יחידת מידה למטען חשמלי. תליון. קשר עם כמויות פיזיות אחרות. (10+)

יחידת מידה למטען חשמלי. תליון (קולומב)

החומר הוא הסבר ותוספת למאמר:
יחידות מדידה של כמויות פיזיקליות באלקטרוניקה רדיו
יחידות מדידה ויחסים של כמויות פיזיקליות המשמשות בהנדסת רדיו.

המטען החשמלי של גוף הוא ההבדל בין מספר החלקיקים הטעונים של קוטביות אחת לקוטביות השנייה בגוף זה (עם כמה הנחות). למטען חשמלי יכול להיות קוטביות חיובית או שלילית. גופים בעלי מטען בקוטביות זהה דוחים זה את זה, בעוד אלו בעלי מטען בקוטביות שונה מושכים.

מטען חשמלי נמדד בקולומב. ייעוד ק' ייעוד בינלאומי ג' המטען בנוסחאות מסומן בדרך כלל באות ש'.

המטען החשמלי של אלקטרון הוא בערך 1.602176E-19 Coulomb, יש סימן שלילי. מטען הפרוטון שווה לאותו ערך, אך חיובי. בחומר, בדרך כלל אלקטרונים ופרוטונים נמצאים בכמויות שוות, כך שהמטען הכולל הוא אפס. במקרים מסוימים, מספר האלקטרונים יכול לעלות, אז אנחנו אומרים שהגוף טעון שלילי, או לרדת, ואז הגוף טעון חיובי.

למרבה הצער, שגיאות מתרחשות מעת לעת במאמרים, הן מתוקנות, מאמרים מתווספים, מפתחים, מכינים חדשים. הירשם לחדשות כדי להישאר מעודכן.

אם משהו לא ברור, הקפד לשאול!
שאל שאלה. דיון במאמר.

מאמרים נוספים

פוטנציומטר נגד משתנה התנגדות ניתנת לשליטה...
כוונון התנגדות אלקטרונית מבוקרת מתח

מתקן גורם כוח. תָכְנִית. תַחשִׁיב. עקרון הפעולה....
מעגל מתקן מקדם הספק...

מיקרו-בקרים - דוגמה למעגל הפשוט ביותר, יישום לדוגמה. נתיכים (...
המעגל הראשון שלך במיקרו-בקר. דוגמה פשוטה. מה זה מטושטש?...

חישוב מקוון של קבל ההמרה של ספק כוח ללא שנאי ...

טרנזיסטור מרוכב. דיאגרמות של דרלינגטון, שיקלאי. חישוב, יישום...
טרנזיסטור מרוכב - מעגלים, יישום, חישוב פרמטרים. דיאגרמות של דרלינגטון,...

מיקרו-בקרים. תחומי שימוש. יתרונות. מוזרויות. חָדָשׁ...
למה משמשים מיקרו-בקרים? מהם היתרונות בשימוש? ...

מיקרו-בקרים. צעדים ראשונים. בחירת מודולים. ...
היכן להתחיל להתנסות במיקרו-בקרים? כיצד לבחור אילו מודולים...

תיריסטורים. סוגים, מינים, תכונות, יישום, סיווג. דמות...
סיווג תיריסטורים. ייעוד בתרשימים מאפיינים עיקריים וחשובים ...

ממיר אורך ומרחק ממיר מסה מזון ומזון נפח ממיר שטח ממיר נפח ויחידות מתכון ממיר טמפרטורה ממיר לחץ, מתח, ממיר מודולוס של יאנג ממיר אנרגיה ועבודה ממיר כוח ממיר כוח ממיר זמן ממיר מהירות ליניארי ממיר זווית שטוחה ממיר יעילות תרמית ויעילות דלק של מספרים במערכות מספרים שונות ממיר יחידות מדידה של כמות מידע שערי מטבעות מידות בגדי נשים ונעליים מידות בגדי ונעלי גברים ממיר מהירות זווית ותדר סיבוב ממיר תאוצה ממיר תאוצה זוויתית ממיר צפיפות ממיר נפח ספציפי ממיר מומנט אינרציה ממיר כוח ממיר מומנט ממיר ערך קלורי ספציפי (לפי מסה) צפיפות אנרגיה ודלק ממיר ערך קלורי ספציפי (לפי נפח) ממיר הפרש טמפרטורה ממיר מקדם מקדם התפשטות תרמית ממיר התנגדות תרמית ממיר מוליכות תרמית ממיר קיבולת חום ספציפית ממיר חשיפה לאנרגיה והספק קרינה ממיר צפיפות שטף חום ממיר מקדם העברת חום ממיר זרימת נפח ממיר זרימת מסה ממיר זרימה טוחנית ממיר זרימה טוחנית ממיר זרימה טוחנית ממיר ריכוז טוחן ממיר ריכוז טוחן ממיר צפיפות פני השטח קינמטיים ממיר שידור ממיר חדירות אדים וקצב העברת אדים ממיר מפלס קול ממיר רגישות למיקרופון ממיר רמת לחץ קול (SPL) ממיר רמת לחץ קול עם ממיר התייחסות ללחץ בהירות לבחירה ממיר עוצמת הארה ממיר עוצמת הארה ממיר רזולוציית מחשב גרף ממיר תדר ואורך גל ממיר כוח לדיופטר x ואורך מוקד דיופטר כוח והגדלה של עדשה (×) ממיר מטען חשמלי ליניארי צפיפות מטען ממיר צפיפות מטען נפח ממיר צפיפות מטען נפח ממיר זרם חשמלי ממיר צפיפות זרם ליניארי ממיר צפיפות זרם משטח ממיר חוזק שדה חשמלי ממיר עוצמה שדה חשמלי ממיר פוטנציאל ומתח חשמלי ממיר התנגדות חשמלית ממיר מוליכות חשמלית ממיר מוליכות חשמלית ממיר קיבוליות השראות רמות ממיר מד חוטים ב-dBm (dBm או dBmW), dBV (dBV), וואט וכו'. יחידות ממיר כוח מגנטי ממיר כוח שדה מגנטי ממיר שטף מגנטי ממיר אינדוקציה מגנטי קרינה. קרינה מייננת ממיר קצב מינון ספיגה רדיואקטיביות. קרינת ממיר דעיכה רדיואקטיבית. ממיר מינון חשיפה קרינה. ממיר מינון נקלט ממיר קידומת עשרונית העברת נתונים טיפוגרפית ועיבוד תמונה יחידת ממיר עץ נפח יחידת ממיר חישוב מסה מולרית טבלה מחזורית של יסודות כימיים מאת D. I. Mendeleev

1 קולומב [C] = 0.0166666666666667 אמפר דקה [דקה]

ערך התחלתי

ערך מומר

coulomb megacoulomb kilocoulomb millicoulomb microcoulomb nanocoulomb piccoulomb abcoulomb יחידת מטען CGSM statcoulomb CGSE-יחידת מטען פרנקלין אמפר-שעה מיליאמפר-שעה אמפר-דקה אמפר-שנייה פאראדיי (יחידת מטען) מטען חשמלי יסודי

עוד על מטען חשמלי

מידע כללי

למרבה ההפתעה, אנו נחשפים לחשמל סטטי על בסיס יומיומי – כאשר אנו מלטפים את החתול האהוב שלנו, מסרקים או מושכים סוודר סינטטי. אז בלי משים אנחנו הופכים למחוללים של חשמל סטטי. אנחנו ממש רוחצים בו, כי אנחנו חיים בשדה אלקטרוסטטי חזק של כדור הארץ. שדה זה נוצר בשל העובדה שהוא מוקף ביונוספירה, השכבה העליונה של האטמוספירה היא שכבה מוליכה חשמלית. היונוספירה נוצרה בפעולת קרינה קוסמית ויש לה מטען משלה. בזמן שאנחנו עושים דברים יומיומיים כמו חימום מזון, אנחנו בכלל לא חושבים שאנחנו משתמשים בחשמל סטטי על ידי סיבוב שסתום אספקת הגז על מבער הצתה אוטומטית או הבאת מצית חשמלית אליו.

דוגמאות לחשמל סטטי

מילדות אנו מפחדים באופן אינסטינקטיבי מרעם, אם כי הוא אינו מזיק לחלוטין בפני עצמו - רק תוצאה אקוסטית של פגיעת ברק אדירה, אשר נגרמת מחשמל סטטי אטמוספרי. המלחים של ימי שייטת השייט נפלו ביראת כבוד, כשהם צופים באורות סנט אלמו על תרניהם, שהם גם ביטוי לחשמל סטטי אטמוספרי. אנשים העניקו לאלים העילאיים של הדתות העתיקות תכונה בלתי ניתנת לערעור בצורת ברק, בין אם זה זאוס היווני, צדק הרומי, ת'ור הסקנדינבי או פרון הרוסי.

מאות שנים חלפו מאז שאנשים החלו להתעניין לראשונה בחשמל, ולפעמים אנחנו אפילו לא חושדים שמדענים, לאחר שהסיקו מסקנות מעמיקות מחקר החשמל הסטטי, מצילים אותנו מאימת השריפות והפיצוצים. אילפנו את האלקטרוסטטיקה על ידי כיוונו של מוטות ברק לשמיים וציידנו את משאיות הדלק בהתקני הארקה המאפשרים למטענים אלקטרוסטטיים לברוח בבטחה אל האדמה. ובכל זאת, חשמל סטטי ממשיך להתנהג בצורה לא נכונה, ומפריע לקליטת אותות רדיו - אחרי הכל, עד 2000 סופות רעמים משתוללות על כדור הארץ בו-זמנית, שמייצרות עד 50 פריקות ברקים בכל שנייה.

אנשים לומדים חשמל סטטי מאז ומתמיד; אנחנו חייבים אפילו את המונח "אלקטרון" ליוונים הקדמונים, למרות שהם התכוונו למשהו אחר בכך - כך הם קראו ענבר, שהיה מחושמל בצורה מושלמת במהלך החיכוך (אחר - יוונית ἤλεκτρον - ענבר). למרבה הצער, מדע החשמל הסטטי לא היה ללא קורבנות – המדען הרוסי גאורג וילהלם ריצ'מן נהרג במהלך ניסוי על ידי ברק, שהוא הביטוי האדיר ביותר של חשמל סטטי אטמוספרי.

חשמל סטטי ומזג אוויר

בקירוב הראשון, מנגנון היווצרות מטענים של ענן רעם דומה במובנים רבים למנגנון החשמול של מסרק - בו מתרחש חשמול על ידי חיכוך בדיוק באותו אופן. חלקיקי קרח, הנוצרים מטיפות מים קטנות, שהתקררו עקב העברת זרמי אוויר עולים לחלק העליון והקר יותר של הענן, מתנגשים זה בזה. חתיכות קרח גדולות יותר טעונות באופן שלילי, בעוד שקטנות יותר טעונות חיובית. בשל השוני במשקל, גושי הקרח מופצים מחדש בענן: גדולים וכבדים יותר שוקעים לתחתית הענן, וגושי קרח קלים וקטנים יותר מתקבצים בחלקו העליון של ענן הרעם. למרות שהענן כולו נשאר נייטרלי, החלק התחתון של הענן מקבל מטען שלילי, בעוד החלק העליון מקבל מטען חיובי.

כמו מסרק מחושמל המושך בלון עקב השראת מטען הפוך בצדו הקרוב למסרק, ענן רעמים משרה מטען חיובי על פני כדור הארץ. עם התפתחות ענן הרעם, המטענים גדלים, בעוד שעוצמת השדה ביניהם עולה, וכאשר עוצמת השדה עולה על הערך הקריטי לתנאי מזג אוויר אלו, מתרחשת התמוטטות חשמלית של האוויר - פריקת ברק.

האנושות חבה לבנג'מין פרנקלין - לימים נשיא המועצה המבצעת העליונה של פנסילבניה ומנהל הדואר הכללי הראשון של ארצות הברית - על המצאתו של מטה ברק (יהיה נכון יותר לקרוא לזה מטה ברק), שהציל לנצח. אוכלוסיית כדור הארץ משריפות הנגרמות על ידי ברק שפוגע בבניינים. אגב, פרנקלין לא רשם פטנט על ההמצאה שלו, מה שהפך אותה לזמינה לכל האנושות.

ברק לא תמיד הביא רק הרס - כורי אוראל קבעו את מיקומם של עפרות ברזל ונחושת בדיוק לפי תדירות מכות הברקים בנקודות מסוימות באזור.

בין המדענים שהקדישו את זמנם לחקר תופעות האלקטרוסטטיקה, יש להזכיר את האנגלי מייקל פאראדיי, לימים ממייסדי האלקטרודינמיקה, ואת ההולנדי פיטר ואן מושנברוק, ממציא אב הטיפוס של הקבל החשמלי - ה. צנצנת ליידן המפורסמת.

בצפייה במירוצי DTM, IndyCar או פורמולה 1, אנחנו אפילו לא חושדים שמכונאים קוראים לטייסים להחליף צמיגים לגשם, על סמך נתוני מכ"ם מזג האוויר. ונתונים אלה, בתורם, מבוססים בדיוק על המאפיינים החשמליים של ענני הרעם המתקרבים.

חשמל סטטי הוא החבר והאויב שלנו בו זמנית: מהנדסי רדיו לא אוהבים אותו, מושכים צמידי הארקה בעת תיקון לוחות מעגלים שרופים כתוצאה ממכת ברק קרובה - במקרה זה, ככלל, שלבי הקלט של הציוד נכשלים . עם ציוד הארקה פגום, הוא עלול לגרום לאסונות קשים מעשה ידי אדם עם השלכות טרגיות - שריפות ופיצוצים של מפעלים שלמים.

חשמל סטטי ברפואה

אף על פי כן, הוא בא לעזרתם של אנשים עם הפרעות בקצב הלב הנגרמות כתוצאה מהתכווצויות עוויתיות כאוטיות של לב החולה. פעולתו הרגילה משוחזרת על ידי העברת פריקה אלקטרוסטטית קטנה באמצעות מכשיר הנקרא דפיברילטור. סצנת החזרה של המטופל מהעולם השני בעזרת דפיברילטור היא סוג של קלאסיקה לסרט מז'אנר מסוים. עם זאת, יש לציין שסרטים מראים באופן מסורתי מוניטור ללא אות פעימות לב וקו ישר מבשר רעות, אם כי למעשה, השימוש בדפיברילטור אינו עוזר אם הלב של המטופל נעצר.

דוגמאות אחרות

כדאי לזכור את הצורך במטאליזציה של מטוסים כדי להגן מפני חשמל סטטי, כלומר, חיבור כל חלקי המתכת של המטוס, כולל המנוע, למבנה אינטגרלי אחד חשמלי. בקצות כל זנבו של המטוס מותקנים מפרקים סטטיים לניקוז חשמל סטטי המצטבר במהלך הטיסה עקב חיכוך אוויר נגד גוף המטוס. אמצעים אלה נחוצים כדי להגן מפני הפרעות הנגרמות על ידי פריקת חשמל סטטי ולהבטיח את הפעולה האמינה של ציוד אלקטרוני על הסיפון.

אלקטרוסטטיקה משחקת תפקיד מסוים בהיכרות עם הסטודנטים למדור "חשמל" - אולי אף אחד ממדורי הפיזיקה לא מכיר ניסויים מרהיבים יותר - כאן יש לך שיער קצוץ, והמרדף אחר בלון למסרק, והזוהר המסתורי של מנורות פלורסנט ללא כל חוטי חיבור! אבל ההשפעה הזו של הזוהר של מכשירי חשמל מלאי גז מצילה את חייהם של חשמלאים שמתמודדים עם מתח גבוה בקווי חשמל וברשתות חלוקה מודרניות.

והכי חשוב, מדענים הגיעו למסקנה שאנחנו כנראה חייבים את הופעת החיים על פני כדור הארץ לחשמל סטטי, או ליתר דיוק לפריקות שלו בצורה של ברק. במהלך ניסויים באמצע המאה הקודמת, עם מעבר של פריקות חשמליות דרך תערובת גזים הקרובה בהרכבה להרכב הראשוני של האטמוספירה של כדור הארץ, התקבלה אחת מחומצות האמינו, שהיא ה"לבנה". של החיים שלנו.

כדי לאלף את האלקטרוסטטיקה, חשוב מאוד לדעת את הפרש הפוטנציאלים או המתח החשמלי, שלצורך מדידתם הומצאו מכשירים המכונים מדי מתח. המדען האיטלקי בן המאה ה-19 אלסנדרו וולטה הציג את מושג המתח החשמלי, שעל שמו נקראת יחידה זו. פעם השתמשו בגלונומטרים למדידת מתח אלקטרוסטטי, שנקרא על שם בן ארצו של וולטה, לואיג'י גלווני. לרוע המזל, מכשירים אלו מהסוג האלקטרודינמי הכניסו עיוותים למדידות.

חקר החשמל הסטטי

מדענים החלו לחקור באופן שיטתי את אופי האלקטרוסטטיקה מתקופת עבודתו של המדען הצרפתי שארל אוגוסטין דה קולומב מהמאה ה-18. במיוחד, הוא הציג את מושג המטען החשמלי וגילה את חוק האינטראקציה של מטענים. על שמו נקראת יחידת המידה לכמות החשמל, הקולומב (Cl). נכון, למען הצדק ההיסטורי, יש לציין ששנים קודם לכן עסק בכך המדען האנגלי לורד הנרי קוונדיש; לרוע המזל, הוא כתב לשולחן ויצירותיו פורסמו על ידי היורשים רק 100 שנים מאוחר יותר.

עבודתם של קודמים שהוקדשה לחוקי האינטראקציות החשמליות אפשרה לפיזיקאים ג'ורג' גרין, קארל פרידריך גאוס וסיימון דניס פויסון ליצור תיאוריה אלגנטית מתמטית שבה אנו משתמשים עד היום. העיקרון העיקרי באלקטרוסטטיקה הוא העמדה של אלקטרון - חלקיק יסודי שהוא חלק מכל אטום ומופרד ממנו בקלות בהשפעת כוחות חיצוניים. בנוסף, ישנן הנחות לגבי דחיית מטענים דומים ומשיכתם של מטענים לא דומים.

מדידת חשמל

אחד ממכשירי המדידה הראשונים היה האלקטרוסקופ הפשוט ביותר, שהומצא על ידי הכומר והפיזיקאי האנגלי אברהם בנט - שני יריעות של נייר כסף מוליך חשמלי מזהב שהונחו במיכל זכוכית. מאז, מכשירי המדידה התפתחו בצורה משמעותית - וכעת הם יכולים למדוד את ההבדל ביחידות של ננו-קולומבים. בעזרת מכשירים פיזיקליים מדויקים ביותר הצליחו המדען הרוסי אברם איופה והפיזיקאי האמריקאי רוברט אנדרוז מיליקן למדוד את המטען החשמלי של אלקטרון.

כיום, עם התפתחות הטכנולוגיות הדיגיטליות, הופיעו מכשירים רגישים במיוחד ובדיוק גבוה בעלי מאפיינים ייחודיים, אשר בשל התנגדות הכניסה הגבוהה, כמעט ואינם מכניסים עיוותים למדידות. בנוסף למדידת מתח, מכשירים כאלה מאפשרים למדוד מאפיינים חשובים אחרים של מעגלים חשמליים, כגון התנגדות אומה וזרם זורם בטווח מדידה רחב. המכשירים המתקדמים ביותר, הנקראים מולטימטרים או, בעגה המקצועית, בודקים, בגלל הוורסטיליות שלהם, יכולים גם למדוד תדר AC, קיבול קבלים ולבדוק טרנזיסטורים ואף למדוד טמפרטורה.

ככלל, למכשירים מודרניים יש הגנה מובנית שלא מאפשרת פגיעה במכשיר בשימוש לא נכון. הם קומפקטיים, קלים לתפעול ובטוחים לחלוטין לתפעול - כל אחד עובר סדרת בדיקות דיוק, נבדק בתנאי עבודה כבדים וזוכה בתעודת בטיחות ראויה.

האם אתה מתקשה לתרגם יחידות מדידה משפה אחת לאחרת? עמיתים מוכנים לעזור לך. פרסם שאלה ל-TCTermsותוך מספר דקות תקבל תשובה.

חישובים להמרת יחידות בממיר " ממיר מטען חשמלימבוצעים באמצעות הפונקציות של unitconversion.org.

שיהיו שני גופים מקרוסקופיים טעונים, שגודלם קטן באופן זניח בהשוואה למרחק ביניהם. במקרה זה, כל גוף יכול להיחשב כנקודה מהותית או "מטען נקודתי".

הפיזיקאי הצרפתי סי קולומב (1736–1806) קבע בניסוי את החוק הנושא את שמו ( חוק קולומב) (איור 1.5):

אורז. 1.5. C. Coulomb (1736–1806) - מהנדס ופיזיקאי צרפתי

בוואקום, כוח האינטראקציה של שני מטענים נקודתיים הוא פרופורציונלי לגודל כל אחד מהמטענים, ביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם, והוא מכוון לאורך קו ישר המחבר את המטענים הללו:

על איור. 1.6 מציג את כוחות הדחייה החשמליים הנוצרים בין שני מטענים נקודתיים דומים.

אורז. 1.6. כוחות דחייה חשמליים בין שני מטענים נקודתיים דומים

נזכיר כי , היכן והינם וקטור הרדיוס של המטען הראשון והשני, כך שהכוח הפועל על המטען השני כתוצאה מהאינטראקציה האלקטרוסטטית שלו - "קולומב" עם המטען הראשון יכול להיכתב מחדש בצורה ה"פרוש" הבאה

נציין את הכלל הבא, שנוח בפתרון בעיות: אם המדד הראשון של הכוח הוא מספר המטען הזה, באיזההכוח הזה פועל, והשני הוא מספר המטען הזה, ש היוצר את הכוח הזה, אז שמירה על אותו סדר של מדדים בצד ימין של הנוסחה מבטיחה אוטומטית את הכיוון הנכון של הכוח - התואם את הסימן של מכפלת המטענים: - דחייה ו - משיכה, בעוד המקדם הוא תמיד.

כדי למדוד את הכוחות הפועלים בין מטענים נקודתיים, נעשה שימוש במכשיר שנוצר על ידי קולומב, הנקרא מאזני פיתול(איור 1.7, 1.8).

אורז. 1.7. מאזני פיתול של ש' קולומב (ציור מיצירה משנת 1785). הכוח הפועל בין הכדורים הטעונים a ו-b נמדד

אורז. 1.8. סולמות פיתולים של ש. קולומב (נקודת השעיה)

נדנדה קלה תלויה על חוט אלסטי דק, שבקצהו האחד קבוע כדור מתכת, ובשני - משקל נגד. ליד הכדור הראשון, ניתן להניח עוד כדור ללא תנועה זהה. גליל הזכוכית מגן על חלקים רגישים של המכשיר מפני תנועת אוויר.

כדי לבסס את התלות של עוצמת האינטראקציה האלקטרוסטטית במרחק בין המטענים, מטענים שרירותיים מוענקים לכדורים על ידי נגיעה בהם עם כדור טעון שלישי המותקן על ידית דיאלקטרית. לפי זווית הפיתול של החוט האלסטי, אפשר למדוד את כוח הדחייה של כדורים טעונים כמו, ובסקאלה של המכשיר - את המרחק ביניהם.

יש לומר שקולומב לא היה המדען הראשון שקבע את חוק האינטראקציה של מטענים, הנושא כעת את שמו: 30 שנה לפניו הגיע ב' פרנקלין לאותה מסקנה. יתרה מכך, הדיוק של המדידות של קולומב היה נחות מהדיוק של ניסויים קודמים (G. Cavendish).

כדי להציג מדד כמותי לקביעת דיוק המדידות, נניח שלמעשה כוח האינטראקציה של מטענים אינו הפוך לריבוע המרחק ביניהם, אלא במידה אחרת:

אף אחד מהמדענים לא יתחייב לטעון זאת ד= 0 בדיוק. המסקנה הנכונה צריכה להישמע כך: ניסויים הראו זאת דפחות מ...

התוצאות של חלק מהניסויים הללו מוצגות בטבלה 1.

שולחן 1.

תוצאות של ניסויים ישירים לבדיקת חוק קולומב

צ'ארלס קולומב עצמו בדק את חוק הריבוע ההפוך בטווח של כמה אחוזים. הטבלה מציגה את התוצאות של ניסויי מעבדה ישירים. נתונים עקיפים המבוססים על תצפיות בשדות מגנטיים בחלל החיצון מובילים להגבלות חזקות עוד יותר על הערך ד. לפיכך, חוק קולומב יכול להיחשב כעובדה מבוססת מהימנה.

יחידת SI של זרם ( אַמְפֵּר) היא בסיסית, ומכאן יחידת הטעינה שמסתבר שהיא נגזרת. כפי שנראה בהמשך, הנוכחי אנימוגדר כיחס המטען הזורם בחתך הרוחב של המוליך בזמן לזמן זה:

מכאן ניתן לראות שעוצמת הזרם הישר שווה מספרית למטען הזורם דרך חתך המוליך ליחידת זמן, בהתאמה:

מקדם המידתיות בחוק קולומב כתוב כך:

עם צורת סימון זו, ערך הכמות נובע מהניסוי, הנקרא בדרך כלל קבוע חשמלי. הערך המספרי המשוער של הקבוע החשמלי הוא כדלקמן:

מכיוון שהוא לרוב נכנס למשוואות כשילוב

אנו נותנים את הערך המספרי של המקדם עצמו

כמו במקרה של מטען אלמנטרי, הערך המספרי של הקבוע החשמלי נקבע בניסוי עם דיוק גבוה:

התליון הוא יחידה גדולה מכדי לשמש בפועל. לדוגמה, שני מטענים של 1 C כל אחד, הממוקמים בוואקום במרחק של 100 מ' אחד מהשני, דוחים זה את זה בכוח

לשם השוואה: עם כוח כזה, גוף של מסה

זוהי המסה בקירוב של קרון רכבת משא, למשל, עם פחם.

עקרון סופרפוזיציה של שדות

עקרון הסופרפוזיציה הוא הצהרה לפיה ההשפעה הנובעת של תהליך השפעה מורכב היא סכום ההשפעות הנגרמות על ידי כל השפעה בנפרד, ובלבד שהאחרונות אינן משפיעות הדדית זו על זו (Physical Encyclopedic Dictionary, Moscow, "Soviet Encyclopedia ", 1983, עמ' .731). נקבע בניסוי שעקרון הסופרפוזיציה תקף עבור האינטראקציה האלקטרומגנטית הנחשבת כאן.

במקרה של אינטראקציה של גופים טעונים, עקרון הסופרפוזיציה מתבטא באופן הבא: הכוח שבו פועלת מערכת נתונה של מטענים על מטען נקודתי מסוים שווה לסכום הווקטור של הכוחות שבהם כל אחד מהמטענים של המערכת פועלת על פיו.

הבה נסביר זאת באמצעות דוגמה פשוטה. שיהיו שני גופים טעונים הפועלים על השלישי בכוחות ובהתאמה. ואז המערכת של שני הגופים הללו - הראשון והשני - פועלת על הגוף השלישי בכוח

כלל זה נכון לגבי כל גופים טעונים, לא רק לגבי חיובים נקודתיים. כוחות האינטראקציה בין שתי מערכות שרירותיות של מטענים נקודתיים מחושבים בנספח 1 בסוף פרק זה.

מכאן נובע שהשדה החשמלי של מערכת מטענים נקבע לפי הסכום הווקטורי של עוצמות השדה שנוצרות מהמטענים הבודדים של המערכת, כלומר.

התוספת של עוצמות שדה חשמליות לפי כלל החיבור הווקטור מבטאת את מה שנקרא עקרון סופרפוזיציה(סופרפוזיציה עצמאית) של שדות חשמליים. המשמעות הפיזית של תכונה זו היא שהשדה האלקטרוסטטי נוצר רק על ידי מטענים במנוחה. המשמעות היא שהשדות של מטענים שונים "לא מפריעים" זה לזה, ולכן ניתן לחשב את השדה הכולל של מערכת המטענים כסכום וקטור של השדות מכל אחד מהם בנפרד.

מכיוון שהמטען האלמנטרי קטן מאוד, וגופים מאקרוסקופיים מכילים מספר רב מאוד של מטענים אלמנטריים, התפלגות המטענים על גופים כאלה ברוב המקרים יכולה להיחשב כרציפה. על מנת לתאר בדיוק איך המטען מתחלק (אחיד, לא הומוגנית, היכן יש יותר מטענים, היכן יש פחות וכו') המטען על הגוף, אנו מציגים את צפיפות המטען משלושת הסוגים הבאים:

· צפיפות בתפזורתלחייב :

איפה dV- אלמנט נפח אינפיניטסימלי פיזית;

· צפיפות מטען פני השטח:

איפה dS- אלמנט משטח אינפיניטסימלי פיזית;

· צפיפות מטען ליניארי:

היכן הוא אלמנט אינפיניטסימלי פיזי של אורך הקו.

כאן, בכל מקום נמצא המטען של האלמנט האינפיניטסימלי הנחשב פיזית (נפח, שטח פנים, קטע קו). כאן ולמטה, קטע פיסית קטן לאין שיעור של גוף מובן כקטע כזה שלו, שמצד אחד הוא כה קטן עד שבתנאים של בעיה נתונה ניתן לראות בו נקודה מהותית, ומצד שני, הוא כה גדול שניתן להזניח את דיסקרטיות החיוב (ראה. יחס) של סעיף זה.

ביטויים כלליים לכוחות האינטראקציה של מערכות של מטענים מפוזרים ברציפות ניתנים בנספח 2 בסוף הפרק.

דוגמה 1מטען חשמלי של 50 nC מופץ באופן אחיד על מוט דק באורך 15 ס"מ. על המשך ציר המוט במרחק של 10 ס"מ מקצהו הקרוב, ישנו מטען נקודתי של 100 nC (איור 1.9) . קבע את כוח האינטראקציה בין מוט טעון למטען נקודתי.

אורז. 1.9. אינטראקציה של מוט טעון עם מטען נקודתי

פִּתָרוֹן.בבעיה זו, לא ניתן לקבוע את הכוח F על ידי כתיבת חוק קולומב בצורה או (1.3). למעשה, מה המרחק בין המוט למטען: ר, ר + א/2, ר + א? מאחר שלפי תנאי הבעיה אין לנו זכות להניח זאת א << ר, החלת חוק קולומב בה מְקוֹרִיניסוח שתקף רק עבור חיובים נקודתיים הוא בלתי אפשרי, יש צורך להשתמש בשיטה הסטנדרטית למצבים כאלה, שהיא כדלקמן.

אם ידוע כוח האינטראקציה של גופים נקודתיים (לדוגמה, חוק קולומב) ויש צורך למצוא את כוח האינטראקציה של גופים מורחבים (לדוגמה, כדי לחשב את כוח האינטראקציה של שני גופים טעונים בגודל סופי), אז יש צורך לחלק את הגופים הללו למקטעים קטנים לאין שיעור מבחינה פיזיקלית, לכתוב עבור כל זוג של "נקודה » מקטעים כאלה, את היחס הידוע להם, ובאמצעות עקרון הסופרפוזיציה, סכום (לשלב) על כל הזוגות של מקטעים אלה.

זה תמיד שימושי, אם לא הכרחי, לנתח את הסימטריה של הבעיה לפני שתמשיך עם המפרט וביצוע החישוב. מנקודת מבט מעשית, ניתוח כזה שימושי בכך שככלל, עם סימטריה גבוהה מספיק של הבעיה, הוא מקטין בחדות את מספר הכמויות שיש לחשב, שכן מסתבר שרבות מהן שוות לאפס.

בואו נחלק את המוט למקטעים קטנים לאין שיעור באורך , המרחק מהקצה השמאלי של קטע כזה למטען הנקודתי שווה ל .

אחידות חלוקת המטען על המוט פירושה שצפיפות המטען הליניארית קבועה ושווה ל

לכן, החיוב של הקטע הוא , מהיכן, בהתאם לחוק קולומב, הכוח הפועל על לְאַתֵר בִּמְדוּיָקלחייב שכתוצאה מהאינטראקציה שלו עם לְאַתֵר בִּמְדוּיָקמטען שווה ל

כתוצאה מאינטראקציה לְאַתֵר בִּמְדוּיָקלחייב שבכלל מוֹט, כוח יפעל עליו

בהחלפת הערכים המספריים כאן נקבל את מודול הכוח:

ניתן לראות מ-(1.5) שכאשר, כאשר המוט יכול להיחשב כנקודה חומרית, הביטוי לכוח האינטראקציה של המטען והמוט, כפי שהוא צריך להיות, מקבל את הצורה הרגילה של חוק קולומב לאינטראקציה. כוח של שתי מטענים נקודתיים:

דוגמה 2טבעת בעלת רדיוס נושאת מטען בחלוקה אחידה. מהו כוח האינטראקציה של הטבעת עם מטען נקודתי שממוקם על ציר הטבעת במרחק ממרכזה (איור 1.10).

פִּתָרוֹן.בהתאם לתנאי, המטען מופץ באופן אחיד על הטבעת עם רדיוס. לחלק בהיקף, נקבל את צפיפות המטען הליניארית על הטבעת בחר אלמנט באורך על הטבעת. החיוב שלו הוא .

אורז. 1.10. אינטראקציות של טבעת עם מטען נקודתי

בנקודה שאלמנט זה יוצר שדה חשמלי

אנחנו מתעניינים רק במרכיב האורך של השדה, כי כשמסכמים את התרומה מכל מרכיבי הטבעת, רק שהיא לא אפס:

בשילוב מעל, אנו מוצאים את השדה החשמלי על ציר הטבעת במרחק ממרכזה:

מכאן אנו מוצאים את כוח האינטראקציה הרצוי של הטבעת עם המטען ש:

בואו נדון בתוצאה. במרחקים גדולים לטבעת ניתן להזניח את רדיוס הטבעת מתחת לסימן הרדיקל, ונקבל ביטוי משוער

זה לא מפתיע, מכיוון שבמרחקים גדולים הטבעת נראית כמו מטען נקודתי וכוח האינטראקציה ניתן על ידי חוק קולומב הרגיל. במרחקים קצרים המצב משתנה באופן דרמטי. לכן, כאשר מטען בדיקה q ממוקם במרכז הטבעת, כוח האינטראקציה הוא אפס. זה גם לא מפתיע: במקרה הזה, האישום שנמשך בעוצמה שווה על ידי כל מרכיבי הטבעת, והפעולה של כל הכוחות הללו מתוגמלת הדדית.

מכיוון שבשדה החשמלי ובו שווה לאפס, אי שם בערך ביניים, השדה החשמלי של הטבעת הוא מקסימלי. בואו נמצא את הנקודה הזו על ידי הבחנה בין הביטוי למתח הלפי מרחק

משווים את הנגזרת לאפס, נמצא את הנקודה שבה השדה הוא מקסימלי. זה שווה בנקודה זו

דוגמה 3שני חוטים מאונכים זה לזה באורך אינסופי הנושאים מטענים מפוזרים באופן אחיד עם צפיפות ליניארית ונמצאים במרחק אזה מזה (איור 1.11). איך כוח האינטראקציה בין חוטים תלוי במרחק א?

פִּתָרוֹן.הבה נדון תחילה בפתרון בעיה זו בשיטת ניתוח ממדים. עוצמת האינטראקציה בין החוטים עשויה להיות תלויה בצפיפות המטען עליהם, המרחק בין החוטים והקבוע החשמלי, כלומר, לנוסחה הרצויה יש את הצורה:

היכן הוא קבוע חסר מימד (מספר). שימו לב שבשל הסידור הסימטרי של החוטים, צפיפות המטען עליהם יכולה להיכנס רק בצורה סימטרית, באותן דרגות. מידות הכמויות הנכללות כאן ב-SI ידועות:

אורז. 1.11. אינטראקציה של שני חוטים מאונכים זה לזה באורך אינסופי

בהשוואה למכניקה, הופיעה כאן כמות חדשה - מימד המטען החשמלי. בשילוב שתי הנוסחאות הקודמות, נקבל את המשוואה עבור הממדים:

« פיזיקה - כיתה י'

אילו אינטראקציות נקראות אלקטרומגנטיות?
מהי האינטראקציה של מטענים?

בואו נתחיל ללמוד את החוקים הכמותיים של אינטראקציות אלקטרומגנטיות. החוק הבסיסי של האלקטרוסטטיקה הוא חוק האינטראקציה של שני גופים טעונים נקודתיים חסרי תנועה.

החוק הבסיסי של האלקטרוסטטיקה הוקם בניסוי על ידי צ'ארלס קולומב בשנת 1785 ונושא את שמו.

אם המרחק בין הגופים גדול פי כמה מגודלם, אז לא הצורה ולא הגודל של הגופים הטעונים משפיעים באופן משמעותי על האינטראקציות ביניהם.

נזכיר כי חוק הכבידה האוניברסלי מנוסח גם עבור גופים, שיכולים להיחשב לנקודות חומריות.

גופים טעונים, שניתן להזניח את גודלם וצורתם במהלך האינטראקציה ביניהם, נקראים חיובים נקודתיים.

כוח האינטראקציה של גופים טעונים תלוי בתכונות המדיום בין הגופים הטעונים. לפי שעה, נניח שהאינטראקציה מתרחשת בחלל ריק. הניסיון מלמד שלאוויר יש השפעה מועטה מאוד על כוח האינטראקציה של גופים טעונים, מסתבר שזה כמעט כמו בוואקום.

הניסויים של קולומב.

הרעיון של הניסויים של קולומב דומה לרעיון הניסיון של קוונדיש בקביעת קבוע הכבידה. גילוי חוק האינטראקציה של מטענים חשמליים הוקל על ידי העובדה שהכוחות הללו התבררו כגדולים ובשל כך לא היה צורך להשתמש בציוד רגיש במיוחד, כמו בבדיקת חוק הכבידה האוניברסלית בתנאים יבשתיים. בעזרת איזוני פיתול ניתן היה לקבוע כיצד גופים טעונים חסרי תנועה מתקשרים זה עם זה.

מאזני פיתול מורכבים ממוט זכוכית התלוי על חוט אלסטי דק (איור 14.3). כדור מתכת קטן a קבוע בקצה אחד של המקל, ומשקל נגד ג בקצה השני. כדור מתכת נוסף b קבוע ללא תנועה על המוט, אשר, בתורו, מחובר לכיסוי האיזון.

כאשר הכדורים של אותם מטענים מוענקים, הם מתחילים להדוף אחד את השני. כדי לשמור אותם במרחק קבוע, יש לסובב את החוט האלסטי בזווית מסוימת עד שהכוח האלסטי שנוצר מפצה על כוח הדחייה של הכדורים של קולומב. זווית הפיתול של החוט קובעת את כוח האינטראקציה של הכדורים.

מאזני פיתול אפשרו ללמוד את התלות של כוח האינטראקציה של כדורים טעונים בערכי המטענים ובמרחק ביניהם. הם ידעו למדוד כוח ומרחק באותה תקופה. הקושי היחיד היה קשור למטען למדידה שלא היו אפילו יחידות שלו. התליון מצא דרך פשוטה לשנות את המטען של אחד הכדורים פי 2, 4 או יותר על ידי חיבורו לאותו כדור לא נטען. במקרה זה, המטען התחלק באופן שווה בין הכדורים, מה שהפחית את האישום הנחקר מבחינה מסוימת. הערך החדש של כוח האינטראקציה עם מטען חדש נקבע בניסוי.

חוק קולומב.

הניסויים של קולומב הובילו לכינונו של חוק המזכיר בצורה מדהימה את חוק הכבידה האוניברסלית.

כוח האינטראקציה של שני מטענים נקודתיים קבועים בוואקום עומד ביחס ישר למכפלת מודולי המטען וביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם.

כוח האינטראקציה של מטענים נקרא כוח קולומב.

אם אנו מייעדים את מודולי המטען כ-|q 1 ו-|q 2 |, ואת המרחק ביניהם כ-r, אז ניתן לכתוב את חוק קולומב בצורה הבאה:

כאשר k הוא מקדם המידתיות, שווה מספרית לכוח האינטראקציה של מטענים יחידה במרחק שווה ליחידת אורך. ערכו תלוי בבחירת מערכת היחידות.

לחוק הכבידה האוניברסלי יש אותה צורה (14.2), רק שבמקום מטען, חוק הכבידה כולל מסות, ואת תפקיד מקדם k ממלא קבוע הכבידה.

קל לגלות ששני כדורים טעונים התלויים על חוטים מושכים זה את זה או דוחים זה את זה. מכאן נובע מכך כוחות האינטראקציה של שני מטענים נקודתיים קבועים מכוונים לאורך הקו הישר המחבר את המטענים הללו(איור 14.4).

כוחות כאלה נקראים מרכזיים. לפי החוק השלישי של ניוטון 1.2 = - 2.1.

יחידת מטען חשמלי.

הבחירה ביחידת המטען, כמו גם כמויות פיזיות אחרות, היא שרירותית. זה יהיה טבעי לקחת את המטען של האלקטרון כיחידה, מה שנעשה בפיזיקה האטומית, אבל המטען הזה קטן מדי, ולכן לא תמיד נוח להשתמש בו כיחידת מטען.

במערכת היחידות הבינלאומית (SI), יחידת המטען אינה העיקרית, אלא נגזרת, והתקן עבורה אינו מוצג. יחד עם המונה, השני והקילוגרם, ה-SI הציג את היחידה הבסיסית לכמויות חשמליות - יחידת הזרם - אַמְפֵּר. ערך הייחוס של האמפר נקבע באמצעות האינטראקציות המגנטיות של הזרמים.

יחידת תשלום ב-SI - תליוןמוגדר באמצעות יחידת הזרם.

תליון אחד (1 C) הוא מטען שעובר תוך 1 שניות דרך חתך המוליך בזרם של 1 A: 1 C = 1 A 1 s.

יחידת המקדם k בחוק קולומב כאשר נכתבת ביחידות SI היא N m 2 / Cl 2, שכן לפי הנוסחה (14.2) יש לנו

כאשר כוח האינטראקציה של המטענים מתבטא בניוטון, המרחק הוא במטרים, המטען הוא בקולומבים. ניתן לקבוע בניסוי את הערך המספרי של מקדם זה. לשם כך, יש צורך למדוד את כוח האינטראקציה F בין שני מטענים ידועים |q 1 | ו- |q 2 |, הממוקם במרחק נתון r, והחליפו את הערכים הללו בנוסחה (14.3). הערך המתקבל של k יהיה:

k \u003d 9 10 9 N m 2 / Cl 2. (14.4)

מטען של 1 C הוא גדול מאוד. כוח האינטראקציה של שני מטענים נקודתיים, 1 C כל אחד, הממוקמים במרחק של 1 ק"מ זה מזה, קטן מעט מהכוח שבו כדור הארץ מושך עומס של 1 טון. לכן , תגיד לגוף קטן (בגודל של כמה מטרים) מטען של 1 C הוא בלתי אפשרי.

חלקיקים טעונים דוחים זה את זה אינם יכולים להישאר על הגוף. אין כוחות אחרים המסוגלים לפצות על דחיית קולומב בתנאים הנתונים בטבע.

אבל במוליך שהוא בדרך כלל ניטרלי, לא קשה להניע מטען של 1 C. ואכן, בנורה קונבנציונלית בהספק של 200 וולט במתח של 220 וולט, עוצמת הזרם מעט קטנה מ-1 A. במקביל, מטען כמעט שווה ל-1 C עובר בחתך הרוחב של המוליך תוך 1 שניות.

במקום מקדם k, לרוב משתמשים במקדם אחר, הנקרא קבוע חשמלי ε 0. זה קשור למקדם k על ידי הקשר הבא:

לחוק של קולומב במקרה זה יש את הצורה

אם המטענים מקיימים אינטראקציה בתווך, כוח האינטראקציה פוחת:

איפה ε - הקבוע הדיאלקטריבינוני, מראה כמה פעמים כוח האינטראקציה של מטענים בתווך קטן מאשר בוואקום.

המטען המינימלי שקיים בטבע הוא מטען של חלקיקים אלמנטריים. ביחידות SI, המודולוס של מטען זה הוא:

e \u003d 1.6 10 -19 C. (14.5)

המטען שניתן להקנות לגוף הוא תמיד כפולה של המטען המינימלי:

כאשר N הוא מספר שלם. כאשר המטען של הגוף גדול משמעותית במודול המטען המינימלי, אז אין טעם לבדוק את הריבוי, אולם כאשר מדובר במטען של חלקיקים, גרעיני אטום, המטען שלהם חייב תמיד להיות שווה למספר שלם של מודולי מטען אלקטרונים.

סימנס (סמל: Cm, S) יחידת מדידה SI של מוליכות חשמלית, הדדית של אוהם. לפני מלחמת העולם השנייה (בברית המועצות עד שנות ה-60), סימנס הייתה יחידת התנגדות חשמלית המקבילה להתנגדות ... ויקיפדיה

Sievert (סמל: Sv, Sv) היא יחידת מדידה של מינונים יעילים ושווים של קרינה מייננת במערכת היחידות הבינלאומית (SI), נמצאת בשימוש מאז 1979. 1 sievert היא כמות האנרגיה הנספגת בק"ג. ... ויקיפדיה

למונח זה יש משמעויות אחרות, ראה Becquerel. Becquerel (סמל: Bq, Bq) הוא מדד לפעילותו של מקור רדיואקטיבי במערכת היחידות הבינלאומית (SI). בקרל אחד מוגדר כפעילות המקור, ב ... ... ויקיפדיה

וולט (סמל: V (רוסית), V (lat.)) היא יחידת מדידה של מתח חשמלי במערכת SI. וולט שווה למתח חשמלי הגורם לזרם ישר של 1 אמפר בהספק של 1 וואט במעגל חשמלי. היחידה קרויה על שם ... ... ויקיפדיה

פאראד (כינוי: Ф, F) היא יחידה של קיבול חשמלי במערכת SI (נקראה בעבר פארד). 1 פארד שווה לקיבול החשמלי של הקבל, שבו מטען של 1 קולומב יוצר מתח של 1 וולט בין לוחות הקבלים. F = ... ... ויקיפדיה

למונח זה יש משמעויות אחרות, ראה ניוטון. ניוטון (סמל: N) היא יחידת כוח במערכת היחידות הבינלאומית (SI). שם בינלאומי מקובל ניוטון (סמל: N). ניוטון הוא יחידה נגזרת. מבוסס על השני ... ... ויקיפדיה

למונח זה יש משמעויות אחרות, ראה סימנס. סימנס (כינוי רוסי: Sm; ייעוד בינלאומי: S) היא יחידת מדידה של מוליכות חשמלית במערכת היחידות הבינלאומית (SI), ההדדיות של אוהם. דרך אחרים ... ... ויקיפדיה

למונח זה יש משמעויות אחרות, ראה פסקל (משמעויות). פסקל (סמל: Pa, בינלאומי: Pa) היא יחידת לחץ (מתח מכני) במערכת היחידות הבינלאומית (SI). פסקל שווה ללחץ ... ... ויקיפדיה

למונח זה יש משמעויות אחרות, ראה טסלה. טסלה (כינוי רוסי: Tl; ייעוד בינלאומי: T) היא יחידת מדידה של השראת השדה המגנטי במערכת היחידות הבינלאומית (SI), שווה מספרית להשראה של ... ... ויקיפדיה

למונח זה יש משמעויות אחרות, ראה גריי. אפור (סמל: Gy, Gy) הוא יחידת מדידה של המינון הנקלט של קרינה מייננת במערכת היחידות הבינלאומית (SI). המינון הנספג שווה לאפור אחד אם כתוצאה מכך ... ... ויקיפדיה