ประจุไฟฟ้าและคุณสมบัติของมัน

กระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นในธรรมชาติไม่ได้อธิบายโดยการกระทำของกฎของทฤษฎีโมเลกุล-จลนศาสตร์ กลศาสตร์ หรืออุณหพลศาสตร์เสมอไป นอกจากนี้ยังมีแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่กระทำในระยะไกลและไม่ขึ้นอยู่กับน้ำหนักตัว

การแสดงอาการของพวกเขาได้รับการอธิบายครั้งแรกในงานของนักวิทยาศาสตร์โบราณจากกรีซ เมื่อพวกเขาดึงดูดแสง อนุภาคขนาดเล็กของสสารแต่ละชนิดด้วยอำพัน ถูกับขนสัตว์

การมีส่วนร่วมทางประวัติศาสตร์ของนักวิทยาศาสตร์ในการพัฒนาอิเล็กโทรไดนามิกส์

การทดลองกับอำพันได้รับการศึกษาโดยละเอียดโดยนักวิจัยชาวอังกฤษ วิลเลียม ฮิลเบิร์ต... ในปีสุดท้ายของศตวรรษที่ 16 เขาได้บันทึกผลงานของเขาและนิยามวัตถุที่สามารถดึงดูดวัตถุอื่นๆ จากระยะไกลด้วยคำว่า "ไฟฟ้า"

Charles Dufay นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสได้ค้นพบการมีอยู่ของประจุที่มีสัญญาณตรงกันข้าม: บางอย่างเกิดขึ้นจากการถูวัตถุแก้วบนผ้าไหม และอื่น ๆ - เรซิ่นบนขนสัตว์ นั่นแหละที่เขาเรียกว่าแก้วกับเรซิ่น หลังจากเสร็จสิ้นการวิจัย เบนจามิน แฟรงคลิน ได้นำแนวคิดของประจุลบและประจุบวก

Charles Visulka ตระหนักถึงความเป็นไปได้ในการวัดความแรงของประจุโดยการออกแบบสมดุลแรงบิดจากสิ่งประดิษฐ์ของเขาเอง

Robert Milliken จากชุดการทดลอง เขาสร้างธรรมชาติที่ไม่ต่อเนื่องของประจุไฟฟ้าของสสารใดๆ โดยพิสูจน์ว่าพวกมันประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานจำนวนหนึ่ง (เพื่อไม่ให้สับสนกับแนวคิดอื่นของคำนี้ — การแยกส่วน ความไม่ต่อเนื่อง)

ผลงานของนักวิทยาศาสตร์เหล่านี้ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานของความรู้สมัยใหม่เกี่ยวกับกระบวนการและปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยประจุไฟฟ้าและการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า ซึ่งศึกษาโดยอิเล็กโทรไดนามิกส์

การกำหนดค่าธรรมเนียมและหลักการของการโต้ตอบ

ค่าไฟฟ้าแสดงคุณสมบัติของสารที่ให้ความสามารถในการสร้างสนามไฟฟ้าและโต้ตอบในกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้า เรียกอีกอย่างว่าปริมาณไฟฟ้าและกำหนดเป็นปริมาณสเกลาร์เชิงกายภาพ สัญลักษณ์ "q" หรือ "Q" ใช้เพื่อระบุประจุ และหน่วย "จี้" ใช้ในการวัด ซึ่งตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสผู้พัฒนาเทคนิคเฉพาะ

เขาสร้างอุปกรณ์ซึ่งใช้ลูกบอลที่แขวนอยู่บนด้ายเส้นเล็กของควอทซ์ พวกเขามุ่งเน้นไปที่อวกาศในลักษณะหนึ่งและตำแหน่งของพวกเขาได้รับการบันทึกเทียบกับระดับการศึกษาที่มีการแบ่งเท่า ๆ กัน

ผ่านรูพิเศษบนฝา ลูกบอลอีกลูกที่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมถูกนำไปยังลูกบอลเหล่านี้ แรงโต้ตอบที่เกิดขึ้นทำให้ลูกบอลเบี่ยงเบนและหมุนวงสวิง ความแตกต่างของการอ่านค่าสเกลก่อนและหลังการชาร์จทำให้สามารถประเมินปริมาณไฟฟ้าในตัวอย่างทดสอบได้

ประจุ 1 คูลอมบ์มีลักษณะเฉพาะในระบบ SI โดยกระแส 1 แอมแปร์ผ่านหน้าตัดของเส้นลวดในเวลาเท่ากับ 1 วินาที

อิเล็กโทรไดนามิกสมัยใหม่แบ่งประจุไฟฟ้าทั้งหมดออกเป็น:

• เชิงบวก;

• เชิงลบ.

เมื่อพวกเขาโต้ตอบกัน พวกเขาพัฒนากองกำลังที่มีทิศทางขึ้นอยู่กับขั้วที่มีอยู่

ประจุประเภทเดียวกัน บวกหรือลบ มักจะผลักกันในทิศทางตรงกันข้ามและมักจะเคลื่อนออกจากกันให้ไกลที่สุด และสำหรับประจุของสัญญาณตรงข้าม มีพลังที่มักจะดึงพวกมันมารวมกันและรวมกันเป็นหนึ่ง .

หลักการซ้อนทับ

เมื่อมีค่าใช้จ่ายหลายรายการในปริมาตรหนึ่งๆ หลักการของการซ้อนทับจะใช้ได้

ความหมายของมันคือแต่ละประจุในลักษณะใดวิธีหนึ่งตามวิธีที่กล่าวถึงข้างต้น มีปฏิสัมพันธ์กับประจุอื่นๆ ทั้งหมด ถูกดึงดูดโดยสิ่งตรงกันข้ามและถูกขับไล่โดยสิ่งที่คล้ายกัน ตัวอย่างเช่น ประจุบวก q1 ได้รับผลกระทบจากแรงดึงดูด F31 ต่อประจุลบ q3 และแรงผลัก F21 จาก q2

แรงลัพธ์ F1 ที่กระทำต่อ q1 ถูกกำหนดโดยการบวกทางเรขาคณิตของเวกเตอร์ F31 และ F21 (F1 = F31 + F21).

วิธีการเดียวกันนี้ใช้ในการกำหนดแรงผลลัพธ์ F2 และ F3 บนประจุ q2 และ q3 ตามลำดับ

โดยใช้หลักการของการซ้อนทับ สรุปได้ว่าสำหรับประจุจำนวนหนึ่งในระบบปิด แรงไฟฟ้าสถิตคงที่กระทำระหว่างวัตถุทั้งหมดของมัน และศักย์ ณ จุดใดจุดหนึ่งในพื้นที่นี้จะเท่ากับผลรวมของศักย์ของทั้งหมด ค่าใช้จ่ายที่เรียกเก็บแยกต่างหาก

การทำงานของกฎหมายเหล่านี้ได้รับการยืนยันโดยอุปกรณ์อิเล็กโทรสโคปและอิเล็กโทรมิเตอร์ที่สร้างขึ้นซึ่งมีหลักการทำงานทั่วไป

อิเล็กโทรสโคปประกอบด้วยแผ่นฟอยล์บาง ๆ สองแผ่นที่แขวนอยู่ในช่องว่างที่เป็นฉนวนบนด้ายนำไฟฟ้าที่ติดอยู่กับลูกบอลโลหะ ในสภาวะปกติ ประจุไฟฟ้าจะไม่ทำงานบนลูกบอลนี้ ดังนั้นกลีบดอกจึงห้อยอย่างอิสระในช่องว่างภายในกระเปาะของอุปกรณ์

วิธีการโอนประจุระหว่างร่างกาย

หากคุณนำวัตถุที่มีประจุ เช่น ไม้เรียว ไปที่ลูกบอลของอิเล็กโทรสโคป ประจุจะผ่านลูกบอลไปตามเกลียวนำไฟฟ้าไปยังกลีบดอก พวกเขาจะได้รับประจุเท่ากันและเริ่มเคลื่อนออกจากกันในมุมที่เป็นสัดส่วนกับปริมาณไฟฟ้าที่ใช้

อิเล็กโทรมิเตอร์มีโครงสร้างพื้นฐานเหมือนกัน แต่มีความแตกต่างเล็กน้อย: กลีบดอกหนึ่งติดอยู่กับที่และกลีบดอกที่สองจะเคลื่อนออกห่างจากมันและติดตั้งลูกศรที่ช่วยให้คุณอ่านสเกลที่สำเร็จการศึกษาได้

สามารถใช้พาหะระดับกลางเพื่อถ่ายโอนประจุจากวัตถุที่อยู่นิ่งและประจุไฟฟ้าที่อยู่ห่างไกลไปยังอิเล็กโทรมิเตอร์

การวัดที่ทำโดยอิเล็กโตรมิเตอร์นั้นไม่มีความแม่นยำระดับสูง และโดยพื้นฐานแล้วเป็นการยากที่จะวิเคราะห์แรงที่กระทำระหว่างประจุ คูลอมบ์ทอร์ชั่นบาลานซ์เหมาะสำหรับการศึกษามากกว่า พวกเขาใช้ลูกบอลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าระยะห่างจากกันมาก พวกเขามีคุณสมบัติของการชาร์จแบบจุด - วัตถุที่มีประจุซึ่งขนาดไม่ส่งผลต่อความแม่นยำของอุปกรณ์

การวัดที่ทำโดยคูลอมบ์ยืนยันข้อสันนิษฐานของเขาว่าประจุแบบจุดถูกถ่ายโอนจากวัตถุที่มีประจุไปยังคุณสมบัติและมวลที่เหมือนกัน แต่ไม่มีประจุในลักษณะที่กระจายอย่างสม่ำเสมอระหว่างพวกมัน โดยลดลง 2 เท่าจากแหล่งกำเนิดด้วยวิธีนี้ จึงเป็นไปได้ที่จะลดจำนวนค่าธรรมเนียมลงสองสามและครั้งอื่นๆ

แรงที่มีอยู่ระหว่างประจุไฟฟ้าที่อยู่นิ่งเรียกว่า คูลอมบิก หรือ แรงอันตรกิริยาสถิต พวกมันถูกศึกษาโดยไฟฟ้าสถิตซึ่งเป็นหนึ่งในสาขาของอิเล็กโทรไดนามิกส์

ประเภทของพาหะประจุไฟฟ้า

วิทยาศาสตร์สมัยใหม่พิจารณาอนุภาคอิเล็กตรอนที่มีประจุลบที่เล็กที่สุดและในทางบวก — โพซิตรอน... มีมวลเท่ากัน 9.1 × 10-31 กิโลกรัม อนุภาคโปรตอนมีประจุบวกเพียงประจุเดียว และมีมวล 1.7 × 10-27 กิโลกรัม โดยธรรมชาติ จำนวนของประจุบวกและประจุลบจะสมดุลกัน

ในโลหะ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะถูกสร้างขึ้น ไฟฟ้าและในสารกึ่งตัวนำ ตัวพาประจุคืออิเล็กตรอนและโฮล

ในก๊าซ กระแสเกิดจากการเคลื่อนที่ของไอออน ซึ่งเป็นอนุภาคที่ไม่มีองค์ประกอบ (อะตอมหรือโมเลกุล) ซึ่งมีประจุบวก เรียกว่า ไอออนบวก หรือประจุลบ ซึ่งเรียกว่า ไอออนบวก

ไอออนเกิดจากอนุภาคที่เป็นกลาง

ประจุบวกถูกสร้างขึ้นในอนุภาคที่สูญเสียอิเล็กตรอนไปภายใต้อิทธิพลของการปล่อยไฟฟ้าแรงสูง แสงหรือรังสีกัมมันตภาพรังสี การไหลของลม การเคลื่อนที่ของมวลน้ำ หรือเหตุผลอื่นๆ อีกหลายประการ

ไอออนลบเกิดจากอนุภาคที่เป็นกลางซึ่งได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มเติม

การใช้ไอออนไนซ์เพื่อการแพทย์และชีวิตประจำวัน

นักวิจัยสังเกตเห็นมานานแล้วว่าไอออนลบสามารถส่งผลกระทบต่อร่างกายมนุษย์ เพิ่มการใช้ออกซิเจนในอากาศ ส่งออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อและเซลล์ได้เร็วขึ้น และเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของเซโรโทนินทั้งหมดนี้ในคอมเพล็กซ์เพิ่มภูมิคุ้มกันอย่างมีนัยสำคัญ, ปรับปรุงอารมณ์, บรรเทาความเจ็บปวด

เครื่องสร้างประจุไอออนชนิดแรกที่ใช้ในการรักษาผู้คนมีชื่อว่าโคมไฟระย้า Chizhevsky เพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์โซเวียตผู้สร้างอุปกรณ์ที่มีผลดีต่อสุขภาพของมนุษย์

ในเครื่องใช้ไฟฟ้าสมัยใหม่สำหรับการทำงานในบ้าน คุณสามารถหาไอออไนเซอร์ในตัวได้ในเครื่องดูดฝุ่น เครื่องทำความชื้นในอากาศ ไดร์เป่าผม ไดร์เป่าผม ...

เครื่องสร้างประจุไอออนในอากาศแบบพิเศษทำให้องค์ประกอบบริสุทธิ์ ลดปริมาณฝุ่นและสิ่งสกปรกที่เป็นอันตราย

ไอออนไนเซอร์ของน้ำสามารถลดปริมาณสารเคมีในองค์ประกอบได้ พวกมันถูกใช้เพื่อทำความสะอาดสระน้ำและทะเลสาบ ทำให้น้ำอิ่มตัวด้วยไอออนทองแดงหรือเงินที่ช่วยลดการเจริญเติบโตของสาหร่าย ทำลายไวรัสและแบคทีเรีย

คำศัพท์และคำจำกัดความที่เป็นประโยชน์

ปริมาณประจุไฟฟ้าคืออะไร

นี่คือประจุไฟฟ้าที่กระจายไปทั่วปริมาตร

ประจุไฟฟ้าพื้นผิวคืออะไร

เป็นประจุไฟฟ้าที่ถือว่ากระจายไปทั่วพื้นผิว

ประจุไฟฟ้าเชิงเส้นคืออะไร

เป็นประจุไฟฟ้าที่ถือว่ากระจายไปตามเส้น

ประจุไฟฟ้ามีความหนาแน่นปริมาตรเท่าใด

เป็นปริมาณสเกลาร์ที่แสดงลักษณะการกระจายของปริมาตรประจุไฟฟ้า เท่ากับขีดจำกัดของอัตราส่วนของประจุปริมาตรต่อองค์ประกอบปริมาตรซึ่งกระจายเมื่อองค์ประกอบปริมาตรนี้มีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์

ความหนาแน่นของประจุไฟฟ้าที่พื้นผิวคืออะไร

เป็นปริมาณสเกลาร์ที่แสดงลักษณะการกระจายของประจุไฟฟ้าที่พื้นผิว เท่ากับขีดจำกัดของอัตราส่วนของประจุไฟฟ้าที่พื้นผิวต่อองค์ประกอบพื้นผิวซึ่งกระจายอยู่เมื่อองค์ประกอบพื้นผิวนี้มีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์

ความหนาแน่นของประจุไฟฟ้าเชิงเส้นคืออะไร

เป็นปริมาณสเกลาร์ที่แสดงลักษณะการกระจายของประจุไฟฟ้าเชิงเส้น เท่ากับขีดจำกัดของอัตราส่วนของประจุไฟฟ้าเชิงเส้นต่อองค์ประกอบของความยาวของเส้นซึ่งประจุไฟฟ้านี้ถูกกระจายเมื่อองค์ประกอบของความยาวนี้มีแนวโน้มเป็นศูนย์ .

ไดโพลไฟฟ้าคืออะไร

เป็นชุดของประจุไฟฟ้าสองจุดที่มีขนาดเท่ากันและอยู่ตรงข้ามกันในเครื่องหมาย และอยู่ห่างจากกันน้อยมากเมื่อเทียบกับระยะทางจากจุดดังกล่าวไปยังจุดสังเกต

โมเมนต์ไฟฟ้าของไดโพลไฟฟ้าคืออะไร

เป็นปริมาณเวกเตอร์ที่เท่ากับผลคูณของค่าสัมบูรณ์ของหนึ่งในประจุของไดโพลและระยะห่างระหว่างประจุเหล่านั้นและกำกับจากประจุลบไปยังประจุบวก

โมเมนต์ไฟฟ้าของร่างกายคืออะไร

เป็นปริมาณเวกเตอร์ที่เท่ากับผลรวมทางเรขาคณิตของโมเมนต์ไฟฟ้าของไดโพลทั้งหมดที่ประกอบกันเป็นร่างกายภายใต้การพิจารณา "โมเมนต์ไฟฟ้าของปริมาณสสารที่กำหนด" ถูกกำหนดในลักษณะเดียวกัน