Elektrisk opladning: Definition, egenskaber, formel (m /eksempler)

Elektrisk ladning er en grundlæggende fysisk egenskab ved stof og især de subatomære partikler protoner og elektroner. Ligesom atomer har masse, har disse partikler ladning, og der er en elektrisk kraft og elektrisk felt forbundet med denne ladning.
Egenskaber ved elektrisk ladning

Elektrisk ladning findes i to varianter: positiv ladning og negativ ladning , som ligesom deres navne antyder, har modsatte tegn (i modsætning til masse, der kun har en sort). Objekter med elektrisk ladning udøver en elektrisk kraft på hinanden, ligesom genstande med masse gør via tyngdekraften. Men i stedet for altid at være en attraktiv kraft, som med masse, tiltrækker modsatte ladninger, mens lignende ladninger frastøder.

SI-ladningsenheden er coulomb (C). En coulomb er defineret som den mængde af ladning, der kan overføres med en ampere elektrisk strøm på et sekund. De grundlæggende ladningsbærere er protonen, med ladningen + e
, og elektronet med ladningen -e
, hvor den elementære ladning e
\u003d 1,602 × 10 < sup> -19 C.

Nettoladningen på et objekt er antallet af protoner N _{p
minus antallet af elektroner N e
times e
:
\\ text {nettoladning} \u003d (N_p - N_e) e}

De fleste atomer er elektrisk neutrale, hvilket betyder, at de har lige mange protoner og elektroner, så deres nettoladning er 0 C. Hvis et atom vinder eller mister elektroner, kaldes det en ion og har en ikke-nul nettoladning. Objekter med nettoladning udviser statisk elektricitet og kan klæbe fast ved hinanden som et resultat med en kraft, der afhænger af ladningsmængden.

Bemærk, at denne overførsel af elektroner mellem atomer eller mellem genstande ikke også resulterer i væsentlig ændring i masse af genstande. Dette skyldes, at selv om protoner og elektroner har samme ladningsstørrelse, har de meget forskellige masser. Elektronets masse er 9,11 × 10 <-up> -31 kg, mens massen af et proton er 1,67 × 10 <-up> -27 kg. En proton er mere end 1.000 gange tungere end et elektron!
Coulomb's Law: Formula

Coulomb's Law giver den elektrostatiske kraft F
mellem to ladninger, q _{1
og q 2 og en afstand r
fra hinanden:
F \u003d k \\ frac {q_1q_2} {r ^ 2}}

Hvor k
er Coulomb-konstanten \u003d 8,99 × 10 ^{9 Nm 2 /C 2.}

Bemærk, at denne kraft er en vektor, der peger langs en linje rettet væk fra anden partikel, hvis ladningerne er de samme og mod den anden partikel, hvis ladningerne er modsatte.

Coulombs lov, ligesom tyngdekraften mellem to masser, er en omvendt kvadratisk lov. Dette betyder, at det falder som det inverse kvadrat af afstanden mellem to ladninger. Med andre ord, ladninger, der er dobbelt så langt fra hinanden, oplever en fjerdedel af styrken. Men mens denne afgift formindskes med afstanden, går den aldrig til nul og har så uendelig rækkevidde.
Eksempler til undersøgelse.

Eksempel 1: En ladning på + 2_e_ og en ladning på -4_e adskilles med en afstand på 0,25 cm. Hvad er størrelsen på Coulomb-styrken mellem dem?

Ved hjælp af Coulombs lov, og skal du sørge for at konvertere cm til m, får du:
F \u003d k \\ frac {q_1q_2} {r ^ 2} \u003d (8,99 \\ gange10 ^ 9) \\ frac {(2 \\ gange 1,602 \\ gange10 ^ {- 19}) (- 4 \\ gange 1,602 \\ gange 10 ^ {- 19})} {0,0025 ^ 2} \u003d 2,95 \\ gange 10 ^ {-22} \\ text {N}

Eksempel 2: Antag, at en elektron og en proton er adskilt med en afstand på 1 mm. Hvordan sammenlignes tyngdekraften mellem dem med den elektrostatiske kraft?

Tyngdekraften kan beregnes ud fra ligningen:
F_ {grav} \u003d G \\ frac {m_pm_e} {r ^ 2}

Hvor gravitationskonstanten G
\u003d 6,67 × 10 ^{-11 m 3 /kgs 2.}

Tilslutning i tal giver:
F_ {grav } \u003d (6,67 \\ gange 10 ^ {- 11}) \\ frac {(1,67 \\ gange 10 ^ {- 27}) (9.11 \\ gange 10 ^ {- 31})} {(1 \\ gange 10 ^ {- 3} ) ^ 2} \u003d 1.015 \\ gange 10 ^ {- 61} \\ tekst {N}

Den elektrostatiske kraft er givet ved Coulombs lov:
F_ {elec} \u003d k \\ frac {q_1q_2} {r ^ 2} \u003d (8,99 \\ gange10 ^ 9) \\ frac {(1,602 \\ gange 10 ^ {- 19}) (- 1,602 \\ gange 10 ^ {- 19})} {(1 \\ gange 10 ^ {- 3}) ^ 2} \u003d 2.307 \\ gange 10 ^ {- 22} \\ tekst {N}

Den elektrostatiske kraft mellem proton og elektron er mere end 10 ^{39 gange større end tyngdekraften!}