Muatan listrik dan sifat-sifatnya

Proses fisik yang terjadi di alam tidak selalu dijelaskan oleh aksi hukum teori molekul-kinetik, mekanika, atau termodinamika. Ada juga gaya elektromagnetik yang bekerja pada jarak jauh dan tidak bergantung pada berat badan.

Manifestasi mereka pertama kali dijelaskan dalam karya ilmuwan kuno dari Yunani, ketika mereka menarik cahaya, partikel kecil zat individu dengan amber, bergesekan dengan wol.

Kontribusi sejarah ilmuwan untuk pengembangan elektrodinamika

Eksperimen dengan amber dipelajari secara rinci oleh peneliti Inggris William Hilbert... Pada tahun-tahun terakhir abad ke-16, dia menjelaskan karyanya dan mendefinisikan objek yang mampu menarik benda lain dari kejauhan dengan istilah "dialiri listrik".

Fisikawan Prancis Charles Dufay menetapkan adanya muatan dengan tanda yang berlawanan: beberapa dibentuk dengan menggosokkan benda kaca pada kain sutra, dan lainnya - resin pada wol. Itulah yang dia sebut: kaca dan damar. Setelah menyelesaikan penelitiannya, Benjamin Franklin memperkenalkan konsep muatan negatif dan positif.

Charles Visulka menyadari kemungkinan mengukur kekuatan muatan dengan merancang keseimbangan torsi dari penemuannya sendiri.

Robert Milliken, berdasarkan serangkaian percobaan, ia menetapkan sifat diskrit dari muatan listrik suatu zat, membuktikan bahwa mereka terdiri dari sejumlah partikel elementer. (Jangan bingung dengan konsep lain dari istilah ini - fragmentasi, diskontinuitas.)

Karya para ilmuwan ini menjadi dasar pengetahuan modern tentang proses dan fenomena yang terjadi di medan listrik dan magnet yang diciptakan oleh muatan listrik dan pergerakannya, dipelajari oleh elektrodinamika.

Penentuan biaya dan prinsip interaksi mereka

Muatan listrik mencirikan sifat-sifat zat yang memberi mereka kemampuan untuk menciptakan medan listrik dan berinteraksi dalam proses elektromagnetik. Ini juga disebut kuantitas listrik dan didefinisikan sebagai kuantitas skalar fisik. Simbol "q" atau "Q" digunakan untuk menunjukkan muatan, dan unit "Liontin" digunakan dalam pengukuran, dinamai menurut nama ilmuwan Prancis yang mengembangkan teknik unik.

Dia menciptakan sebuah perangkat, yang badannya menggunakan bola yang digantung pada benang tipis kuarsa. Mereka diorientasikan dalam ruang dengan cara tertentu dan posisinya dicatat pada skala bertahap dengan pembagian yang sama.

Melalui lubang khusus di tutupnya, bola lain dengan muatan tambahan dibawa ke bola-bola ini. Gaya interaksi yang dihasilkan memaksa bola untuk membelok, memutar ayunannya. Perbedaan pembacaan skala sebelum dan sesudah pengisian memungkinkan untuk memperkirakan jumlah listrik dalam sampel uji.

Muatan 1 coulomb dicirikan dalam sistem SI dengan arus 1 ampere yang melewati penampang kawat dalam waktu sama dengan 1 detik.

Elektrodinamika modern membagi semua muatan listrik menjadi:

• positif;

• negatif.

Ketika mereka berinteraksi satu sama lain, mereka mengembangkan kekuatan yang arahnya bergantung pada polaritas yang ada.

Muatan sejenis, positif atau negatif, selalu tolak menolak ke arah yang berlawanan, cenderung menjauh satu sama lain sejauh mungkin.Dan untuk muatan yang berlawanan tanda, ada gaya yang cenderung menyatukan dan menyatukannya menjadi satu. .

Prinsip superposisi

Ketika ada beberapa muatan dalam volume tertentu, prinsip superposisi berlaku untuk muatan tersebut.

Artinya adalah bahwa setiap muatan dengan cara tertentu, menurut metode yang dibahas di atas, berinteraksi dengan yang lain, tertarik oleh yang berlawanan dan ditolak oleh yang serupa. Misalnya, muatan positif q1 dipengaruhi oleh gaya tarik F31 ke muatan negatif q3 dan gaya tolak F21 dari q2.

Gaya yang dihasilkan F1 yang bekerja pada q1 ditentukan oleh penjumlahan geometrik vektor F31 dan F21. (F1 = F31 + F21).

Metode yang sama digunakan untuk menentukan gaya yang dihasilkan F2 dan F3 masing-masing pada muatan q2 dan q3.

Dengan menggunakan prinsip superposisi, disimpulkan bahwa untuk sejumlah muatan tertentu dalam sistem tertutup, gaya elektrostatis konstan bekerja di antara semua bendanya, dan potensi pada titik tertentu mana pun di ruang ini sama dengan jumlah potensi semua biaya yang dibebankan secara terpisah.

Pengoperasian undang-undang ini dikonfirmasi oleh perangkat elektroskop dan elektrometer yang dibuat, yang memiliki prinsip operasi yang sama.

Sebuah elektroskop terdiri dari dua lembar foil tipis identik yang digantung di ruang terisolasi pada benang konduktif yang dipasang pada bola logam. Dalam keadaan normal, muatan tidak bekerja pada bola ini, oleh karena itu kelopaknya menggantung bebas di ruang di dalam bohlam perangkat.

Bagaimana muatan dapat ditransfer antar badan

Jika Anda membawa benda bermuatan, seperti batang, ke bola elektroskop, muatan akan melewati bola di sepanjang benang konduktif ke kelopak. Mereka akan menerima muatan yang sama dan mulai menjauh satu sama lain pada sudut yang sebanding dengan jumlah listrik yang digunakan.

Elektrometer memiliki struktur dasar yang sama, tetapi ada sedikit perbedaan: satu kelopak tetap tidak bergerak, dan kelopak kedua menjauh darinya dan dilengkapi dengan panah yang memungkinkan Anda membaca skala kelulusan.

Pembawa perantara dapat digunakan untuk mentransfer muatan dari benda diam dan bermuatan jauh ke elektrometer.

Pengukuran yang dilakukan oleh elektrometer tidak memiliki kelas akurasi yang tinggi, dan berdasarkan pengukuran tersebut sulit untuk menganalisis gaya yang bekerja di antara muatan. Neraca torsi Coulomb lebih cocok untuk studi mereka. Mereka menggunakan bola dengan diameter jauh lebih kecil dari jarak mereka satu sama lain. Mereka memiliki sifat muatan titik — benda bermuatan yang dimensinya tidak memengaruhi keakuratan perangkat.

Pengukuran yang dilakukan oleh Coulomb mengkonfirmasi asumsinya bahwa muatan titik dipindahkan dari benda bermuatan ke benda dan massa yang sama, tetapi tidak bermuatan sedemikian rupa sehingga didistribusikan secara merata di antara mereka, berkurang dengan faktor 2 pada sumbernya.Dengan cara ini, dimungkinkan untuk mengurangi jumlah biaya menjadi dua, tiga kali, dan lainnya.

Gaya yang ada di antara muatan listrik stasioner disebut interaksi Coulomb atau statis. Mereka dipelajari oleh elektrostatik, yang merupakan salah satu cabang elektrodinamika.

Jenis pembawa muatan listrik

Ilmu pengetahuan modern menganggap elektron partikel bermuatan negatif terkecil, dan positif — positron... Mereka memiliki massa yang sama 9,1 × 10-31 kilogram. Proton partikel hanya memiliki satu muatan positif dan massa 1,7 × 10-27 kilogram. Di alam, jumlah muatan positif dan negatif seimbang.

Dalam logam, pergerakan elektron dibuat listrik, dan dalam semikonduktor pembawa muatannya adalah elektron dan lubang.

Dalam gas, arus dibentuk oleh pergerakan ion - partikel non-elemen bermuatan (atom atau molekul) dengan muatan positif, disebut kation, atau negatif - anion.

Ion terbentuk dari partikel netral.

Muatan positif dibuat dalam partikel yang kehilangan elektron di bawah pengaruh pelepasan listrik yang kuat, radiasi cahaya atau radioaktif, aliran angin, pergerakan massa air atau sejumlah alasan lainnya.

Ion negatif terbentuk dari partikel netral yang juga menerima elektron.

Penggunaan ionisasi untuk keperluan medis dan kehidupan sehari-hari

Para peneliti telah lama memperhatikan kemampuan ion negatif untuk mempengaruhi tubuh manusia, meningkatkan konsumsi oksigen di udara, mengantarkannya lebih cepat ke jaringan dan sel, dan mempercepat oksidasi serotonin.Semua ini di kompleks secara signifikan meningkatkan kekebalan, meningkatkan suasana hati, mengurangi rasa sakit.

Ionizer pertama yang digunakan untuk merawat orang diberi nama lampu gantung Chizhevsky, untuk menghormati ilmuwan Soviet yang menciptakan perangkat yang memiliki efek menguntungkan bagi kesehatan manusia.

Dalam peralatan listrik modern untuk bekerja di lingkungan rumah, Anda dapat menemukan ionizer bawaan di penyedot debu, pelembab udara, pengering rambut, pengering rambut ...

Pengionisasi udara khusus memurnikan komposisinya, mengurangi jumlah debu dan kotoran berbahaya.

Pengionisasi air mampu mengurangi jumlah reagen kimia dalam komposisinya. Mereka digunakan untuk membersihkan kolam dan danau, menjenuhkan air dengan ion tembaga atau perak yang mengurangi pertumbuhan alga, menghancurkan virus dan bakteri.

Istilah dan definisi yang berguna

Apa itu volume muatan listrik

Ini adalah muatan listrik yang didistribusikan ke seluruh volume.

Apa itu muatan listrik permukaan

Ini adalah muatan listrik yang dianggap didistribusikan ke permukaan.

Apa itu muatan listrik linier

Ini adalah muatan listrik yang dianggap didistribusikan sepanjang garis.

Berapa rapat volume muatan listrik

Ini adalah besaran skalar yang mencirikan distribusi volume muatan listrik, sama dengan batas rasio muatan volume dengan elemen volume di mana ia didistribusikan ketika elemen volume ini cenderung nol.

Berapa kerapatan muatan listrik permukaan

Ini adalah besaran skalar yang mencirikan distribusi muatan listrik permukaan, sama dengan batas rasio muatan listrik permukaan dengan elemen permukaan di mana ia didistribusikan ketika elemen permukaan ini cenderung nol.

Apa kerapatan muatan listrik linier

Ini adalah besaran skalar yang mencirikan distribusi muatan listrik linier, sama dengan batas rasio muatan listrik linier dengan elemen panjang garis di mana muatan ini didistribusikan ketika elemen panjang ini cenderung nol .

Apa itu dipol listrik

Ini adalah sekumpulan muatan listrik dua titik yang besarnya sama dan berlawanan tanda dan terletak pada jarak yang sangat kecil satu sama lain dibandingkan dengan jarak dari mereka ke titik pengamatan.

Apa momen listrik dari dipol listrik

Ini adalah besaran vektor yang sama dengan produk dari nilai absolut salah satu muatan dipol dan jarak antara keduanya dan diarahkan dari muatan negatif ke positif.

Apa momen listrik tubuh

Ini adalah besaran vektor yang sama dengan jumlah geometris momen listrik dari semua dipol yang menyusun benda yang ditinjau. "Momen listrik dari volume materi tertentu" didefinisikan dengan cara yang sama.