Anumang electric charge na naobserbahan sa isang eksperimento ay palaging isang multiple ng isang elementary charge.- ang gayong palagay ay ginawa ni B. Franklin noong 1752 at pagkatapos ay paulit-ulit na sinubukang eksperimento. Ang elementary charge ay unang sinukat ng Millikan noong 1910.

Ang katotohanan na ang electric charge ay nangyayari sa kalikasan lamang sa anyo ng isang integer na numero ng elementarya na singil ay matatawag quantization ng electric charge. Kasabay nito, sa klasikal na electrodynamics, ang tanong ng mga sanhi ng quantization ng singil ay hindi tinalakay, dahil ang singil ay isang panlabas na parameter, at hindi isang dynamic na variable. Ang isang kasiya-siyang paliwanag para sa kung bakit ang singil ay dapat i-quantize ay hindi pa natagpuan, ngunit ang isang bilang ng mga kagiliw-giliw na obserbasyon ay nakuha na.

Fractional electric charge

Ang mga paulit-ulit na paghahanap para sa mahabang buhay na mga libreng bagay na may fractional electric charge, na isinasagawa ng iba't ibang pamamaraan sa loob ng mahabang panahon, ay hindi nagbunga ng mga resulta.

Gayunpaman, dapat tandaan na ang electric charge ng quasiparticle ay maaaring hindi rin isang multiple ng kabuuan. Sa partikular, ito ay mga quasiparticle na may fractional electric charge na responsable para sa fractional quantum Hall effect.

Pang-eksperimentong kahulugan ng elementarya na singil ng kuryente

Ang numero ni Avogadro at ang pare-pareho ni Faraday

Josephson effect at von Klitzing constant

Ang isa pang tumpak na paraan para sa pagsukat ng elementarya ay kalkulahin ito mula sa pagmamasid sa dalawang epekto ng quantum mechanics: ang Josephson effect, kung saan ang mga pagbabago sa boltahe ay nangyayari sa isang tiyak na superconducting structure, at ang quantum Hall effect, ang epekto ng quantization ng Hall. paglaban o conductivity ng isang two-dimensional na electron gas sa malakas na magnetic field at sa mababang temperatura . Josephson pare-pareho

saan h- Ang pare-pareho ng Planck, maaaring direktang masukat gamit ang Josephson effect.

maaaring direktang masukat gamit ang quantum Hall effect.

Mula sa dalawang constant na ito, ang magnitude ng elementary charge ay maaaring kalkulahin:

Tingnan din

Mga Tala

1. bayad sa elementarya(Ingles) . Ang Sanggunian ng NIST sa Mga Constant, Unit, at Kawalang-katiyakan. . Hinango noong Mayo 20, 2016.
2. Ang halaga sa mga yunit ng CGSE ay ibinibigay bilang resulta ng pag-convert ng halaga ng CODATA sa mga coulomb, na isinasaalang-alang ang katotohanan na ang coulomb ay eksaktong katumbas ng 2,997,924,580 CGSE electric charge units (franklins o statcoulombs).
3. Tomilin K. A. Mga pangunahing pisikal na pare-pareho sa makasaysayang at metodolohikal na aspeto. - M. : Fizmatlit, 2006. - S. 96-105. - 368 p. - 400 na kopya. - ISBN 5-9221-0728-3.
4. Isang topological na modelo ng mga composite preon (hindi available na link) es.arXiv.org
5. V.M. Abazov et al.(DØ Collaboration) (2007). “Pang-eksperimentong diskriminasyon sa pagitan ng singil 2 e/3 top quark at charge 4 e/3 exotic quark production scenario”. Mga Liham ng Pagsusuri sa Pisikal. 98 (4): 041801.

Ang elementarya na electric charge ay isang pangunahing pisikal na pare-pareho, ang pinakamababang bahagi (quantum) ng isang electric charge. Katumbas ng humigit-kumulang

e=1.602 176 565 (35) 10 −19 C

sa International System of Units (SI). Malapit na nauugnay sa fine structure constant, na naglalarawan sa electromagnetic interaction.

"Anumang electric charge na naobserbahan sa isang eksperimento ay palaging isang multiple ng elementary charge"- ang gayong palagay ay ginawa ni B. Franklin noong 1752 at pagkatapos ay paulit-ulit na sinubukang eksperimento. Ang elementary charge ay unang sinukat ng Millikan noong 1910.

Ang katotohanan na ang electric charge ay nangyayari sa kalikasan lamang sa anyo ng isang integer na bilang ng mga elementary charge ay maaaring tawaging quantization ng electric charge. Kasabay nito, sa klasikal na electrodynamics, ang tanong ng mga sanhi ng quantization ng singil ay hindi tinalakay, dahil ang singil ay isang panlabas na parameter, at hindi isang dynamic na variable. Ang isang kasiya-siyang paliwanag para sa kung bakit ang singil ay dapat i-quantize ay hindi pa natagpuan, ngunit ang isang bilang ng mga kagiliw-giliw na obserbasyon ay nakuha na.

• · Kung ang isang magnetic monopole ay umiiral sa kalikasan, kung gayon, ayon sa quantum mechanics, ang magnetic charge nito ay dapat nasa isang tiyak na ratio na may singil ng anumang napiling elementary particle. Awtomatiko itong sumusunod mula dito na ang pagkakaroon lamang ng isang magnetic monopole ay nangangailangan ng quantization ng singil. Gayunpaman, hindi posible na makita ang isang magnetic monopole sa kalikasan.
• · Sa modernong elementarya na pisika ng particle, ang iba pang mga modelo ay binuo kung saan ang lahat ng kilalang pangunahing mga particle ay magiging simpleng kumbinasyon ng bago, kahit na mas pangunahing mga particle. Sa kasong ito, ang quantization ng singil ng naobserbahang mga particle ay hindi mukhang nakakagulat, dahil ito ay lumitaw "sa pamamagitan ng konstruksiyon".

Posible rin na ang lahat ng mga parameter ng naobserbahang mga particle ay ilalarawan sa loob ng balangkas ng isang pinag-isang teorya ng larangan, mga diskarte kung saan kasalukuyang binuo. Sa ganitong mga teorya, ang magnitude ng electric charge ng mga particle ay dapat kalkulahin mula sa napakaliit na bilang ng mga pangunahing parameter, na posibleng nauugnay sa istraktura ng space-time sa napakaliit na distansya. Kung ang naturang teorya ay itinayo, kung gayon ang naobserbahan natin bilang isang elementarya na singil ng kuryente ay magiging ilang discrete space-time invariant. Ang ganitong diskarte ay binuo, halimbawa, sa modelo ng S. Bilson-Thompson, kung saan ang mga fermion ng karaniwang modelo ay binibigyang kahulugan bilang tatlong laso ng space-time na tinirintas sa isang tirintas, at ang electric charge (mas tiyak, isang pangatlo. nito) ay tumutugma sa isang laso na pinaikot ng 180°. Gayunpaman, sa kabila ng kagandahan ng naturang mga modelo, ang tiyak na pangkalahatang tinatanggap na mga resulta sa direksyong ito ay hindi pa nakuha.

Tulad ng konsepto ng gravitational mass ng isang katawan sa Newtonian mechanics, ang konsepto ng charge sa electrodynamics ay ang pangunahing, pangunahing konsepto.

Pagsingil ng kuryente ay isang pisikal na dami na nagpapakilala sa ari-arian ng mga particle o katawan na pumasok sa mga interaksyon ng electromagnetic force.

Ang singil ng kuryente ay karaniwang tinutukoy ng mga titik q o Q.

Ang kabuuan ng lahat ng kilalang pang-eksperimentong katotohanan ay nagpapahintulot sa amin na gumuhit ng mga sumusunod na konklusyon:

Mayroong dalawang uri ng mga singil sa kuryente, karaniwang tinatawag na positibo at negatibo.

Maaaring ilipat ang mga singil (halimbawa, sa pamamagitan ng direktang pakikipag-ugnayan) mula sa isang katawan patungo sa isa pa. Hindi tulad ng body mass, ang electric charge ay hindi isang likas na katangian ng isang partikular na katawan. Ang parehong katawan sa iba't ibang mga kondisyon ay maaaring magkaroon ng ibang singil.

Tulad ng mga singil ay nagtataboy, hindi katulad ng mga singil na umaakit. Ipinapakita rin nito ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga electromagnetic na pwersa at mga gravitational. Ang mga puwersa ng gravity ay palaging mga puwersa ng pagkahumaling.

Ang isa sa mga pangunahing batas ng kalikasan ay ang eksperimento na itinatag batas ng konserbasyon ng singil sa kuryente .

Sa isang nakahiwalay na sistema, ang algebraic na kabuuan ng mga singil ng lahat ng katawan ay nananatiling pare-pareho:

Ang batas ng pag-iingat ng singil sa kuryente ay nagsasaad na sa isang saradong sistema ng mga katawan ay hindi maaaring sundin ang mga proseso ng kapanganakan o pagkawala ng mga singil ng isang tanda lamang.

Mula sa modernong punto ng view, ang mga carrier ng singil ay elementarya na mga particle. Ang lahat ng mga ordinaryong katawan ay binubuo ng mga atomo, na kinabibilangan ng mga positibong sisingilin na mga proton, mga negatibong sisingilin na mga electron at mga neutral na particle - mga neutron. Ang mga proton at neutron ay bahagi ng atomic nuclei, ang mga electron ay bumubuo ng electron shell ng mga atomo. Ang mga electric charge ng proton at electron modulo ay eksaktong pareho at katumbas ng elementary charge e.

Sa isang neutral na atom, ang bilang ng mga proton sa nucleus ay katumbas ng bilang ng mga electron sa shell. Ang numerong ito ay tinatawag atomic number . Ang isang atom ng isang partikular na sangkap ay maaaring mawalan ng isa o higit pang mga electron o makakuha ng karagdagang elektron. Sa mga kasong ito, ang neutral na atom ay nagiging isang positibo o negatibong sisingilin na ion.

Ang isang singil ay maaaring ilipat mula sa isang katawan patungo sa isa pa lamang sa mga bahaging naglalaman ng isang integer na bilang ng mga elementarya na singil. Kaya, ang electric charge ng katawan ay isang discrete na dami:

Ang mga pisikal na dami na maaari lamang tumagal sa isang discrete na serye ng mga halaga ay tinatawag quantized . bayad sa elementarya e ay isang quantum (pinakamaliit na bahagi) ng electric charge. Dapat pansinin na sa modernong elementarya na pisika ng particle, ang pagkakaroon ng tinatawag na quark ay ipinapalagay - mga particle na may fractional charge at Gayunpaman, ang mga quark sa libreng estado ay hindi pa naobserbahan.

Sa maginoo na mga eksperimento sa laboratoryo, ang mga singil sa kuryente ay nakita at sinusukat gamit electrometer ( o electroscope) - isang aparato na binubuo ng isang metal rod at isang arrow na maaaring paikutin sa isang pahalang na axis (Larawan 1.1.1). Ang arrowhead ay insulated mula sa metal case. Kapag ang isang naka-charge na katawan ay nakipag-ugnayan sa baras ng isang electrometer, ang mga singil sa kuryente ng parehong tanda ay ipinamamahagi kasama ang baras at ang arrow. Ang mga puwersa ng electrical repulsion ay nagiging sanhi ng pag-ikot ng arrow sa isang tiyak na anggulo, kung saan maaaring hatulan ng isa ang singil na inilipat sa baras ng electrometer.

Ang electrometer ay isang medyo magaspang na instrumento; hindi nito pinapayagan ang isa na siyasatin ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga singil. Sa unang pagkakataon, ang batas ng pakikipag-ugnayan ng mga nakapirming singil ay natuklasan ng Pranses na pisisista na si Charles Coulomb noong 1785. Sa kanyang mga eksperimento, sinukat ni Coulomb ang mga puwersa ng pagkahumaling at pagtanggi ng mga naka-charge na bola gamit ang isang aparato na kanyang dinisenyo - isang balanse ng pamamaluktot (Fig. 1.1.2), na nakikilala sa pamamagitan ng napakataas na sensitivity. Kaya, halimbawa, ang balance beam ay pinaikot ng 1 ° sa ilalim ng pagkilos ng isang puwersa ng pagkakasunud-sunod ng 10 -9 N.

Ang ideya ng mga sukat ay batay sa napakatalino na hula ni Coulomb na kung ang isang sisingilin na bola ay dinala sa eksaktong kaparehong hindi sinisingil, kung gayon ang singil ng una ay hahatiin nang pantay sa pagitan nila. Kaya, ang isang paraan ay ipinahiwatig upang baguhin ang singil ng bola ng dalawa, tatlo, atbp. Sinukat ng mga eksperimento ni Coulomb ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga bola na ang mga sukat ay mas maliit kaysa sa distansya sa pagitan ng mga ito. Ang ganitong mga sisingilin na katawan ay tinatawag mga singil sa punto.

singil sa punto tinatawag na sisingilin na katawan, ang mga sukat nito ay maaaring pabayaan sa ilalim ng mga kondisyon ng problemang ito.

Batay sa maraming eksperimento, itinatag ni Coulomb ang sumusunod na batas:

Ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga nakapirming singil ay direktang proporsyonal sa produkto ng mga module ng singil at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila:

Ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ay sumusunod sa ikatlong batas ni Newton:

Ang mga ito ay mga puwersang salungat na may parehong mga palatandaan ng mga singil at mga kaakit-akit na puwersa na may magkakaibang mga palatandaan (Larawan 1.1.3). Ang pakikipag-ugnayan ng mga nakapirming singil sa kuryente ay tinatawag electrostatic o Coulomb pakikipag-ugnayan. Tinatawag ang seksyon ng electrodynamics na nag-aaral sa pakikipag-ugnayan ng Coulomb electrostatics .

Ang batas ng Coulomb ay may bisa para sa mga katawan na sinisingil ng punto. Sa pagsasagawa, ang batas ng Coulomb ay lubos na nasiyahan kung ang mga sukat ng mga sinisingil na katawan ay mas maliit kaysa sa distansya sa pagitan ng mga ito.

Salik ng proporsyonalidad k sa batas ng Coulomb ay nakasalalay sa pagpili ng sistema ng mga yunit. Sa International SI system, ang yunit ng singil ay palawit(CL).

Palawit - ito ang singil na dumadaan sa 1 s sa cross section ng konduktor sa kasalukuyang lakas na 1 A. Ang yunit ng kasalukuyang lakas (Ampere) sa SI ay, kasama ang mga yunit ng haba, oras at masa pangunahing yunit ng sukat.

Coefficient k sa sistema ng SI ay karaniwang nakasulat bilang:

saan - de-koryenteng pare-pareho .

Sa sistema ng SI, ang elementary charge e katumbas ng:

Ipinapakita ng karanasan na ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng Coulomb ay sumusunod sa prinsipyo ng superposisyon:

Kung ang isang katawan na sinisingil ay nakikipag-ugnayan nang sabay-sabay sa ilang mga katawan na sinisingil, kung gayon ang nagresultang puwersa na kumikilos sa katawan na ito ay katumbas ng kabuuan ng vector ng mga puwersang kumikilos sa katawan na ito mula sa lahat ng iba pang mga katawan na sinisingil.

kanin. Ipinapaliwanag ng 1.1.4 ang prinsipyo ng superposisyon gamit ang halimbawa ng electrostatic interaction ng tatlong naka-charge na katawan.

Ang prinsipyo ng superposisyon ay isang pangunahing batas ng kalikasan. Gayunpaman, ang paggamit nito ay nangangailangan ng ilang pag-iingat pagdating sa pakikipag-ugnayan ng mga naka-charge na katawan na may hangganan na laki (halimbawa, dalawang conductive charged na bola 1 at 2). Kung ang ikatlong naka-charge na bola ay itinaas sa isang sistema ng dalawang naka-charge na bola, magbabago ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng 1 at 2 dahil sa muling pamamahagi ng singil.

Ang prinsipyo ng superposisyon ay nagsasaad na kapag ibinigay (nakapirming) pamamahagi ng singil sa lahat ng mga katawan, ang mga puwersa ng electrostatic na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng alinmang dalawang katawan ay hindi nakasalalay sa pagkakaroon ng iba pang mga katawan na sinisingil.

Ang isang elektron ay isang elementarya na butil, na isa sa mga pangunahing yunit sa istruktura ng bagay. Ang singil ng isang elektron ay negatibo. Ang pinakatumpak na mga sukat ay ginawa noong unang bahagi ng ikadalawampu siglo nina Millikan at Ioffe.

Ang singil ng elektron ay katumbas ng minus 1.602176487 (40) * 10 -1 9 C.

Sa pamamagitan ng halagang ito, sinusukat ang electric charge ng iba pang pinakamaliit na particle.

Pangkalahatang konsepto ng elektron

Sa particle physics, sinasabing ang electron ay hindi mahahati at walang istraktura. Ito ay kasangkot sa mga proseso ng electromagnetic at gravitational, kabilang sa pangkat ng lepton, tulad ng antiparticle nito, ang positron. Sa iba pang mga lepton, ito ang may pinakamagaan na timbang. Kung ang mga electron at positron ay nagbanggaan, ito ay humahantong sa kanilang pagkalipol. Ang ganitong pares ay maaaring lumabas mula sa gamma-quantum ng mga particle.

Bago ang neutrino ay sinusukat, ito ay ang electron na itinuturing na ang lightest particle. Sa quantum mechanics, ito ay tinutukoy bilang fermion. Ang elektron ay mayroon ding magnetic moment. Kung ang isang positron ay tinutukoy din dito, kung gayon ang positron ay pinaghihiwalay bilang isang positibong sisingilin na particle, at ang elektron ay tinatawag na isang negatron, bilang isang particle na may negatibong singil.

Mga indibidwal na katangian ng mga electron

Ang mga electron ay nabibilang sa unang henerasyon ng mga lepton, na may mga katangian ng mga particle at alon. Ang bawat isa sa kanila ay pinagkalooban ng quantum state, na natutukoy sa pamamagitan ng pagsukat ng enerhiya, spin orientation, at iba pang mga parameter. Inihayag niya ang kanyang pag-aari sa mga fermion sa pamamagitan ng imposibilidad ng pagkakaroon ng dalawang electron sa parehong quantum state sa parehong oras (ayon sa prinsipyo ng Pauli).

Ito ay pinag-aaralan sa parehong paraan tulad ng isang quasiparticle sa isang pana-panahong potensyal na kristal, kung saan ang epektibong masa ay maaaring mag-iba nang malaki mula sa masa sa pahinga.

Sa pamamagitan ng paggalaw ng mga electron, nagaganap ang isang electric current, magnetism at thermo EMF. Ang singil ng isang elektron sa paggalaw ay bumubuo ng isang magnetic field. Gayunpaman, ang isang panlabas na magnetic field ay nagpapalihis sa particle mula sa isang tuwid na direksyon. Kapag pinabilis, ang elektron ay nakakakuha ng kakayahang sumipsip o naglalabas ng enerhiya bilang isang photon. Ang set nito ay binubuo ng mga electron atomic shell, ang bilang at posisyon nito ay tumutukoy sa mga katangian ng kemikal.

Ang atomic mass ay pangunahing binubuo ng nuclear protons at neutrons, habang ang mass ng mga electron ay humigit-kumulang 0.06% ng kabuuang atomic weight. Ang puwersa ng kuryente ng Coulomb ay isa sa mga pangunahing puwersa na maaaring panatilihing malapit ang isang elektron sa nucleus. Ngunit kapag ang mga molekula ay nilikha mula sa mga atomo at ang mga bono ng kemikal ay lumitaw, ang mga electron ay muling ipinamamahagi sa bagong puwang na nabuo.

Ang mga nucleon at hadron ay kasangkot sa paglitaw ng mga electron. Ang mga isotopes na may mga radioactive na katangian ay may kakayahang maglabas ng mga electron. Sa ilalim ng mga kondisyon ng laboratoryo, ang mga particle na ito ay maaaring pag-aralan sa mga espesyal na instrumento, at, halimbawa, ang mga teleskopyo ay maaaring makakita ng radiation mula sa kanila sa mga ulap ng plasma.

Pagbubukas

Ang electron ay natuklasan ng mga German physicist noong ikalabinsiyam na siglo, nang pag-aralan nila ang cathodic properties ng ray. Pagkatapos ang iba pang mga siyentipiko ay nagsimulang pag-aralan ito nang mas detalyado, na dinadala ito sa ranggo ng isang hiwalay na butil. Ang radyasyon at iba pang kaugnay na pisikal na phenomena ay pinag-aralan.

Halimbawa, ang isang grupo na pinamumunuan ni Thomson ay tinantya ang singil ng isang elektron at ang masa ng mga cathode ray, ang mga ratios nito, tulad ng nalaman nila, ay hindi nakasalalay sa isang materyal na mapagkukunan.
At nalaman ni Becquerel na ang mga mineral ay naglalabas ng radiation sa kanilang sarili, at ang kanilang mga beta ray ay maaaring mapalihis sa pamamagitan ng pagkilos ng isang electric field, habang ang masa at singil ay napanatili ang parehong ratio ng mga cathode ray.

Teorya ng atom

Ayon sa teoryang ito, ang isang atom ay binubuo ng isang nucleus at mga electron sa paligid nito, na nakaayos sa anyo ng isang ulap. Ang mga ito ay nasa ilang quantized na estado ng enerhiya, ang pagbabago nito ay sinamahan ng proseso ng pagsipsip o paglabas ng mga photon.

Quantum mechanics

Sa simula ng ikadalawampu siglo, nabuo ang isang hypothesis ayon sa kung saan ang mga materyal na particle ay may mga katangian ng parehong wastong mga particle at alon. Gayundin, ang liwanag ay maaaring magpakita mismo sa anyo ng isang alon (ito ay tinatawag na de Broglie wave) at mga particle (photon).

Bilang isang resulta, ang sikat na Schrödinger equation ay nabuo, na inilarawan ang pagpapalaganap ng mga electron wave. Ang pamamaraang ito ay tinatawag na quantum mechanics. Ginamit ito upang kalkulahin ang mga elektronikong estado ng enerhiya sa hydrogen atom.

Pangunahin at dami ng mga katangian ng elektron

Ang particle ay nagpapakita ng mga pangunahing at quantum na katangian.

Ang mga pangunahing ay kinabibilangan ng masa (9.109 * 10 -31 kilo), elementarya na singil sa kuryente (iyon ay, ang pinakamababang bahagi ng singil). Ayon sa mga sukat na isinagawa sa ngayon, walang mga elemento na matatagpuan sa elektron na maaaring magbunyag ng substructure nito. Ngunit ang ilang mga siyentipiko ay may opinyon na ito ay isang point charged particle. Tulad ng ipinahiwatig sa simula ng artikulo, ang electronic electric charge ay -1.602 * 10 -19 C.

Bilang isang particle, ang isang elektron ay maaaring sabay na maging isang alon. Ang eksperimento na may dalawang slits ay nagpapatunay sa posibilidad ng sabay-sabay na pagpasa sa kanilang dalawa. Sumasalungat ito sa mga katangian ng particle, kung saan posible lamang na dumaan sa isang hiwa sa bawat oras.

Ang mga electron ay itinuturing na may parehong pisikal na katangian. Samakatuwid, ang kanilang permutation, mula sa punto ng view ng quantum mechanics, ay hindi humantong sa isang pagbabago sa estado ng system. Ang wave function ng mga electron ay antisymmetric. Samakatuwid, ang mga solusyon nito ay naglalaho kapag ang magkatulad na mga electron ay pumasok sa parehong estado ng kabuuan (prinsipyo ni Pauli).

Pagsingil ng kuryente- isang pisikal na dami na nagpapakilala sa kakayahan ng mga katawan na pumasok sa mga interaksyon ng electromagnetic. Sinusukat sa Coulomb.

elementarya na singil ng kuryente- ang pinakamababang singil na mayroon ang mga elementarya na particle (ang singil ng isang proton at isang elektron).

May singil ang katawan, nangangahulugang mayroon itong dagdag o nawawalang mga electron. Ang singil na ito ay tinutukoy q=hindi. (ito ay katumbas ng bilang ng mga elementary charges).

nagpapakuryente sa katawan- upang lumikha ng labis at kakulangan ng mga electron. Mga paraan: pagpapakuryente sa pamamagitan ng alitan at pagpapakuryente sa pamamagitan ng pagkontak.

matukoy ang bukang-liwayway e - ang singil ng katawan, na maaaring kunin bilang isang materyal na punto.

singil sa pagsubok() - isang punto, maliit na singil, kinakailangang positibo - ay ginagamit upang pag-aralan ang electric field.

Batas ng konserbasyon ng bayad:sa isang nakahiwalay na sistema, ang algebraic na kabuuan ng mga singil ng lahat ng katawan ay nananatiling pare-pareho para sa anumang pakikipag-ugnayan ng mga katawan na ito sa isa't isa.

Batas ng Coulomb:ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng dalawang singil sa punto ay proporsyonal sa produkto ng mga singil na ito, na kabaligtaran na proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan ng mga ito, ay nakasalalay sa mga katangian ng daluyan at nakadirekta sa tuwid na linya na kumukonekta sa kanilang mga sentro.

, saan
F / m, C 2 / nm 2 - dielectric. mabilis. vacuum

- nauugnay. dielectric constant (>1)

- ganap na dielectric permeability. kapaligiran

Electric field- ang materyal na daluyan kung saan nangyayari ang interaksyon ng mga singil sa kuryente.

Mga katangian ng electric field:

Mga katangian ng electric field:

tensyon(E) ay isang vector quantity na katumbas ng puwersang kumikilos sa isang unit test charge na inilagay sa isang naibigay na punto.

Sinusukat sa N/C.

Direksyon ay katulad ng para sa aktibong puwersa.

hindi nakadepende ang tensyon ni sa lakas o sa magnitude ng trial charge.

Superposisyon ng mga electric field: ang lakas ng field na nilikha ng ilang charge ay katumbas ng vector sum ng field strengths ng bawat charge:

Graphically Ang electronic field ay inilalarawan gamit ang mga linya ng pag-igting.

linya ng pag-igting- isang linya, ang padaplis na kung saan sa bawat punto ay tumutugma sa direksyon ng vector ng pag-igting.

Mga Katangian ng Stress Line: hindi sila nagsalubong, isang linya lamang ang maaaring iguhit sa bawat punto; hindi sila nakasara, nag-iiwan ng positibong singil at nagpasok ng negatibo, o nagwawala hanggang sa kawalang-hanggan.

Mga uri ng field:

Unipormeng electric field- isang field, ang intensity vector kung saan sa bawat punto ay pareho sa ganap na halaga at direksyon.

Hindi pantay na electric field- isang field, ang intensity vector kung saan sa bawat punto ay hindi pareho sa ganap na halaga at direksyon.

Patuloy na electric field– hindi nagbabago ang tension vector.

Non-constant electric field- nagbabago ang tension vector.

Ang gawain ng electric field upang ilipat ang singil.

, kung saan ang F ay puwersa, ang S ay displacement, - anggulo sa pagitan ng F at S.

Para sa isang pare-parehong larangan: ang puwersa ay pare-pareho.

Ang gawain ay hindi nakasalalay sa hugis ng tilapon; ang gawaing ginawa upang lumipat sa isang saradong landas ay zero.

Para sa isang hindi pare-parehong larangan:

Potensyal na larangan ng kuryente- ang ratio ng trabaho na ginagawa ng field, na inililipat ang trial na electric charge sa infinity, sa magnitude ng charge na ito.

-potensyal ay ang katangian ng enerhiya ng patlang. Sinusukat sa Volts

Potensyal na pagkakaiba:

Kung ang
, pagkatapos

, ibig sabihin

-potensyal na gradient.

Para sa isang homogenous na larangan: potensyal na pagkakaiba - Boltahe:

. Sinusukat ito sa Volts, device - voltmeters.

Kapasidad ng kuryente- ang kakayahan ng mga katawan na makaipon ng isang electric charge; ang ratio ng singil sa potensyal, na palaging pare-pareho para sa isang naibigay na konduktor.

.

Hindi nakadepende sa singil at hindi nakadepende sa potensyal. Ngunit ito ay depende sa laki at hugis ng konduktor; sa mga katangian ng dielectric ng daluyan.

, kung saan ang r ay ang laki,
- pagkamatagusin ng daluyan sa paligid ng katawan.

Ang kapasidad ng elektrisidad ay tumataas kung mayroong anumang mga katawan sa malapit - konduktor o dielectrics.

Kapasitor- isang aparato para sa pag-iipon ng singil. Kapasidad ng kuryente:

Flat na kapasitor- dalawang metal plate na may dielectric sa pagitan nila. Kapasidad ng isang flat capacitor:

, kung saan ang S ay ang lugar ng mga plato, ang d ay ang distansya sa pagitan ng mga plato.

Enerhiya ng isang sisingilin na kapasitor ay katumbas ng gawaing ginawa ng electric field sa paglilipat ng singil mula sa isang plato patungo sa isa pa.

Maliit na paglilipat ng singil
, magbabago ang boltahe sa
, gagawin ang trabaho
. kasi
, at C \u003d const,
. Pagkatapos
. Pinagsasama namin:

Enerhiya ng electric field:
, kung saan ang V=Sl ay ang volume na inookupahan ng electric field

Para sa isang hindi homogenous na larangan:
.

Volumetric electric field density:
. Sinusukat sa J / m 3.

electric dipole- isang sistema na binubuo ng dalawang pantay, ngunit kabaligtaran sa sign, point electric charges na matatagpuan sa ilang distansya mula sa bawat isa (dipole arm -l).

Ang pangunahing katangian ng isang dipole ay dipole moment ay isang vector na katumbas ng produkto ng singil at ang braso ng dipole, na nakadirekta mula sa isang negatibong singil patungo sa isang positibo. Tinutukoy
. Sinusukat sa coulomb meters.

Dipole sa isang pare-parehong electric field.

Ang mga puwersang kumikilos sa bawat isa sa mga singil ng dipole ay:
at
. Ang mga puwersang ito ay magkasalungat na nakadirekta at lumikha ng isang sandali ng isang pares ng mga puwersa - metalikang kuwintas:, kung saan

M - torque F - pwersang kumikilos sa dipole

d– braso ng braso l– braso ng dipole

p– dipole moment E– intensity

- anggulo sa pagitan ng p Eq - charge

Sa ilalim ng pagkilos ng isang metalikang kuwintas, ang dipole ay liliko at tumira sa direksyon ng mga linya ng pag-igting. Ang mga vectors na pi at E ay magiging parallel at unidirectional.

Dipole sa isang hindi magkakatulad na larangan ng kuryente.

Mayroong isang metalikang kuwintas, kaya ang dipole ay liliko. Ngunit ang mga puwersa ay magiging hindi pantay, at ang dipole ay lilipat sa kung saan mas malaki ang puwersa.

-gradient ng lakas. Kung mas mataas ang tension gradient, mas mataas ang lateral force na humihila sa dipole. Ang dipole ay nakatuon sa mga linya ng puwersa.

Sariling larangan ni Dipole.

Pero . Pagkatapos:

.

Hayaang ang dipole ay nasa punto O at ang braso nito ay maliit. Pagkatapos:

.

Ang formula ay nakuha na isinasaalang-alang:

Kaya, ang potensyal na pagkakaiba ay nakasalalay sa sine ng kalahating anggulo kung saan nakikita ang mga dipole point, at ang projection ng dipole moment papunta sa tuwid na linya na nagkokonekta sa mga puntong ito.

Mga dielectric sa isang electric field.

Dielectric Isang substance na walang libreng singil at samakatuwid ay hindi nagsasagawa ng kuryente. Gayunpaman, sa katunayan, ang kondaktibiti ay umiiral, ngunit ito ay bale-wala.

Mga klase ng dielectric:

na may mga polar molecule (tubig, nitrobenzene): ang mga molekula ay hindi simetriko, ang mga sentro ng masa ng positibo at negatibong mga singil ay hindi nag-tutugma, na nangangahulugang mayroon silang isang dipole moment kahit na sa kaso kapag walang electric field.

na may mga non-polar na molekula (hydrogen, oxygen): ang mga molekula ay simetriko, ang mga sentro ng masa ng positibo at negatibong mga singil ay nag-tutugma, na nangangahulugang wala silang dipole moment sa kawalan ng isang electric field.

crystalline (sodium chloride): isang kumbinasyon ng dalawang sublattice, ang isa ay positibong sisingilin at ang isa ay negatibong sisingilin; sa kawalan ng isang electric field, ang kabuuang dipole moment ay zero.

Polarisasyon- ang proseso ng spatial na paghihiwalay ng mga singil, ang hitsura ng mga nakagapos na singil sa ibabaw ng dielectric, na humahantong sa isang pagpapahina ng patlang sa loob ng dielectric.

Mga paraan ng polarisasyon:

1 paraan - electrochemical polarization:

Sa mga electrodes - ang paggalaw ng mga cation at anion patungo sa kanila, ang neutralisasyon ng mga sangkap; ang mga lugar ng positibo at negatibong singil ay nabuo. Ang kasalukuyang ay unti-unting bumababa. Ang rate ng pagtatatag ng mekanismo ng neutralisasyon ay nailalarawan sa oras ng pagpapahinga - ito ang oras kung saan ang polarization EMF ay tataas mula 0 hanggang sa maximum mula sa sandaling ilapat ang patlang. = 10 -3 -10 -2 s.

Paraan 2 - orientational polarization:

Sa ibabaw ng dielectric, ang mga uncompensated polar ay nabuo, i.e. nangyayari ang polarisasyon. Ang pag-igting sa loob ng dielectric ay mas mababa kaysa sa panlabas na pag-igting. Oras ng pagpapahinga: = 10 -13 -10 -7 s. Dalas 10 MHz.

3 paraan - electronic polarization:

Katangian ng mga non-polar molecule na nagiging dipoles. Oras ng pagpapahinga: = 10 -16 -10 -14 s. Dalas 10 8 MHz.

4 na paraan - ionic polarization:

Dalawang sala-sala (Na at Cl) ang inilipat sa isa't isa.

Oras ng pagpapahinga:

Paraan 5 - microstructural polarization:

Ito ay tipikal para sa mga biyolohikal na istruktura kapag ang mga layer na sinisingil at hindi naka-charge ay kahalili. Mayroong muling pamamahagi ng mga ion sa mga partisyon na semi-permeable o ion-impermeable.

Oras ng pagpapahinga: \u003d 10 -8 -10 -3 s. Dalas 1 kHz

Mga de-numerong katangian ng antas ng polariseysyon:

Kuryente ay ang iniutos na paggalaw ng mga libreng singil sa bagay o sa vacuum.

Mga kondisyon para sa pagkakaroon ng isang electric current:

pagkakaroon ng mga libreng singil

ang pagkakaroon ng isang electric field, i.e. pwersang kumikilos sa mga singil na ito

Kasalukuyang lakas- isang halaga na katumbas ng singil na dumadaan sa anumang cross section ng konduktor bawat yunit ng oras (1 segundo)

Sinusukat sa amperes.

n ay ang konsentrasyon ng mga singil

q ang halaga ng singil

S- cross-sectional area ng konduktor

- bilis ng itinuro na paggalaw ng mga particle.

Ang bilis ng paggalaw ng mga sisingilin na particle sa isang electric field ay maliit - 7 * 10 -5 m / s, ang bilis ng pagpapalaganap ng electric field ay 3 * 10 8 m / s.

kasalukuyang density- ang halaga ng singil na dumadaan sa 1 segundo sa isang seksyon na 1 m 2.

. Sinusukat sa A / m 2.

- ang puwersa na kumikilos sa ion mula sa gilid ng electric field ay katumbas ng friction force

- kadaliang kumilos ng ion

- bilis ng itinuro na paggalaw ng mga ions = kadaliang mapakilos, lakas ng field

Ang tiyak na kondaktibiti ng electrolyte ay mas malaki, mas malaki ang konsentrasyon ng mga ion, ang kanilang singil at kadaliang kumilos. Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang mobility ng mga ions at tumataas ang electrical conductivity.