Akýkoľvek elektrický náboj pozorovaný v experimente je vždy násobkom jedného elementárneho náboja.- takýto predpoklad vyslovil B. Franklin v roku 1752 a následne opakovane experimentálne testovaný. Elementárny náboj prvýkrát experimentálne zmeral Millikan v roku 1910.

Skutočnosť, že elektrický náboj sa v prírode vyskytuje iba vo forme celého čísla elementárnych nábojov, možno nazvať kvantovanie elektrického náboja. Zároveň sa v klasickej elektrodynamike nehovorí o otázke príčin kvantovania náboja, pretože náboj je vonkajší parameter a nie dynamická premenná. Uspokojivé vysvetlenie, prečo treba náboj kvantovať, sa zatiaľ nenašlo, ale už sa podarilo získať množstvo zaujímavých pozorovaní.

Frakčný elektrický náboj

Opakované pátranie po dlhovekých voľných predmetoch s frakčným elektrickým nábojom, ktoré sa dlhodobo uskutočňovalo rôznymi metódami, neprinieslo výsledky.

Treba si však uvedomiť, že elektrický náboj kvázičastíc tiež nemusí byť násobkom celku. Sú to najmä kvázičastice s frakčným elektrickým nábojom, ktoré sú zodpovedné za frakčný kvantový Hallov efekt.

Experimentálna definícia elementárneho elektrického náboja

Avogadrove číslo a Faradayova konštanta

Josephsonov efekt a von Klitzingova konštanta

Ďalšou presnou metódou na meranie elementárneho náboja je jeho výpočet z pozorovania dvoch efektov kvantovej mechaniky: Josephsonov jav, pri ktorom dochádza ku kolísaniu napätia v určitej supravodivej štruktúre, a kvantový Hallov efekt, efekt kvantovania Hallovho efektu. odpor alebo vodivosť dvojrozmerného elektrónového plynu v silných magnetických poliach a pri nízkych teplotách . Josephsonova konštanta

kde h- Planckova konštanta sa dá merať priamo pomocou Josephsonovho efektu.

možno merať priamo pomocou kvantového Hallovho javu.

Z týchto dvoch konštánt možno vypočítať veľkosť elementárneho náboja:

pozri tiež

Poznámky

1. elementárny náboj(Angličtina) . Referencia NIST o konštantách, jednotkách a neistote. . Získané 20. mája 2016.
2. Hodnota v jednotkách CGSE je daná ako výsledok prepočtu hodnoty CODATA v coulombách, pričom sa berie do úvahy skutočnosť, že coulomb sa presne rovná 2 997 924 580 jednotkám elektrického náboja CGSE (franklinov alebo statcoulombov).
3. Tomilin K.A. Základné fyzikálne konštanty v historických a metodologických aspektoch. - M. : Fizmatlit, 2006. - S. 96-105. - 368 s. - 400 kópií. - ISBN 5-9221-0728-3.
4. Topologický model zložených preónov (nedostupný odkaz) es.arXiv.org
5. V.M. Abazov a kol.(DØ Collaboration) (2007). „Experimentálna diskriminácia medzi nábojom 2 e/3 top kvark a náboj 4 e/3 scenáre výroby exotického kvarku“. Fyzické prehľadové listy. 98 (4): 041801.

Elementárny elektrický náboj je základná fyzikálna konštanta, minimálna časť (kvantum) elektrického náboja. Rovná sa približne

e=1,602 176 565 (35) 10 −19 C

v Medzinárodnej sústave jednotiek (SI). Úzko súvisí s konštantou jemnej štruktúry, ktorá popisuje elektromagnetickú interakciu.

"Akýkoľvek elektrický náboj pozorovaný v experimente je vždy násobkom elementárneho náboja"- takýto predpoklad vyslovil B. Franklin v roku 1752 a následne opakovane experimentálne testovaný. Elementárny náboj prvýkrát experimentálne zmeral Millikan v roku 1910.

Skutočnosť, že elektrický náboj sa v prírode vyskytuje iba vo forme celočíselného počtu elementárnych nábojov, možno nazvať kvantovaním elektrického náboja. Zároveň sa v klasickej elektrodynamike nehovorí o otázke príčin kvantovania náboja, pretože náboj je vonkajší parameter a nie dynamická premenná. Uspokojivé vysvetlenie, prečo treba náboj kvantovať, sa zatiaľ nenašlo, ale už sa podarilo získať množstvo zaujímavých pozorovaní.

• · Ak v prírode existuje magnetický monopól, potom podľa kvantovej mechaniky musí byť jeho magnetický náboj v určitom pomere s nábojom ľubovoľnej vybranej elementárnej častice. Z toho automaticky vyplýva, že samotná existencia magnetického monopólu znamená kvantovanie náboja. V prírode však nebolo možné odhaliť magnetický monopól.
• · V modernej fyzike elementárnych častíc sa vyvíjajú ďalšie modely, v ktorých by sa všetky známe základné častice ukázali ako jednoduché kombinácie nových, ešte zásadnejších častíc. V tomto prípade sa kvantovanie náboja pozorovaných častíc nezdá prekvapujúce, keďže vzniká „konštrukciou“.

Je tiež možné, že všetky parametre pozorovaných častíc budú opísané v rámci jednotnej teórie poľa, ku ktorej prístupy sa v súčasnosti vyvíjajú. V takýchto teóriách musí byť veľkosť elektrického náboja častíc vypočítaná z extrémne malého počtu základných parametrov, ktoré môžu súvisieť so štruktúrou časopriestoru v ultramalých vzdialenostiach. Ak sa takáto teória skonštruuje, potom to, čo pozorujeme ako elementárny elektrický náboj, sa ukáže ako nejaký diskrétny časopriestorový invariant. Takýto prístup je vyvinutý napríklad v modeli S. Bilson-Thompson, v ktorom sú fermióny štandardného modelu interpretované ako tri stuhy časopriestoru spletené do vrkoča a elektrický náboj (presnejšie tretí z toho) zodpovedá stuhe skrútenej o 180°. Napriek elegancii takýchto modelov však v tomto smere ešte neboli dosiahnuté konkrétne všeobecne akceptované výsledky.

Rovnako ako koncept gravitačnej hmotnosti telesa v newtonovskej mechanike, koncept náboja v elektrodynamike je primárny, základný koncept.

Nabíjačka je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje vlastnosť častíc alebo telies vstúpiť do elektromagnetických silových interakcií.

Elektrický náboj sa zvyčajne označuje písmenami q alebo Q.

Súhrn všetkých známych experimentálnych faktov nám umožňuje vyvodiť tieto závery:

Existujú dva druhy elektrických nábojov, bežne nazývané kladné a záporné.

Náboje je možné prenášať (napríklad priamym kontaktom) z jedného tela na druhé. Na rozdiel od telesnej hmotnosti, elektrický náboj nie je inherentnou charakteristikou daného telesa. To isté teleso v rôznych podmienkach môže mať rôzny náboj.

Ako náboje odpudzujú, na rozdiel od nábojov priťahujú. To tiež ukazuje zásadný rozdiel medzi elektromagnetickými silami a gravitačnými silami. Gravitačné sily sú vždy sily príťažlivosti.

Jeden zo základných prírodných zákonov je experimentálne stanovený zákon zachovania elektrického náboja .

V izolovanom systéme zostáva algebraický súčet nábojov všetkých telies konštantný:

Zákon zachovania elektrického náboja hovorí, že v uzavretom systéme telies nemožno pozorovať procesy zrodu alebo zániku nábojov iba jedného znamenia.

Z moderného pohľadu sú nosiče náboja elementárne častice. Všetky bežné telesá sú zložené z atómov, medzi ktoré patria kladne nabité protóny, záporne nabité elektróny a neutrálne častice – neutróny. Protóny a neutróny sú súčasťou atómových jadier, elektróny tvoria elektrónový obal atómov. Elektrické náboje protónového a elektrónového modulu sú úplne rovnaké a rovnajú sa elementárnemu náboju e.

V neutrálnom atóme sa počet protónov v jadre rovná počtu elektrónov v obale. Toto číslo sa volá atómové číslo . Atóm danej látky môže stratiť jeden alebo viac elektrónov alebo získať elektrón navyše. V týchto prípadoch sa neutrálny atóm zmení na kladne alebo záporne nabitý ión.

Náboj sa môže prenášať z jedného telesa na druhé len po častiach obsahujúcich celé číslo elementárnych nábojov. Elektrický náboj tela je teda diskrétna veličina:

Fyzikálne veličiny, ktoré môžu nadobudnúť iba diskrétny rad hodnôt, sa nazývajú kvantované . elementárny náboj e je kvantum (najmenšia časť) elektrického náboja. Treba si uvedomiť, že v modernej fyzike elementárnych častíc sa predpokladá existencia takzvaných kvarkov – častíc s frakčným nábojom a Kvarky vo voľnom stave však zatiaľ neboli pozorované.

V konvenčných laboratórnych experimentoch sa elektrické náboje zisťujú a merajú pomocou elektromer ( alebo elektroskop) - zariadenie pozostávajúce z kovovej tyče a šípky, ktorá sa môže otáčať okolo vodorovnej osi (obr. 1.1.1). Hrot šípu je izolovaný od kovového puzdra. Keď sa nabité teleso dostane do kontaktu s tyčou elektromera, elektrické náboje rovnakého znamienka sa rozložia pozdĺž tyče a šípky. Sily elektrického odpudzovania spôsobujú, že sa šípka otáča pod určitým uhlom, podľa ktorého je možné posúdiť náboj prenášaný na tyč elektromera.

Elektrometer je dosť hrubý prístroj; neumožňuje skúmať sily vzájomného pôsobenia nábojov. Prvýkrát zákon interakcie pevných nábojov objavil francúzsky fyzik Charles Coulomb v roku 1785. Vo svojich experimentoch Coulomb meral sily príťažlivosti a odpudzovania nabitých guľôčok pomocou zariadenia, ktoré navrhol - torznej váhy (obr. 1.1.2), ktorý sa vyznačoval mimoriadne vysokou citlivosťou. Napríklad kladina bola otočená o 1 ° pôsobením sily rádovo 10-9 N.

Myšlienka meraní bola založená na Coulombovom brilantnom odhade, že ak sa nabitá guľa dostane do kontaktu s presne tou istou nenabitou, potom sa náboj prvej rozdelí medzi ne rovnomerne. Bola teda indikovaná metóda na zmenu náboja lopty dvakrát, trikrát atď. Coulombove experimenty merali interakciu medzi loptičkami, ktorých rozmery sú oveľa menšie ako vzdialenosť medzi nimi. Takto nabité telesá sa nazývajú bodové poplatky.

bodový poplatok nazývané nabité teleso, ktorého rozmery možno v podmienkach tohto problému zanedbať.

Na základe mnohých experimentov Coulomb stanovil nasledujúci zákon:

Sily interakcie pevných nábojov sú priamo úmerné súčinu nábojových modulov a nepriamo úmerné druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi:

Interakčné sily sa riadia tretím Newtonovým zákonom:

Sú to odpudivé sily s rovnakými znamienkami nábojov a príťažlivé sily s rôznymi znamienkami (obr. 1.1.3). Interakcia pevných elektrických nábojov je tzv elektrostatické alebo Coulomb interakcia. Sekcia elektrodynamiky, ktorá študuje Coulombovu interakciu, sa nazýva elektrostatika .

Pre bodovo nabité telesá platí Coulombov zákon. V praxi je Coulombov zákon dobre splnený, ak sú rozmery nabitých telies oveľa menšie ako vzdialenosť medzi nimi.

Faktor proporcionality k v Coulombovom zákone závisí od výberu sústavy jednotiek. V medzinárodnom systéme SI je jednotkou náboja prívesok(CL).

Prívesok - je to náboj, ktorý prejde za 1 s prierezom vodiča pri sile prúdu 1 A. Jednotkou sily prúdu (Ampér) v SI je spolu s jednotkami dĺžky, času a hmotnosti základná merná jednotka.

Koeficient k v sústave SI sa zvyčajne píše ako:

Kde - elektrická konštanta .

V sústave SI elementárny náboj e rovná sa:

Skúsenosti ukazujú, že Coulombove interakčné sily sa riadia princípom superpozície:

Ak nabité teleso interaguje súčasne s viacerými nabitými telesami, potom výsledná sila pôsobiaca na toto teleso sa rovná vektorovému súčtu síl pôsobiacich na toto teleso od všetkých ostatných nabitých telies.

Ryža. 1.1.4 vysvetľuje princíp superpozície na príklade elektrostatickej interakcie troch nabitých telies.

Princíp superpozície je základným prírodným zákonom. Jeho použitie si však vyžaduje určitú opatrnosť, pokiaľ ide o interakciu nabitých telies konečnej veľkosti (napríklad dvoch vodivých nabitých guľôčok 1 a 2). Ak sa tretia nabitá guľa zdvihne do systému dvoch nabitých loptičiek, potom sa interakcia medzi 1 a 2 zmení v dôsledku prerozdelenie poplatkov.

Princíp superpozície hovorí, že keď dané (pevné) rozdelenie poplatkov na všetkých telesách, sily elektrostatickej interakcie medzi akýmikoľvek dvoma telesami nezávisia od prítomnosti iných nabitých telies.

Elektrón je elementárna častica, ktorá je jednou z hlavných jednotiek v štruktúre hmoty. Náboj elektrónu je záporný. Najpresnejšie merania vykonali začiatkom dvadsiateho storočia Millikan a Ioffe.

Elektrónový náboj sa rovná mínus 1,602176487 (40) * 10 -1 9 C.

Prostredníctvom tejto hodnoty sa meria elektrický náboj ostatných najmenších častíc.

Všeobecná koncepcia elektrónu

V časticovej fyzike sa hovorí, že elektrón je nedeliteľný a nemá žiadnu štruktúru. Podieľa sa na elektromagnetických a gravitačných procesoch, patrí do skupiny leptónov, rovnako ako jeho antičastica pozitrón. Spomedzi ostatných leptónov má najnižšiu hmotnosť. Ak sa elektróny a pozitróny zrazia, vedie to k ich zničeniu. Takýto pár môže vzniknúť z gama-kvanta častíc.

Pred meraním neutrína to bol elektrón, ktorý bol považovaný za najľahšiu časticu. V kvantovej mechanike sa označuje ako fermióny. Elektrón má tiež magnetický moment. Ak sa o ňom hovorí aj o pozitróne, potom sa pozitrón oddelí ako kladne nabitá častica a elektrón sa nazýva negatrón ako častica so záporným nábojom.

Jednotlivé vlastnosti elektrónov

Elektróny patria do prvej generácie leptónov s vlastnosťami častíc a vĺn. Každý z nich je vybavený kvantovým stavom, ktorý je určený meraním energie, orientácie rotácie a ďalších parametrov. Svoju príslušnosť k fermiónom prezrádza cez nemožnosť mať dva elektróny v rovnakom kvantovom stave súčasne (podľa Pauliho princípu).

Študuje sa rovnakým spôsobom ako kvázičastica v periodickom kryštálovom potenciáli, v ktorom sa efektívna hmotnosť môže výrazne líšiť od hmotnosti v pokoji.

Pohybom elektrónov dochádza k elektrickému prúdu, magnetizmu a termo EMF. Pohyb elektrónu vytvára magnetické pole. Vonkajšie magnetické pole však časticu vychyľuje z priameho smeru. Pri zrýchlení získava elektrón schopnosť absorbovať alebo emitovať energiu ako fotón. Jeho súbor tvoria elektrónové atómové obaly, ktorých počet a poloha určujú chemické vlastnosti.

Atómová hmotnosť pozostáva hlavne z jadrových protónov a neutrónov, zatiaľ čo hmotnosť elektrónov je asi 0,06 % z celkovej atómovej hmotnosti. Coulombova elektrická sila je jednou z hlavných síl, ktoré dokážu udržať elektrón blízko jadra. Keď sa však z atómov vytvoria molekuly a vzniknú chemické väzby, elektróny sa prerozdelia v novom vytvorenom priestore.

Nukleóny a hadróny sa podieľajú na vzhľade elektrónov. Izotopy s rádioaktívnymi vlastnosťami sú schopné emitovať elektróny. V laboratórnych podmienkach možno tieto častice študovať v špeciálnych prístrojoch a napríklad teleskopy z nich dokážu detekovať žiarenie v oblakoch plazmy.

Otvorenie

Elektrón objavili nemeckí fyzici v devätnástom storočí, keď študovali katódové vlastnosti lúčov. Potom ju začali podrobnejšie študovať ďalší vedci, čím sa dostala do kategórie samostatnej častice. Študovalo sa žiarenie a ďalšie súvisiace fyzikálne javy.

Skupina vedená Thomsonom napríklad odhadla náboj elektrónu a hmotnosť katódových lúčov, ktorých pomery, ako zistili, nezávisia od materiálneho zdroja.
A Becquerel zistil, že minerály samy vyžarujú žiarenie a ich beta lúče môžu byť vychýlené pôsobením elektrického poľa, pričom hmotnosť a náboj si zachovali rovnaký pomer ako katódové lúče.

Atómová teória

Podľa tejto teórie sa atóm skladá z jadra a elektrónov okolo neho, usporiadaných do tvaru oblaku. Sú v niektorých kvantovaných stavoch energie, ktorých zmena je sprevádzaná procesom absorpcie alebo emisie fotónov.

Kvantová mechanika

Začiatkom dvadsiateho storočia bola sformulovaná hypotéza, podľa ktorej hmotné častice majú vlastnosti ako vlastných častíc, tak aj vĺn. Svetlo sa tiež môže prejaviť vo forme vlny (nazýva sa to de Broglieho vlna) a častíc (fotónov).

V dôsledku toho bola sformulovaná slávna Schrödingerova rovnica, ktorá popisovala šírenie elektrónových vĺn. Tento prístup sa nazýva kvantová mechanika. Bol použitý na výpočet elektrónových stavov energie v atóme vodíka.

Základné a kvantové vlastnosti elektrónu

Častica vykazuje základné a kvantové vlastnosti.

Medzi základné patrí hmotnosť (9,109 * 10 -31 kilogramov), elementárny elektrický náboj (teda minimálna časť náboja). Podľa doteraz uskutočnených meraní sa v elektróne nenachádzajú žiadne prvky, ktoré by mohli odhaliť jeho podštruktúru. Niektorí vedci sú však toho názoru, že ide o bodovo nabitú časticu. Ako je uvedené na začiatku článku, elektronický elektrický náboj je -1,602 * 10 -19 C.

Keďže je elektrón časticou, môže byť súčasne vlnou. Experiment s dvoma štrbinami potvrdzuje možnosť jeho súčasného prechodu oboma z nich. To je v rozpore s vlastnosťami častice, kde je možné prejsť zakaždým len jednou štrbinou.

Predpokladá sa, že elektróny majú rovnaké fyzikálne vlastnosti. Preto ich permutácia z pohľadu kvantovej mechaniky nevedie k zmene stavu systému. Vlnová funkcia elektrónov je antisymetrická. Preto jeho riešenia zanikajú, keď identické elektróny vstúpia do rovnakého kvantového stavu (Pauliho princíp).

Nabíjačka- fyzikálna veličina charakterizujúca schopnosť telies vstupovať do elektromagnetických interakcií. Merané v Coulombe.

elementárny elektrický náboj- minimálny náboj, ktorý majú elementárne častice (náboj protónu a elektrónu).

Telo má náboj, znamená, že má navyše alebo chýbajúce elektróny. Tento náboj je označený q=nie. (rovná sa počtu elementárnych nábojov).

elektrizovať telo- vytvárať nadbytok a nedostatok elektrónov. Spôsoby: elektrifikácia trením a elektrifikácia kontaktom.

presne určiť úsvit e - náboj telesa, ktorý možno brať ako hmotný bod.

skúšobný poplatok() - bod, malý náboj, nevyhnutne kladný - sa používa na štúdium elektrického poľa.

Zákon zachovania náboja:v izolovanom systéme zostáva algebraický súčet nábojov všetkých telies konštantný pre akékoľvek vzájomné pôsobenie týchto telies.

Coulombov zákon:interakčné sily dvoch bodových nábojov sú úmerné súčinu týchto nábojov, nepriamo úmerné druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi, závisia od vlastností prostredia a smerujú pozdĺž priamky spájajúcej ich stredy.

, kde
F / m, C2 / nm2 - dielektrikum. rýchlo. vákuum

- súvisí. dielektrická konštanta (>1)

- absolútna dielektrická priepustnosť. prostredia

Elektrické pole- hmotné médium, prostredníctvom ktorého dochádza k interakcii elektrických nábojov.

Vlastnosti elektrického poľa:

Charakteristiky elektrického poľa:

napätie(E) je vektorová veličina rovnajúca sa sile pôsobiacej na jednotkový skúšobný náboj umiestnený v danom bode.

Merané v N/C.

Smer je rovnaký ako pre aktívnu silu.

napätie nezávisí ani na sile, ani na veľkosti súdneho obvinenia.

Superpozícia elektrických polí: sila poľa vytvoreného niekoľkými nábojmi sa rovná vektorovému súčtu intenzity poľa každého náboja:

Graficky Elektronické pole je znázornené pomocou čiar napätia.

napínacia čiara- priamka, ktorej dotyčnica sa v každom bode zhoduje so smerom vektora napätia.

Vlastnosti stresovej línie: nepretínajú sa, cez každý bod možno viesť len jednu čiaru; nie sú uzavreté, zanechávajú kladný náboj a vstupujú do záporného, ​​alebo sa rozptyľujú do nekonečna.

Typy polí:

Rovnomerné elektrické pole- pole, ktorého vektor intenzity je v každom bode rovnaký v absolútnej hodnote a smere.

Nerovnomerné elektrické pole- pole, ktorého vektor intenzity v každom bode nie je rovnaký v absolútnej hodnote a smere.

Konštantné elektrické pole– vektor napätia sa nemení.

Nekonštantné elektrické pole- mení sa vektor napätia.

Práca elektrického poľa na pohyb náboja.

, kde F je sila, S je posunutie, - uhol medzi F a S.

Pre rovnomerné pole: sila je konštantná.

Práca nezávisí od tvaru trajektórie; práca vykonaná na pohyb po uzavretej dráhe je nulová.

Pre nehomogénne pole:

Potenciál elektrického poľa- pomer práce, ktorú pole vykoná pohybom skúšobného elektrického náboja do nekonečna, k veľkosti tohto náboja.

-potenciál je energetická charakteristika poľa. Merané vo voltoch

Potenciálny rozdiel:

Ak
, potom

, znamená

-potenciálny gradient.

Pre homogénne pole: potenciálny rozdiel - Napätie:

. Meria sa vo voltoch, prístroje - voltmetre.

Elektrická kapacita- schopnosť telies akumulovať elektrický náboj; pomer náboja k potenciálu, ktorý je pre daný vodič vždy konštantný.

.

Nezávisí od nabitia a nezávisí od potenciálu. Ale to závisí od veľkosti a tvaru vodiča; o dielektrických vlastnostiach média.

, kde r je veľkosť,
- priepustnosť média okolo tela.

Elektrická kapacita sa zvyšuje, ak sú v blízkosti nejaké telesá - vodiče alebo dielektrika.

Kondenzátor- zariadenie na akumuláciu náboja. Elektrická kapacita:

Plochý kondenzátor- dve kovové platne s dielektrikom medzi nimi. Kapacita plochého kondenzátora:

, kde S je plocha dosiek, d je vzdialenosť medzi doskami.

Energia nabitého kondenzátora sa rovná práci, ktorú vykoná elektrické pole pri prenose náboja z jednej dosky na druhú.

Prevod malého poplatku
, napätie sa zmení na
, bude sa pracovať
. Pretože
a C \u003d const,
. Potom
. Integrujeme:

Energia elektrického poľa:
, kde V=Sl je objem, ktorý zaberá elektrické pole

Pre nehomogénne pole:
.

Objemová hustota elektrického poľa:
. Merané v J/m3.

elektrický dipól- systém pozostávajúci z dvoch rovnakých, ale v znamienku opačných bodových elektrických nábojov umiestnených v určitej vzdialenosti od seba (dipólové rameno -l).

Hlavnou charakteristikou dipólu je dipólového momentu je vektor rovný súčinu náboja a ramena dipólu, nasmerovaný zo záporného náboja na kladný. Označené
. Merané v coulomb metroch.

Dipól v rovnomernom elektrickom poli.

Sily pôsobiace na každý z nábojov dipólu sú:
a
. Tieto sily smerujú opačne a vytvárajú moment dvojice síl - moment:, kde

M - moment F - sily pôsobiace na dipól

d– rameno rameno l– rameno dipólu

p– dipólový moment E– intenzita

- uhol medzi p Eq - náboj

Pôsobením krútiaceho momentu sa dipól otočí a usadí sa v smere čiar napätia. Vektory pi a E budú paralelné a jednosmerné.

Dipól v nehomogénnom elektrickom poli.

Existuje krútiaci moment, takže dipól sa bude otáčať. Ale sily budú nerovnaké a dipól sa presunie tam, kde je sila väčšia.

-gradient sily. Čím vyšší je gradient napätia, tým väčšia je bočná sila, ktorá odtiahne dipól. Dipól je orientovaný pozdĺž siločiar.

Vlastné pole Dipólu.

Ale . potom:

.

Nech je dipól v bode O a jeho rameno je malé. potom:

.

Vzorec bol získaný s prihliadnutím na:

Potenciálny rozdiel teda závisí od sínusu polovičného uhla, pod ktorým sú dipólové body viditeľné, a od priemetu dipólového momentu na priamku spájajúcu tieto body.

Dielektrika v elektrickom poli.

Dielektrikum Látka, ktorá nemá žiadne voľné náboje, a preto nevedie elektrický prúd. V skutočnosti však vodivosť existuje, ale je zanedbateľná.

Dielektrické triedy:

s polárnymi molekulami (voda, nitrobenzén): molekuly nie sú symetrické, ťažiská kladných a záporných nábojov sa nezhodujú, čo znamená, že majú dipólový moment aj v prípade, že neexistuje elektrické pole.

s nepolárnymi molekulami (vodík, kyslík): molekuly sú symetrické, ťažiská kladných a záporných nábojov sa zhodujú, čo znamená, že pri absencii elektrického poľa nemajú dipólový moment.

kryštalický (chlorid sodný): kombinácia dvoch podmriežok, z ktorých jedna je nabitá kladne a druhá záporne; pri absencii elektrického poľa je celkový dipólový moment nulový.

Polarizácia- proces priestorovej separácie nábojov, objavenie sa viazaných nábojov na povrchu dielektrika, čo vedie k oslabeniu poľa vo vnútri dielektrika.

Spôsoby polarizácie:

1 cesta - elektrochemická polarizácia:

Na elektródach - pohyb katiónov a aniónov smerom k nim, neutralizácia látok; vytvárajú sa oblasti kladných a záporných nábojov. Prúd postupne klesá. Rýchlosť zavedenia neutralizačného mechanizmu je charakterizovaná relaxačným časom - to je čas, počas ktorého sa polarizačné EMF zvýši z 0 na maximum od okamihu, keď sa pole aplikuje. = 10-3-10-2 s.

Metóda 2 - orientačná polarizácia:

Na povrchu dielektrika vznikajú nekompenzované polárne, t.j. dochádza k polarizácii. Napätie vo vnútri dielektrika je menšie ako vonkajšie napätie. Čas relaxácie: = 10-13-10-7 s. Frekvencia 10 MHz.

3-cestná - elektronická polarizácia:

Charakteristické pre nepolárne molekuly, ktoré sa stávajú dipólmi. Čas relaxácie: = 10-16-10-14 s. Frekvencia 10 8 MHz.

4-cestná - iónová polarizácia:

Dve mriežky (Na a Cl) sú voči sebe posunuté.

Čas relaxácie:

Metóda 5 - mikroštrukturálna polarizácia:

Pre biologické štruktúry je typické striedanie nabitých a nenabitých vrstiev. Dochádza k redistribúcii iónov na polopriepustných alebo iónovo nepriepustných priečkach.

Čas relaxácie: \u003d 10 -8 -10 -3 s. Frekvencia 1 kHz

Číselné charakteristiky stupňa polarizácie:

Elektrina je usporiadaný pohyb voľných nábojov v hmote alebo vo vákuu.

Podmienky existencie elektrického prúdu:

prítomnosť bezplatných poplatkov

prítomnosť elektrického poľa, t.j. sily pôsobiace na tieto náboje

Súčasná sila- hodnota rovnajúca sa náboju, ktorý prejde akýmkoľvek prierezom vodiča za jednotku času (1 sekunda)

Merané v ampéroch.

n je koncentrácia nábojov

q je výška poplatku

S - prierezová plocha vodiča

- rýchlosť usmerneného pohybu častíc.

Rýchlosť pohybu nabitých častíc v elektrickom poli je malá - 7 * 10 -5 m / s, rýchlosť šírenia elektrického poľa je 3 * 10 8 m / s.

súčasná hustota- množstvo náboja, ktoré prejde za 1 sekundu úsekom 1 m2.

. Merané v A/m2.

- sila pôsobiaca na ión zo strany elektrického poľa sa rovná sile trenia

- pohyblivosť iónov

- rýchlosť usmerneného pohybu iónov = pohyblivosť, sila poľa

Špecifická vodivosť elektrolytu je tým väčšia, čím väčšia je koncentrácia iónov, ich náboj a pohyblivosť. So stúpajúcou teplotou sa zvyšuje pohyblivosť iónov a zvyšuje sa elektrická vodivosť.