Carga eléctrica y sus propiedades.
Los procesos físicos que tienen lugar en la naturaleza no siempre se explican por la acción de las leyes de la teoría cinético-molecular, la mecánica o la termodinámica. También existen fuerzas electromagnéticas que actúan a distancia y no dependen del peso corporal.
Sus manifestaciones se describieron por primera vez en los trabajos de los antiguos científicos de Grecia, cuando atraían la luz, pequeñas partículas de sustancias individuales con ámbar, frotadas contra la lana.
Contribución histórica de los científicos al desarrollo de la electrodinámica
Los experimentos con ámbar fueron estudiados en detalle por el investigador inglés William Hilbert... En los últimos años del siglo XVI, hizo un recuento de su trabajo y definió objetos capaces de atraer a otros cuerpos a distancia con el término "electrificado".
El físico francés Charles Dufay estableció la existencia de cargas con signos opuestos: algunas se formaron frotando objetos de vidrio sobre tela de seda y otras, resinas sobre lana. Así los llamó: vidrio y resina. Después de completar la investigación, Benjamin Franklin introdujo el concepto de cargas negativas y positivas.
Charles Visulka se da cuenta de la posibilidad de medir la fuerza de las cargas diseñando una balanza de torsión de su propia invención.
Robert Milliken, basándose en una serie de experimentos, estableció la naturaleza discreta de las cargas eléctricas de cualquier sustancia, demostrando que están formadas por un determinado número de partículas elementales. (No debe confundirse con otro concepto de este término: fragmentación, discontinuidad).
Los trabajos de estos científicos sirvieron como base del conocimiento moderno de los procesos y fenómenos que ocurren en los campos eléctricos y magnéticos creados por las cargas eléctricas y su movimiento, estudiados por la electrodinámica.
Determinación de tarifas y principios de su interacción.
La carga eléctrica caracteriza las propiedades de las sustancias que les otorgan la capacidad de crear campos eléctricos e interactuar en procesos electromagnéticos. También se denomina cantidad de electricidad y se define como una cantidad física escalar. Los símbolos "q" o "Q" se utilizan para indicar la carga, y la unidad "Pendiente" se utiliza en las mediciones, que lleva el nombre del científico francés que desarrolló una técnica única.
Creó un dispositivo, cuyo cuerpo usaba bolas suspendidas en un delgado hilo de cuarzo. Se orientaron en el espacio de cierta manera y se registró su posición en una escala graduada con divisiones iguales.
A través de un orificio especial en la tapa, se llevó a estas bolas otra bola con una carga adicional. Las fuerzas resultantes de la interacción obligaron a las bolas a desviarse, a rotar su oscilación. La diferencia en las lecturas de escala antes y después de la carga hizo posible estimar la cantidad de electricidad en las muestras de prueba.
Una carga de 1 culombio se caracteriza en el sistema SI por una corriente de 1 amperio que pasa a través de la sección transversal de un alambre en un tiempo igual a 1 segundo.
La electrodinámica moderna divide todas las cargas eléctricas en:
-
positivo;
-
negativo.
Cuando interactúan entre sí, desarrollan fuerzas cuya dirección depende de la polaridad existente.
Las cargas del mismo tipo, positivas o negativas, siempre se repelen en direcciones opuestas, tendiendo a alejarse lo más posible, y para cargas de signos opuestos, hay fuerzas que tienden a acercarlas y unirlas en una sola. .
Principio de superposición
Cuando hay varias cargas en un volumen determinado, les funciona el principio de superposición.
Su significado es que cada carga de cierta manera, según el método discutido anteriormente, interactúa con todas las demás, siendo atraída por las opuestas y repelida por las similares. Por ejemplo, la carga positiva q1 se ve afectada por la fuerza de atracción F31 a la carga negativa q3 y la fuerza de repulsión F21 a q2.
La fuerza resultante F1 que actúa sobre q1 está determinada por la suma geométrica de los vectores F31 y F21. (F1 = F31 + F21).
Se utiliza el mismo método para determinar las fuerzas resultantes F2 y F3 sobre las cargas q2 y q3, respectivamente.
Usando el principio de superposición, se concluyó que para un cierto número de cargas en un sistema cerrado, actúan fuerzas electrostáticas constantes entre todos sus cuerpos, y el potencial en cualquier punto particular en este espacio es igual a la suma de los potenciales de todos. cargos cobrados por separado.
El funcionamiento de estas leyes está confirmado por los dispositivos creados electroscopio y electrómetro, que tienen un principio de funcionamiento común.
Un electroscopio consta de dos láminas delgadas idénticas de papel de aluminio suspendidas en un espacio aislado sobre un hilo conductor unido a una bola de metal. En un estado normal, las cargas no actúan sobre esta bola, por lo que los pétalos cuelgan libremente en el espacio interior del bulbo del dispositivo.
¿Cómo se puede transferir carga entre cuerpos?
Si lleva un cuerpo cargado, como una barra, a la bola del electroscopio, la carga pasará a través de la bola a lo largo de un hilo conductor hasta los pétalos. Recibirán la misma carga y comenzarán a alejarse unos de otros en un ángulo proporcional a la cantidad de electricidad aplicada.
El electrómetro tiene la misma estructura básica, pero hay pequeñas diferencias: un pétalo está fijo e inmóvil, y el segundo se aleja y está equipado con una flecha que le permite leer la escala graduada.
Los portadores intermedios se pueden usar para transferir carga desde un cuerpo estacionario y cargado distante a un electrómetro.
Las mediciones realizadas por un electrómetro no tienen una alta clase de precisión y, en base a ellas, es difícil analizar las fuerzas que actúan entre las cargas. El equilibrio de torsión de Coulomb es más adecuado para su estudio. Usaron bolas con diámetros mucho más pequeños que la distancia entre ellos. Tienen las propiedades de las cargas puntuales: cuerpos cargados cuyas dimensiones no afectan la precisión del dispositivo.
Las mediciones realizadas por Coulomb confirmaron su suposición de que una carga puntual se transfiere de un cuerpo cargado al mismo en propiedades y masa, pero sin carga de tal manera que se distribuye uniformemente entre ellos, disminuyendo por un factor de 2 en la fuente.De esta manera, fue posible reducir el monto de la tarifa en dos, tres y otras veces.
Las fuerzas que existen entre cargas eléctricas estacionarias se denominan interacciones Coulombicas o estáticas. Son estudiados por la electrostática, que es una de las ramas de la electrodinámica.
Tipos de portadores de carga eléctrica.
La ciencia moderna considera el electrón más pequeño de partículas con carga negativa, y positivamente — positrón... Tienen la misma masa 9,1 × 10-31 kilogramos. La partícula protón tiene una sola carga positiva y una masa de 1,7 × 10-27 kilogramos. En la naturaleza, el número de cargas positivas y negativas está equilibrado.
En los metales se crea el movimiento de los electrones electricidad, y en los semiconductores sus portadores de carga son electrones y huecos.
En los gases, la corriente se forma por el movimiento de iones, partículas no elementales cargadas (átomos o moléculas) con cargas positivas, llamadas cationes, o negativas, aniones.
Los iones se forman a partir de partículas neutras.
Se crea una carga positiva en una partícula que ha perdido un electrón bajo la influencia de una poderosa descarga eléctrica, luz o radiación radiactiva, flujo de viento, movimiento de masas de agua o por otras razones.
Los iones negativos se forman a partir de partículas neutras que además han recibido un electrón.
El uso de la ionización con fines médicos y en la vida cotidiana.
Los investigadores han notado durante mucho tiempo la capacidad de los iones negativos para afectar el cuerpo humano, mejorar el consumo de oxígeno en el aire, entregarlo más rápido a los tejidos y las células y acelerar la oxidación de la serotonina.Todo esto en el complejo aumenta significativamente la inmunidad, mejora el estado de ánimo y alivia el dolor.
El primer ionizador utilizado para tratar a las personas se llamó candelabros Chizhevsky, en honor al científico soviético que creó un dispositivo que tiene un efecto beneficioso sobre la salud humana.
En los electrodomésticos modernos para trabajar en un entorno doméstico, se pueden encontrar ionizadores incorporados en aspiradoras, humidificadores de aire, secadores de pelo, secadores de pelo…
Los ionizadores de aire especiales purifican su composición, reducen la cantidad de polvo e impurezas nocivas.
Los ionizadores de agua pueden reducir la cantidad de reactivos químicos en su composición. Se utilizan para limpiar piscinas y lagos, saturando el agua con iones de cobre o plata que reducen el crecimiento de algas, destruyen virus y bacterias.
Términos y definiciones útiles
¿Qué es la carga eléctrica volumétrica?
Esta es una carga eléctrica distribuida por todo el volumen.
¿Qué es la carga eléctrica superficial?
Es una carga eléctrica que se considera distribuida sobre la superficie.
¿Qué es una carga eléctrica lineal?
Es una carga eléctrica que se considera distribuida a lo largo de una línea.
¿Cuál es la densidad volumétrica de la carga eléctrica?
Es una cantidad escalar que caracteriza la distribución de la carga eléctrica volumétrica, igual al límite de la relación entre la carga volumétrica y el elemento de volumen en el que se distribuye cuando este elemento de volumen tiende a cero.
¿Cuál es la densidad de carga eléctrica superficial?
Es una cantidad escalar que caracteriza la distribución de la carga eléctrica superficial, igual al límite de la relación entre la carga eléctrica superficial y el elemento superficial sobre el que se distribuye cuando este elemento superficial tiende a cero.
¿Qué es la densidad de carga eléctrica lineal?
Es una cantidad escalar que caracteriza la distribución de una carga eléctrica lineal, igual al límite de la relación de una carga eléctrica lineal a un elemento de la longitud de la línea a lo largo de la cual se distribuye esta carga cuando este elemento de longitud tiende a cero. .
¿Qué es un dipolo eléctrico?
Es un conjunto de dos cargas eléctricas puntuales de igual magnitud y signo opuesto y situadas a una distancia muy pequeña entre sí en comparación con la distancia que las separa de los puntos de observación.
¿Cuál es el momento eléctrico de un dipolo eléctrico?
Es una cantidad vectorial igual al producto del valor absoluto de una de las cargas del dipolo y la distancia entre ellas y dirigida de carga negativa a positiva.
¿Cuál es el momento eléctrico del cuerpo?
Es una cantidad vectorial igual a la suma geométrica de los momentos eléctricos de todos los dipolos que componen el cuerpo considerado. "El momento eléctrico de un volumen dado de materia" se define de manera similar.