos cargados de dimensiones finitas. Un ejemplo de esto serían dos bolas conductoras cargadas 1 y 2. Si se lleva otra bola cargada a un sistema similar que consta de dos bolas cargadas, entonces la interacción entre 1 y 2 sufrirá cambios debido a la redistribución de cargas.

El principio de superposición supone que las fuerzas de interacción electrostática entre dos cuerpos cualesquiera no dependen de la presencia de otros cuerpos cargados, siempre que la distribución de cargas sea fija (dada).

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