Aller au contenu

Chaj elektrik

Depi Wikipedya, ansiklopedi lib
Vèsyon nan dat 7 novanm 2023 à 18:27 Kitanago (diskisyon | kontribisyon)
(dif) ← Vèsyon presedan | Vèsyon kounye a (dif) | Vèsyon swivan → (dif)

]]]]]Chaj elektrik se yon pwopriyete fondamantal matyè ki pèmèt li kominike atravè champ elektwomayetik. Se yon kantite eskalatè, ki jwe menm wòl pou entèraksyon elektwomayetik la ak mas la[N 1] pou entèraksyon gravitasyonèl. Sepandan, kontrèman ak lèt ​​la, gen de kalite chaj elektrik ki ka distenge pa siy pozitif oswa negatif yo. Chaj nan menm siy repouse youn ak lòt, pandan y ap sa yo ki nan siy opoze atire youn ak lòt. Nan matyè òdinè, gen yon balans ant chaj pozitif ak negatif, nou pale de "netralite elektrik".

Inite mezi nòmal pou chaj se koulon (C). Sepandan, nan kèk kontèks, pafwa yo itilize lòt inite tankou ampere-èdtan (A h).

Chaj elektrik la toujou konsève epi li konstitye yon pwopriyete esansyèl nan patikil elemantè sijè a entèraksyon elektwomayetik. Matyè ki chaje elektrik enfliyanse pa, epi pwodui, jaden elektwomayetik. Depi Esperyans Millikan an 1909, yo te demontre ke chaj elektrik la quantize': nenpòt chaj Nenpòt Q se yon miltip nonb antye relatif. nan chaj elemantè, ki endike e[N 2], ki koresponn ak valè absoli chaj elektron la, ak e'. ' ≈ 1,602 × 10−19 C. Sepandan, akòz ti valè sa a, li se souvan posib yo konsidere chaj la kòm yon kantite kontinyèl lè kantite makroskopik nan chaj yo konsidere kòm[N 3]. Nan elektwonik, se nati diskrè chaj elektrik la sepandan manifeste pa yon kalite patikilye nan bri ki rele "bri tire".

Prezantasyon ak aspè istorik[modifye | modifye kòd]

Jeneral[modifye | modifye kòd]

Chaj elektrik se yon nosyon abstrè, ki konparab ak sa ki nan mas, ki ede eksplike sèten konpòtman. Kontrèman ak mas, chaj elektrik la ka pran de fòm, ki eksperyans mennen nou konsidere kòm "opoze"; nou abitrèman kalifye yo kòm "pozitif" ak "negatif".

De chaj nan menm nati a, de chaj pozitif pou egzanp, repouse youn ak lòt, pandan y ap de chaj nan nati opoze atire youn ak lòt. Fenomèn sa a rele entèraksyon elektwomayetik.

Entèraksyon ant chaj ak yon champ elektwomayetik se sous youn nan kat fòs fondamantal. Chan elektwomayetik sa yo, nan mekanik klasik, obeyi ekwasyon Maxwell yo.

Chaj elektrik ka mezire dirèkteman ak yon elektwomèt. inite li se coulomb. Patikil yo obsève yo gen chaj ki se miltip nonb antye relatif chaj elemantè ki se yon konstan fizik fondamantal (eksepte patikil ki rele kark ki gen yon chaj elektrik ki koresponn ak yon nonb antye ki miltipliye pa e/). 3). Kark yo gen chaj fraksyon nan -1/3 oswa +2/3, men kark gratis pa janm te obsève. Rezon teyorik yo bay pou eksplike obsèvasyon sa a se liberte asymptotic. Robert Millikan te demontre nati diskrè chaj elektrik la nan eksperyans ki pote non li.

Istwa[modifye | modifye kòd]

Ansyen Lagrès yo te dekouvri chaj elektrik ki te note ke friksyon fouri sou plizyè sibstans, tankou am.bre, pwodui yon move balans nan chaj elektrik (triboelectric fenomèn). Moun Lagrès yo te note ke bouton amber chaje ta ka atire objè limyè tankou cheve. Yo remake tou ke si yo fwote Amber la ase lontan, yo ka menm jwenn yon etensèl. Mo "elektrisite" a soti nan Ansyen grèk (grc) ἤλεκτρον / (grc-Latn) ḗlektron, "amb".

Nan 18the syèk, etid elektrisite a te vin popilè. Eksperyans elektwostatik yo fèt pandan sa yo, lè l sèvi avèk aparèy ki aji kòm kondansateur tankou boutèy Leyden, vòltaj ase wo pou lakòz chòk. Atravè yon seri eksperyans (1733), entandan Fay distenge de kalite elektrisite: elektrisite vitre (+) ak elektrisite rezin (-) ki koresponn ak de kalite konpòtman matyè yo. pandan elèktrifikasyon pa friksyon.

An menm tan, Benjamin Franklin te imajine elektrisite kòm yon kalite likid envizib ki prezan nan tout matyè. Li postule ke friksyon sifas izolasyon yo mete likid sa a an mouvman e ke yon koule nan likid sa a konstitye yon kouran elektrik. Li tou postule ke matyè ki gen twò piti nan likid sa a chaje negatif, otreman chaje pozitivman. Abitrèman, omwen pou yon rezon nou pa konnen, li idantifye tèm "pozitif" la ak kalite chaj akeri yon baton fwote sou swa, epi "negatif" ak sa ki te resevwa pa yon. baton jòn fwote ak four. Petèt akòz potansyèl elektrik matyè a.

Konvansyon ak reyalite[modifye | modifye kòd]

Kounye a nou konnen modèl Franklin te twò senp. Matyè aktyèlman konpoze de de kalite elektrisite: patikil elemantè yo rele "proton" ki pote yon chaj elektrik pozitif ak patikil yo rele "elektron" ki pote yon chaj elektrik negatif.

kouran elektrik ka gen diferan kòz: yon koule nan patikil negatif, pou egzanp nan yon kondiktè metalik, oswa yon koule nan patikil pozitif, oswa menm yon koule nan patikil negatif ak pozitif nan direksyon opoze, pou egzanp nan yon iyonik. solisyon.

Pou diminye konpleksite sa a, elektrisyen toujou anplwaye konvansyon Franklin epi imajine kouran elektrik, ke yo rekonèt kòm "kouran konvansyonèl", kòm yon koule nan patikil sèlman pozitif.

Kouran konvansyonèl senplifye konsèp ak kalkil, men kache lefèt ke nan kèk kondiktè (elektwolit, semi-kondiktè, ak plasma) de kalite chaj elektrik deplase nan direksyon opoze, oswa ke nan metal, chaj negatif yo prèske sèlman responsab pou koule nan kouran an.

Pwopriyete[modifye | modifye kòd]

Envaryans[modifye | modifye kòd]

Apa de pwopriyete yo dekri konsènan elektwomayetik, chaj la se yon invariant nan teori relativite: yon patikil chaj q, kèlkeswa vitès li, kenbe chaj li q.

Inite[modifye | modifye kòd]

Nan sistèm entènasyonal inite yo, chaj elektrik la gen inite coulomb[1], nan senbòl C, ki konstitye yon inite ki sòti, non ki soti nan fizisyen franse Charles-Augustin Coulomb. Dapre definisyon, se kantite chaj ki pote nan yon segond pa yon kouran elektrik ki gen yon entansite yon anpè[2]. An konsekans 1 C = 1 A s, ak chaj elektrik Q gen dimansyon [Q]=I.T.

Nan kontèks endistriyèl oswa jeni, ampere-èdtan (A h, ki ekri tou anpè-èdtan) oswa submiltip li yo souvan itilize olye de koulonb la, pou egzanp pou endike kapasite yon. batri, ak 1 A h = 3 600 C. Avantaj nan inite sa a se pou kapab byen vit evalye tan an fonksyone nan yon batri bay yon kouran nan entansite yo bay, pou egzanp yon batri ki gen yon kapasite de 30 A h delivre yon kouran nan entansite a 1 A teyorikman ta ka opere pou trant èdtan, kenz èdtan si aktyèl la se 2 A

Lwa Coulomb[modifye | modifye kòd]

An 1785, fizisyen franse Charles-Augustin Coulomb te demontre, lwa Coulomb a pèmèt nou eksprime fòs egzèse pa yon chaj elektrik ki gen valè sou yon lòt chaj elektrik ki gen valè , tou de sipoze pwen[N 4], ak fiks nan ankadreman referans etid la.

Lalwa Coulomb a ekri:

<matematik>\vec{f}_{12}=K\frac{q_1 q_2}{r_{12}^2}\frac{\vec{r}_{12}}{r_{12}}</ matematik>,

ak :

  • K konstan pwopòsyonèl, ki nan sistèm inite entènasyonal la se nan fòm 9 × 109 F−1 m, ak 8,854 × 10−12 F m−1 ki se pèmitivite vakyòm dielektrik;
  • se vektè ki konekte pwen kote chaj ak yo plase, respektivman, nan nòmal. .

Klèman, si chaj yo gen menm siy la, Lè sa a, fòs la se 'repulsif', tandiske otreman li se atire.

Lwa Coulomb a gen yon fòm ki sanble ak Lwa Newton pou gravitasyon inivèsèl, ki pèmèt nou eksprime fòs egzèse. pa yon mas sou yon lòt mas [N 5], ki sipoze fè pwen, epi ki ekri ak menm konvansyon ak anvan:

<matematik>\vec{F}_{12}=-G\frac{m_1 m_2}{r_{12}^2}\frac{\vec{r}_{12}}{r_{12}}< / matematik>,

ak G konstan gravitasyonèl inivèsèl, G = 6,674 08 × 10−11 m3 kg−1 s−2.

Lè w konpare de ekspresyon yo, li klè ke de fòs yo varye envers ak kare distans la, yo tou de nan ranje enfini, e ke chaj elektrik la jwe menm wòl nan elektwostatik kòm mas (gravitasyonèl) pou gravitasyon inivèsèl la.

Sepandan, de gwo diferans yo ta dwe remake:

  • fòs gravitasyonèl inivèsèl la toujou atire, ki reflete pa prezans siy "-" nan ekspresyon lwa Newton an;
  • feblès fòs gravitasyonèl la vle di diferans nan entansite ant de fòs yo souvan konsiderab[N 6].

Nòt ak referans[modifye | modifye kòd]

Nòt[modifye | modifye kòd]

  1. Stricteman pale, kòm mas grave. , kontrèman ak sa yo rele mas inète, ki entèvni nan relasyon fondamantal dinamik. Sepandan, gen idantite de kalite mas sa yo teyorikman diferan pa nati yo, idantite sa a se youn nan fondasyon teyori relativite jeneral.
  2. Kark yosètènman gen yon chaj ki se yon fraksyon nan chaj elemantè a, swa 2e /3 oswa e/3, men sa yo pa janm te obsève nan eta a lib epi yo toujou konbine nan pè (kwak - antiquark, meson s) oswa pa triple (baryons, pou egzanp proton oswa neutron): sa a se fenomèn adronizasyon kark. Sa a toujou bay patikil net oswa patikil ki gen chaj ki egal a miltip nonb antye relatif chaj elemantè a, jiska siy la.
  3. Pa egzanp, dansite nan [[Free electron| gratis elektwon] ] nan yon metal tankou kwiv se nan lòd 1029 m−3. Kòm yon rezilta, yon kib de 1 μm3 metal sa a, byenke trè piti nan gwosè sou echèl makwoskopik abityèl la, toujou gen prèske 1011 elektwon gratis, yon nimewo ki menm fè li ilizori. nan ka sa a yo fè distenksyon ant karaktè a quantifye nan chaj la.
  4. Sa vle di, nan yon premye apwòch, ki gen dimansyon espasyals yo piti konpare ak distans ki separe yo.
  5. Stricteman pale, sa a se mas gravitasyonèl, ki konseptyèlman diferan de 'Inert mas.
  6. Pou etabli lide, li posib pou konpare fòs ant de chaj pwen ki gen menm valè { {nb |1 C}}, ak menm mas 1 kg, mete nan yon distans yon mèt. Se poutèt sa fòs elektwostatik la gen yon valè nan lòd 9 × 109 N, pandan y ap fòs gravitasyonèl la vo apeprè 6,7 × 10−11 N, yon diferans nan ven lòd nan grandè. Menm lè w pran valè chaj ak mas ki pi reyalis, egzanp sa a montre klèman diferans pi gwo nan entansite ant de fòs yo.

Referans[modifye | modifye kòd]

  1. BIPM 2006, p. 28.
  2. BIPM 2006, p. 54.

Bibliyografi[modifye | modifye kòd]

Gade tou[modifye | modifye kòd]

Atik ki gen rapò[modifye | modifye kòd]