Mọi điện tích quan sát được trong một thí nghiệm luôn là bội số của một điện tích cơ bản.- một giả định như vậy đã được B. Franklin đưa ra vào năm 1752 và sau đó đã được thử nghiệm nhiều lần bằng thực nghiệm. Điện tích sơ cấp lần đầu tiên được Millikan đo bằng thực nghiệm vào năm 1910.

Thực tế là điện tích chỉ xảy ra trong tự nhiên dưới dạng một số nguyên các điện tích cơ bản có thể được gọi là lượng tử hóa điện tích. Đồng thời, trong điện động lực học cổ điển, câu hỏi về nguyên nhân của lượng tử hóa điện tích không được thảo luận, vì điện tích là một tham số bên ngoài chứ không phải là một biến động. Một lời giải thích thỏa đáng về lý do tại sao điện tích phải được lượng tử hóa vẫn chưa được tìm ra, nhưng một số quan sát thú vị đã thu được.

điện tích phân số

Các cuộc tìm kiếm lặp đi lặp lại đối với các vật thể tự do tồn tại lâu dài với điện tích phân đoạn, được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau trong một thời gian dài, đã không mang lại kết quả.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng điện tích của quasiparticle cũng có thể không phải là bội số của toàn bộ. Đặc biệt, chính các giả hạt có điện tích phân số chịu trách nhiệm cho hiệu ứng Hall lượng tử phân số.

Định nghĩa thực nghiệm về điện tích cơ bản

Số Avogadro và hằng số Faraday

Hiệu ứng Josephson và hằng số von Klitzing

Một phương pháp chính xác khác để đo điện tích cơ bản là tính toán nó từ việc quan sát hai hiệu ứng của cơ học lượng tử: hiệu ứng Josephson, trong đó dao động điện áp xảy ra trong một cấu trúc siêu dẫn nhất định, và hiệu ứng Hall lượng tử, hiệu ứng lượng tử hóa Hall. điện trở hoặc độ dẫn của khí điện tử hai chiều trong từ trường mạnh và ở nhiệt độ thấp . hằng số Josephson

ở đâu h- Hằng số Planck, có thể đo trực tiếp bằng hiệu ứng Josephson.

có thể được đo trực tiếp bằng hiệu ứng Hall lượng tử.

Từ hai hằng số này, có thể tính được độ lớn của điện tích cơ bản:

Xem thêm

ghi chú

1. điện tích cơ bản(Tiếng Anh) . Tài liệu tham khảo NIST về Hằng số, Đơn vị và Độ không đảm bảo. . Truy cập ngày 20 tháng 5 năm 2016.
2. Giá trị tính theo đơn vị CGSE được đưa ra là kết quả của việc chuyển đổi giá trị CODATA tính bằng coulomb, có tính đến thực tế là coulomb chính xác bằng 2.997.924.580 đơn vị điện tích CGSE (franklins hoặc statcoulomb).
3. Tomilin K. A. Các hằng số vật lý cơ bản trong các khía cạnh lịch sử và phương pháp luận. - M. : Fizmatlit, 2006. - S. 96-105. - 368 tr. - 400 bản. - ISBN 5-9221-0728-3.
4. Một mô hình cấu trúc liên kết của các preon tổng hợp (liên kết không khả dụng) es.arXiv.org
5. V.M. Abazov et al.(DØ Hợp tác) (2007). “Thí nghiệm phân biệt điện tích 2 e/3 quark top và điện tích 4 e/3 kịch bản sản xuất quark kỳ lạ”. Thư đánh giá vật lý. 98 (4): 041801.

Điện tích cơ bản là một hằng số vật lý cơ bản, phần nhỏ nhất (lượng tử) của điện tích. xấp xỉ bằng

e=1,602 176 565 (35) 10 −19 C

trong Hệ đơn vị quốc tế (SI). Liên quan chặt chẽ với hằng số cấu trúc tinh tế, mô tả tương tác điện từ.

"Mọi điện tích quan sát được trong một thí nghiệm luôn là bội số của điện tích cơ bản"- một giả định như vậy đã được B. Franklin đưa ra vào năm 1752 và sau đó đã được thử nghiệm nhiều lần bằng thực nghiệm. Điện tích sơ cấp lần đầu tiên được Millikan đo bằng thực nghiệm vào năm 1910.

Thực tế là điện tích chỉ xảy ra trong tự nhiên dưới dạng một số nguyên các điện tích cơ bản có thể được gọi là lượng tử hóa điện tích. Đồng thời, trong điện động lực học cổ điển, câu hỏi về nguyên nhân của lượng tử hóa điện tích không được thảo luận, vì điện tích là một tham số bên ngoài chứ không phải là một biến động. Một lời giải thích thỏa đáng về lý do tại sao điện tích phải được lượng tử hóa vẫn chưa được tìm ra, nhưng một số quan sát thú vị đã thu được.

• · Nếu một đơn cực từ tồn tại trong tự nhiên, thì theo cơ học lượng tử, điện tích từ của nó phải theo một tỷ lệ nhất định với điện tích của bất kỳ hạt cơ bản nào đã chọn. Từ đó tự động suy ra rằng sự tồn tại đơn thuần của một đơn cực từ kéo theo sự lượng tử hóa điện tích. Tuy nhiên, không thể phát hiện ra một đơn cực từ trong tự nhiên.
• · Trong vật lý hạt cơ bản hiện đại, các mô hình khác đang được phát triển trong đó tất cả các hạt cơ bản đã biết hóa ra lại là sự kết hợp đơn giản của các hạt mới thậm chí còn cơ bản hơn. Trong trường hợp này, sự lượng tử hóa điện tích của các hạt được quan sát dường như không có gì đáng ngạc nhiên, vì nó phát sinh "do xây dựng".

Cũng có thể là tất cả các tham số của các hạt được quan sát sẽ được mô tả trong khuôn khổ của một lý thuyết trường thống nhất, các phương pháp tiếp cận hiện đang được phát triển. Trong những lý thuyết như vậy, độ lớn điện tích của các hạt phải được tính toán từ một số lượng cực nhỏ các tham số cơ bản, có thể liên quan đến cấu trúc của không-thời gian ở những khoảng cách siêu nhỏ. Nếu một lý thuyết như vậy được xây dựng, thì cái mà chúng ta quan sát được như một điện tích cơ bản sẽ trở thành một bất biến không-thời gian rời rạc nào đó. Một cách tiếp cận như vậy được phát triển, ví dụ, trong mô hình S. Bilson-Thompson, trong đó các fermion của mô hình chuẩn được hiểu là ba dải không-thời gian bện thành một dải và điện tích (chính xác hơn là một phần ba của nó) tương ứng với một dải băng xoắn 180°. Tuy nhiên, bất chấp sự sang trọng của các mô hình như vậy, vẫn chưa có kết quả cụ thể được chấp nhận chung theo hướng này.

Giống như khái niệm khối lượng hấp dẫn của một vật trong cơ học Newton, khái niệm điện tích trong điện động lực học là khái niệm cơ bản, sơ cấp.

Sạc điện là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất của hạt hay vật tham gia vào tương tác lực điện từ.

Điện tích thường được kí hiệu bằng các chữ cái q hoặc Hỏi.

Tổng số tất cả các sự kiện thực nghiệm đã biết cho phép chúng tôi rút ra các kết luận sau:

Có hai loại điện tích, thường được gọi là dương và âm.

Các khoản phí có thể được chuyển (ví dụ: bằng cách tiếp xúc trực tiếp) từ cơ thể này sang cơ thể khác. Không giống như khối lượng cơ thể, điện tích không phải là một đặc tính vốn có của một cơ thể nhất định. Cùng một cơ thể trong các điều kiện khác nhau có thể có một điện tích khác nhau.

Giống như điện tích đẩy, không giống như điện tích thu hút. Điều này cũng cho thấy sự khác biệt cơ bản giữa lực điện từ và lực hấp dẫn. Lực hấp dẫn luôn là lực hấp dẫn.

Một trong những định luật cơ bản của tự nhiên là sự xác lập bằng thực nghiệm định luật bảo toàn điện tích .

Trong một hệ cô lập, tổng đại số điện tích của mọi vật không đổi:

Định luật bảo toàn điện tích phát biểu rằng trong một hệ kín gồm các vật thể, không thể quan sát được các quá trình sinh ra hoặc biến mất của các điện tích chỉ có một dấu.

Theo quan điểm hiện đại, hạt mang điện là hạt cơ bản. Tất cả các vật thể bình thường đều được cấu tạo từ các nguyên tử, bao gồm các proton tích điện dương, các electron tích điện âm và các hạt trung tính - neutron. Proton và neutron là một phần của hạt nhân nguyên tử, các electron tạo thành vỏ electron của nguyên tử. Điện tích của proton và electron theo modulo hoàn toàn giống nhau và bằng điện tích cơ bản e.

Trong nguyên tử trung hòa, số proton trong hạt nhân bằng số electron ở lớp vỏ. Con số này được gọi là số nguyên tử . Nguyên tử của một chất nhất định có thể mất đi một hay nhiều electron hoặc nhận thêm một electron. Trong những trường hợp này, nguyên tử trung tính biến thành ion tích điện dương hoặc âm.

Một điện tích chỉ có thể được chuyển từ vật này sang vật khác trong các phần chứa một số nguyên các điện tích cơ bản. Do đó, điện tích của cơ thể là một đại lượng rời rạc:

Các đại lượng vật lý chỉ có thể nhận một dãy giá trị rời rạc được gọi là lượng tử hóa . điện tích cơ bản e là một lượng tử (phần nhỏ nhất) của điện tích. Cần lưu ý rằng trong vật lý hạt cơ bản hiện đại, người ta cho rằng sự tồn tại của cái gọi là quark - các hạt có điện tích phân số và tuy nhiên, các quark ở trạng thái tự do vẫn chưa được quan sát thấy.

Trong các thí nghiệm thông thường trong phòng thí nghiệm, các điện tích được phát hiện và đo bằng điện kế ( hoặc máy soi điện) - một thiết bị bao gồm một thanh kim loại và một mũi tên có thể xoay quanh một trục nằm ngang (Hình 1.1.1). Đầu mũi tên được cách điện với vỏ kim loại. Khi một vật tích điện tiếp xúc với thanh của một điện kế, các điện tích cùng dấu phân bố dọc theo thanh và mũi tên. Lực đẩy điện làm cho mũi tên quay theo một góc nhất định, nhờ đó người ta có thể tính được điện tích truyền vào thanh của điện kế.

Điện kế là một dụng cụ khá thô sơ; nó không cho phép người ta khảo sát lực tương tác của các điện tích. Lần đầu tiên, định luật tương tác của các điện tích cố định được phát hiện bởi nhà vật lý người Pháp Charles Coulomb vào năm 1785. Trong các thí nghiệm của mình, Coulomb đã đo lực hút và lực đẩy của các quả bóng tích điện bằng một thiết bị do ông thiết kế - cân xoắn (Hình. 1.1.2), được phân biệt bởi độ nhạy cực cao. Vì vậy, ví dụ, chùm cân bằng đã quay 1 ° dưới tác dụng của một lực theo thứ tự 10 -9 N.

Ý tưởng về các phép đo dựa trên dự đoán xuất sắc của Coulomb rằng nếu một quả bóng tích điện tiếp xúc với chính xác một quả bóng không tích điện, thì điện tích của quả đầu tiên sẽ được chia đều cho chúng. Do đó, một phương pháp đã được chỉ định để thay đổi điện tích của quả bóng lên hai, ba lần, v.v. Các thí nghiệm của Coulomb đã đo sự tương tác giữa các quả bóng có kích thước nhỏ hơn nhiều so với khoảng cách giữa chúng. Các vật thể tích điện như vậy được gọi là phí điểm.

phí điểm được gọi là vật tích điện, kích thước của nó có thể bỏ qua trong các điều kiện của bài toán này.

Dựa trên nhiều thí nghiệm, Coulomb đã thiết lập định luật sau:

Lực tương tác của các điện tích cố định tỉ lệ thuận với tích các môđun điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng:

Lực tương tác tuân theo định luật III Newton:

Chúng là lực đẩy có cùng dấu điện tích và lực hút khác dấu (Hình 1.1.3). Tương tác của các điện tích cố định gọi là tĩnh điện hoặc Coulomb sự tương tác. Phần điện động lực học nghiên cứu tương tác Coulomb được gọi là tĩnh điện .

Định luật Coulomb có giá trị đối với các vật thể tích điện điểm. Trong thực tế, định luật Coulomb hoàn toàn thỏa mãn nếu kích thước của các vật tích điện nhỏ hơn nhiều so với khoảng cách giữa chúng.

yếu tố tỷ lệ k trong định luật Coulomb phụ thuộc vào sự lựa chọn của hệ thống các đơn vị. Trong hệ SI quốc tế, đơn vị điện tích là mặt dây chuyền(Cl).

mặt dây chuyền - đây là điện tích truyền trong 1 giây qua tiết diện ngang của dây dẫn với cường độ dòng điện là 1 A. Đơn vị cường độ dòng điện (Ampe) trong SI, cùng với các đơn vị đo chiều dài, thời gian và khối lượng đơn vị đo lường cơ bản.

hệ số k trong hệ SI thường được viết là:

Ở đâu - hằng số điện .

Trong hệ SI, điện tích cơ bản e bằng:

Kinh nghiệm cho thấy lực tương tác Coulomb tuân theo nguyên lý chồng chất:

Nếu một vật tích điện tương tác đồng thời với một số vật tích điện, thì lực tác dụng lên vật này bằng tổng vectơ của các lực tác dụng lên vật này từ tất cả các vật tích điện khác.

Cơm. 1.1.4 giải thích nguyên lý chồng chất bằng ví dụ về tương tác tĩnh điện của ba vật tích điện.

Nguyên lý chồng chất là một quy luật cơ bản của tự nhiên. Tuy nhiên, việc sử dụng nó đòi hỏi một số thận trọng khi đề cập đến sự tương tác của các vật thể tích điện có kích thước hữu hạn (ví dụ: hai quả cầu tích điện dẫn điện 1 và 2). Nếu nâng quả cầu thứ ba tích điện lên hệ hai quả cầu tích điện thì lực tương tác giữa quả 1 và quả 2 sẽ thay đổi do phân phối lại phí.

Nguyên lý chồng chất phát biểu rằng khi phân phối điện tích cho trước (cố định) trên mọi vật, lực tương tác tĩnh điện giữa hai vật bất kỳ không phụ thuộc vào sự có mặt của các vật mang điện tích khác.

Electron là một hạt cơ bản, là một trong những đơn vị chính trong cấu trúc của vật chất. Điện tích của một electron là âm. Các phép đo chính xác nhất được thực hiện vào đầu thế kỷ 20 bởi Millikan và Ioffe.

Điện tích electron bằng âm 1,602176487 (40) * 10 -1 9 C.

Thông qua giá trị này, điện tích của các hạt nhỏ nhất khác được đo.

Khái niệm chung về electron

Trong vật lý hạt, người ta nói rằng electron không thể phân chia và không có cấu trúc. Nó tham gia vào các quá trình điện từ và hấp dẫn, thuộc nhóm lepton, giống như phản hạt của nó, positron. Trong số các lepton khác, nó có trọng lượng nhẹ nhất. Nếu các electron và positron va chạm, điều này dẫn đến sự hủy diệt của chúng. Một cặp như vậy có thể phát sinh từ lượng tử gamma của các hạt.

Trước khi đo được neutrino, electron được coi là hạt nhẹ nhất. Trong cơ học lượng tử, nó được gọi là fermion. Electron cũng có momen từ. Nếu một positron cũng được gọi là nó, thì positron được tách ra như một hạt tích điện dương và electron được gọi là negatron, như một hạt mang điện tích âm.

Tính chất riêng của electron

Electron thuộc thế hệ thứ nhất của lepton, có tính chất của hạt và sóng. Mỗi trong số chúng được ban cho một trạng thái lượng tử, trạng thái này được xác định bằng cách đo năng lượng, hướng quay và các thông số khác. Anh ta bộc lộ sự thuộc về các fermion của mình thông qua việc không thể có hai electron ở cùng một trạng thái lượng tử tại cùng một thời điểm (theo nguyên lý Pauli).

Nó được nghiên cứu giống như một chuẩn tinh thể trong thế tinh thể tuần hoàn, trong đó khối lượng hiệu dụng có thể khác biệt đáng kể so với khối lượng ở trạng thái nghỉ.

Thông qua sự chuyển động của các electron, một dòng điện, từ tính và EMF nhiệt xảy ra. Điện tích của một electron trong chuyển động tạo thành một từ trường. Tuy nhiên, một từ trường bên ngoài làm lệch hướng hạt từ hướng thẳng. Khi được gia tốc, electron có khả năng hấp thụ hoặc phát ra năng lượng dưới dạng photon. Tập hợp của nó bao gồm các lớp vỏ nguyên tử electron, số lượng và vị trí của chúng quyết định tính chất hóa học.

Khối lượng nguyên tử chủ yếu bao gồm các proton hạt nhân và neutron, trong khi khối lượng của các electron chiếm khoảng 0,06% tổng trọng lượng nguyên tử. Lực điện Coulomb là một trong những lực chính có thể giữ một electron gần hạt nhân. Nhưng khi các phân tử được tạo ra từ các nguyên tử và các liên kết hóa học phát sinh, các electron được phân phối lại trong không gian mới được hình thành.

Các nucleon và hadron có liên quan đến sự xuất hiện của các electron. Đồng vị có tính chất phóng xạ có khả năng phát ra electron. Trong điều kiện phòng thí nghiệm, những hạt này có thể được nghiên cứu trong các thiết bị đặc biệt, ví dụ như kính viễn vọng có thể phát hiện bức xạ từ chúng trong các đám mây plasma.

Khai mạc

Electron được phát hiện bởi các nhà vật lý người Đức vào thế kỷ 19, khi họ nghiên cứu tính chất catốt của các tia. Sau đó, các nhà khoa học khác bắt đầu nghiên cứu nó chi tiết hơn, đưa nó lên hàng ngũ của một hạt riêng biệt. Bức xạ và các hiện tượng vật lý liên quan khác đã được nghiên cứu.

Ví dụ, một nhóm do Thomson đứng đầu đã ước tính điện tích của một electron và khối lượng của tia âm cực, tỷ lệ của chúng, như họ đã tìm ra, không phụ thuộc vào nguồn vật liệu.
Và Becquerel đã phát hiện ra rằng các khoáng chất tự phát ra bức xạ và các tia beta của chúng có thể bị lệch hướng do tác động của điện trường, trong khi khối lượng và điện tích vẫn giữ nguyên tỷ lệ như các tia âm cực.

Thuyết nguyên tử

Theo lý thuyết này, một nguyên tử bao gồm một hạt nhân và các electron xung quanh nó, được sắp xếp dưới dạng một đám mây. Chúng ở trong một số trạng thái năng lượng bị lượng tử hóa, sự thay đổi của chúng đi kèm với quá trình hấp thụ hoặc phát xạ photon.

Cơ lượng tử

Vào đầu thế kỷ XX, một giả thuyết đã được hình thành theo đó các hạt vật chất có các tính chất của cả hạt và sóng thực sự. Ngoài ra, ánh sáng có thể biểu hiện dưới dạng sóng (nó được gọi là sóng de Broglie) và hạt (photon).

Kết quả là, phương trình Schrödinger nổi tiếng đã được xây dựng, mô tả sự lan truyền của sóng điện tử. Cách tiếp cận này được gọi là cơ học lượng tử. Nó được sử dụng để tính toán các trạng thái điện tử của năng lượng trong nguyên tử hydro.

Tính chất cơ bản và lượng tử của electron

Hạt thể hiện các tính chất cơ bản và lượng tử.

Những cái cơ bản bao gồm khối lượng (9.109 * 10 -31 kg), điện tích cơ bản (nghĩa là phần tối thiểu của điện tích). Theo các phép đo đã được thực hiện cho đến nay, không có nguyên tố nào được tìm thấy trong electron có thể tiết lộ cấu trúc con của nó. Nhưng một số nhà khoa học cho rằng nó là một hạt tích điện điểm. Như đã chỉ ra ở đầu bài viết, điện tích của điện tử là -1,602 * 10 -19 C.

Là một hạt, một electron có thể đồng thời là sóng. Thí nghiệm với hai khe khẳng định khả năng nó đi qua cả hai khe đồng thời. Điều này mâu thuẫn với tính chất của hạt, trong đó mỗi lần nó chỉ có thể đi qua một khe.

Các electron được coi là có cùng tính chất vật lý. Do đó, hoán vị của chúng, theo quan điểm của cơ học lượng tử, không dẫn đến sự thay đổi trạng thái hệ thống. Hàm sóng của các electron là phản đối xứng. Do đó, nghiệm của nó biến mất khi các electron giống hệt nhau đi vào cùng một trạng thái lượng tử (nguyên lý Pauli).

Sạc điện- một đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng của các cơ thể tham gia vào các tương tác điện từ. Đo bằng Coulomb.

điện tích cơ bản- điện tích tối thiểu mà các hạt cơ bản có (điện tích của proton và electron).

Cơ thể có điện tích, có nghĩa là nó thừa hoặc thiếu electron. Điện tích này được ký hiệu q=ne. (nó bằng số điện tích cơ bản).

điện khí hóa cơ thể- để tạo ra sự thừa và thiếu electron. cách: điện khí hóa do ma sát và điện khí hóa bằng tiếp xúc.

xác định bình minh e - điện tích của vật thể, có thể lấy làm điểm vật chất.

phí dùng thử() - một điểm, điện tích nhỏ, nhất thiết phải dương - được dùng để nghiên cứu điện trường.

Định luật bảo toàn điện tích:trong một hệ cô lập, tổng đại số điện tích của tất cả các vật không đổi đối với mọi tương tác của các vật này với nhau.

Định luật Cu lông:lực tương tác của hai điện tích điểm tỉ lệ thuận với tích các điện tích này, tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng, phụ thuộc vào tính chất của môi trường và hướng theo đường thẳng nối tâm của chúng.

, ở đâu
F / m, C 2 / nm 2 - điện môi. Nhanh. máy hút bụi

- liên quan. hằng số điện môi (>1)

- độ thấm điện môi tuyệt đối. môi trường

điện trường- môi trường vật chất qua đó xảy ra tương tác điện tích.

Tính chất điện trường:

Đặc điểm của điện trường:

căng thẳng(e) là đại lượng vectơ bằng lực tác dụng lên một điện tích thử đơn vị đặt tại một điểm cho trước.

Được đo bằng N/C.

Hướng đi tương tự như đối với lực chủ động.

lực căng không phụ thuộc không phụ thuộc vào sức mạnh cũng như độ lớn của điện tích thử nghiệm.

sự chồng chất của điện trường: cường độ trường do một số điện tích tạo ra bằng tổng vectơ cường độ trường của mỗi điện tích:

đồ họa Trường điện tử được mô tả bằng cách sử dụng các đường căng thẳng.

dây căng- một đường thẳng, tiếp tuyến tại mỗi điểm trùng với hướng của vectơ lực căng.

Thuộc tính dòng ứng suất: chúng không cắt nhau, qua mỗi điểm chỉ kẻ được một đường thẳng; chúng không đóng, để lại điện tích dương và đi vào điện tích âm hoặc tiêu tán đến vô cực.

Các loại trường:

điện trường đều- một trường, vectơ cường độ tại mỗi điểm giống nhau về hướng và giá trị tuyệt đối.

Điện trường không đều- một trường, vectơ cường độ tại mỗi điểm không giống nhau về giá trị tuyệt đối và hướng.

điện trường không đổi- véc tơ lực căng không thay đổi.

Điện trường không đổi- vectơ lực căng thay đổi.

Công của điện trường làm điện tích di chuyển.

, trong đó F là lực, S là chuyển vị, - góc giữa F và S .

Đối với trường đều: lực không đổi.

Công việc không phụ thuộc vào hình dạng của quỹ đạo; công việc thực hiện để di chuyển dọc theo một con đường khép kín là bằng không.

Đối với trường không thuần nhất:

tiềm năng điện trường- tỷ lệ giữa công mà trường thực hiện, di chuyển điện tích thử nghiệm đến vô cùng, với độ lớn của điện tích này.

-tiềm năng là đặc trưng năng lượng của trường. Đo bằng vôn

sự khác biệt tiềm năng:

Nếu một
, sau đó

, có nghĩa

-độ dốc tiềm năng.

Đối với trường đồng nhất: hiệu điện thế - Vôn:

. Nó được đo bằng Volts, thiết bị - vôn kế.

công suất điện- khả năng tích lũy điện tích của cơ thể; tỷ lệ điện tích trên tiềm năng, luôn không đổi đối với một dây dẫn nhất định.

.

Không phụ thuộc vào điện tích và không phụ thuộc vào thế năng. Nhưng nó phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của dây dẫn; về tính chất điện môi của môi trường.

, trong đó r là kích thước,
- tính thấm của môi trường xung quanh cơ thể.

Công suất điện tăng lên nếu có bất kỳ vật thể nào ở gần - chất dẫn điện hoặc chất điện môi.

tụ điện- một thiết bị để tích lũy một khoản phí. Công suất điện:

tụ điện phẳng- hai tấm kim loại có lớp điện môi giữa chúng. Điện dung của tụ điện phẳng:

, với S là diện tích các bản, d là khoảng cách giữa các bản.

Năng lượng của một tụ điện tích điện bằng với công mà điện trường thực hiện trong việc truyền điện tích từ tấm này sang tấm khác.

Chuyển phí nhỏ
, điện áp sẽ thay đổi thành
, công việc sẽ được thực hiện
. Tại vì
và C \u003d const,
. sau đó
. Chúng tôi tích hợp:

năng lượng điện trường:
, trong đó V=Sl là thể tích bị điện trường chiếm chỗ

Đối với trường không đồng nhất:
.

Mật độ điện trường thể tích:
. Được đo bằng J / m 3.

lưỡng cực điện- một hệ gồm hai điện tích điểm bằng nhau, nhưng trái dấu, nằm ở một khoảng cách nào đó với nhau (cánh tay lưỡng cực -l).

Đặc điểm chính của một lưỡng cực là khoảnh khắc lưỡng cực là một vectơ bằng tích của điện tích và nhánh của lưỡng cực, hướng từ điện tích âm sang điện tích dương. ký hiệu
. Được đo bằng mét coulomb.

Lưỡng cực trong điện trường đều.

Các lực tác dụng lên mỗi điện tích của lưỡng cực là:
và
. Các lực này ngược chiều nhau và tạo ra mômen của một cặp lực - ngẫu lực: , trong đó

M - mô-men xoắn F - lực tác dụng lên lưỡng cực

d– cánh tay đòn l– cánh tay của lưỡng cực

p– momen lưỡng cực E– cường độ

- góc giữa p Eq - điện tích

Dưới tác dụng của một mô-men xoắn, lưỡng cực sẽ quay và ổn định theo hướng của các đường sức căng. Các vectơ pi và E sẽ song song và một chiều.

Lưỡng cực trong điện trường không đồng nhất.

Có một mô-men xoắn, vì vậy lưỡng cực sẽ quay. Nhưng các lực sẽ không bằng nhau và lưỡng cực sẽ di chuyển đến nơi có lực lớn hơn.

-độ dốc căng thẳng. Độ dốc lực căng càng cao, lực bên kéo lưỡng cực ra càng cao. Lưỡng cực được định hướng dọc theo các đường lực.

trường riêng của lưỡng cực.

Nhưng mà . Sau đó:

.

Đặt lưỡng cực tại điểm O và nhánh của nó nhỏ. Sau đó:

.

Công thức thu được có tính đến:

Như vậy, hiệu điện thế phụ thuộc vào sin của nửa góc mà tại đó các điểm lưỡng cực có thể nhìn thấy được, và hình chiếu của mô men lưỡng cực lên đường thẳng nối các điểm này.

Điện môi trong điện trường.

điện môi Chất không có điện tích tự do nên không dẫn điện. Tuy nhiên, trên thực tế vẫn tồn tại tính dẫn điện nhưng không đáng kể.

Các lớp điện môi:

với các phân tử phân cực (nước, nitrobenzene): các phân tử không đối xứng, tâm khối của các điện tích dương và âm không trùng nhau, nghĩa là chúng có momen lưỡng cực ngay cả trong trường hợp không có điện trường.

với phân tử không phân cực (hiđro, oxi): phân tử đối xứng, tâm khối của điện tích dương và âm trùng nhau, nghĩa là không có momen lưỡng cực khi không có điện trường.

tinh thể (natri clorua): sự kết hợp của hai phân mạng, một trong số đó tích điện dương và phân tử kia tích điện âm; trong trường hợp không có điện trường, tổng mômen lưỡng cực bằng không.

phân cực- quá trình phân tách không gian của các điện tích, sự xuất hiện của các điện tích liên kết trên bề mặt của chất điện môi, dẫn đến sự suy yếu của trường bên trong chất điện môi.

Cách phân cực:

1 chiều - phân cực điện hóa:

Trên các điện cực - sự di chuyển của các cation và anion về phía chúng, quá trình trung hòa các chất; các vùng tích điện dương và âm được hình thành. Dòng điện giảm dần. Tốc độ thiết lập cơ chế trung hòa được đặc trưng bởi thời gian thư giãn - đây là thời gian mà EMF phân cực sẽ tăng từ 0 lên mức tối đa kể từ thời điểm áp dụng trường. = 10 -3 -10 -2 giây.

Phương pháp 2 - phân cực định hướng:

Trên bề mặt của chất điện môi, các cực không bù được hình thành, tức là phân cực xảy ra. Lực căng bên trong chất điện môi nhỏ hơn lực căng bên ngoài. Thời gian thư giãn: = 10 -13 -10 -7 giây. Tần số 10 MHz.

3 cách - phân cực điện tử:

Đặc trưng cho phân tử không phân cực mà trở thành lưỡng cực. Thời gian thư giãn: = 10 -16 -10 -14 giây. Tần số 10 8 MHz.

4 chiều - phân cực ion:

Hai mạng tinh thể (Na và Cl) chuyển vị so với nhau.

Thời gian thư giãn:

Phương pháp 5 - phân cực cấu trúc vi mô:

Nó là điển hình cho các cấu trúc sinh học khi các lớp tích điện và không tích điện xen kẽ. Có sự phân phối lại các ion trên các phân vùng bán thấm hoặc không thấm ion.

Thời gian thư giãn: \u003d 10 -8 -10 -3 giây. Tần số 1 kHz

Các đặc điểm số của mức độ phân cực:

Điện lực là chuyển động có trật tự của các điện tích tự do trong vật chất hoặc trong chân không.

Điều kiện tồn tại dòng điện:

sự hiện diện của phí miễn phí

sự hiện diện của một điện trường, tức là các lực tác dụng lên các điện tích này

Sức mạnh hiện tại- một giá trị bằng điện tích đi qua bất kỳ mặt cắt ngang nào của dây dẫn trong một đơn vị thời gian (1 giây)

Đo bằng ampe.

n là nồng độ điện tích

q là lượng điện tích

S- tiết diện dây dẫn

- tốc độ chuyển động có hướng của các hạt.

Tốc độ chuyển động của các hạt mang điện trong điện trường đều nhỏ - 7 * 10 -5 m/s, tốc độ lan truyền của điện trường là 3 * 10 8 m/s.

mật độ hiện tại- lượng điện tích đi qua tiết diện 1 m 2 trong 1 giây.

. Được đo bằng A / m2.

- lực tác dụng lên ion từ phía điện trường bằng lực ma sát

- độ linh động của ion

- tốc độ chuyển động có hướng của các ion = độ linh động, cường độ trường

Độ dẫn điện riêng của chất điện phân càng lớn thì nồng độ ion, điện tích và độ linh động của chúng càng lớn. Khi nhiệt độ tăng, độ linh động của các ion tăng và độ dẫn điện tăng.