電荷とその性質

自然界で起こる物理的プロセスは、分子動力学理論、力学、または熱力学の法則の作用によって常に説明されるわけではありません。距離を置いて作用し、体重に依存しない電磁力もあります。

それらの現象は、ギリシャの古代科学者の著作の中で最初に説明されました。そのとき、それらは琥珀で個々の物質の光の小さな粒子を集め、羊毛にこすったものでした。

電気力学の発展に対する科学者の歴史的貢献

琥珀を使った実験はイギリスの研究者ウィリアム・ヒルバートによって詳細に研究されました...16世紀の最後の年に、彼は自分の研究について説明し、遠くから他の物体を引き付けることができる物体を「帯電」という用語で定義しました。

フランスの物理学者シャルル・デュフェイは、反対の符号を持つ電荷の存在を確立しました。あるものは絹織物にガラスの物体をこすることによって形成され、他のものは羊毛に樹脂をこすりつけることによって形成されました。彼はそれらを「ガラスと樹脂」と呼んでいました。研究を完了した後、ベンジャミン フランクリンは負と正の電荷の概念を導入しました。

Charles Visulka は、自身の発明によるねじりバランスを設計することによって、装薬の強さを測定できる可能性を実現しました。

ロバート・ミリケンは、一連の実験に基づいて、あらゆる物質の電荷の離散的な性質を確立し、それらが一定数の素粒子から構成されていることを証明しました。 (この用語の別の概念である断片化、不連続性と混同しないでください。)

これらの科学者の研究は、電気力学によって研究された、電荷とその運動によって生成される電場と磁場で発生するプロセスと現象に関する現代の知識の基礎として役立ちました。

料金とその相互作用の原則の決定

電荷は、電場を生成し、電磁プロセスで相互作用する能力を物質に与える物質の特性を特徴づけます。電気量とも呼ばれ、物理的なスカラー量として定義されます。記号「q」または「Q」は電荷を示すために使用され、単位「ペンダント」は測定に使用されます。これは、独自の技術を開発したフランスの科学者の名前にちなんで名付けられました。

彼は、石英の細い糸に吊るされたボールを本体に使用した装置を作成しました。それらは特定の方法で空間内で方向付けられており、その位置は均等に分割された段階的なスケールに対して記録されました。

蓋の特別な穴を通して、追加料金がかかる別のボールがこれらのボールにもたらされました。結果として生じる相互作用の力により、ボールは偏向し、スイングが回転します。充電前後の目盛りの読み取り値の違いから、試験サンプルの電気量を推定することができました。

SI システムでは、1 クーロンの電荷は、1 秒に等しい時間内にワイヤの断面を通過する 1 アンペアの電流によって特徴付けられます。

現代の電気力学では、すべての電荷は次のように分割されます。

• ポジティブ;

• ネガティブ。

それらが相互に作用すると、その方向が既存の極性に依存する力が発生します。

同じ種類の電荷は、正または負にかかわらず、常に反対方向に反発し、可能な限り互いに遠ざかろうとします。また、反対の符号の電荷には、それらを引き寄せて 1 つに結合しようとする力が働きます。 。

重ね合わせの原理

特定の体積内に複数の電荷がある場合、重ね合わせの原理が働きます。

その意味は、上で説明した方法に従って、それぞれの電荷が特定の方法で他のすべての電荷と相互作用し、反対のものによって引き付けられ、類似のものによって反発されるということです。例えば、正電荷q1は、負電荷q3に対する引力F31と、q2からの斥力F21の影響を受ける。

q1 に作用する力 F1 は、ベクトル F31 と F21 の幾何学的和によって決まります。 (F1 = F31 + F21)。

同じ方法を使用して、それぞれ電荷 q2 と q3 に生じる力 F2 と F3 を決定します。

重ね合わせの原理を使用して、閉じた系内の特定の数の電荷に対して、そのすべての物体の間に一定の静電力が作用し、この空間内の特定の点の電位はすべての物体の電位の合計に等しいと結論付けられました。別途請求される料金。

これらの法則の動作は、共通の動作原理を持つ試作されたデバイス検電器と電位計によって確認されます。

検電器は、金属ボールに取り付けられた導電性糸上の絶縁空間に吊り下げられた 2 枚の同一の薄い箔シートで構成されています。通常の状態では、このボールには電荷が作用しないため、花びらは装置のバルブ内の空間に自由にぶら下がっています。

物体間で電荷はどのように移動するのか

棒などの帯電した物体を検電器のボールに近づけると、電荷は導電性の糸に沿ってボールを通過して花びらに達します。それらは同じ電荷を受け取り、加えられた電気量に比例した角度で​​互いに遠ざかり始めます。

電位計の基本構造は同じですが、小さな違いがあります。1 枚の花びらは動かずに固定され、2 番目の花びらはそこから離れて移動し、目盛りを読み取ることができる矢印が付いています。

中間キャリアは、離れた静止した帯電した物体から電位計に電荷を転送するために使用できます。

電位計による測定の精度はそれほど高くなく、それに基づいて電荷間に作用する力を分析することは困難です。クーロンねじり平衡は彼らの研究により適しています。彼らは、互いの距離よりもはるかに小さい直径のボールを使用しました。それらは点電荷、つまり寸法がデバイスの精度に影響を与えない帯電した物体の特性を持っています。

クーロンが行った測定は、点電荷は帯電した物体から特性と質量が同じ物体に移動するが、点電荷はそれらの間で均等に分布し、発生源で 2 分の 1 に減少するような形で帯電していないという彼の仮定を裏付けました。このようにして、料金を2倍、3倍などに減らすことができました。

定常電荷間に存在する力は、クーロン相互作用または静的相互作用と呼ばれます。それらは、電気力学の分野の 1 つである静電気学によって研究されます。

電荷担体の種類

現代科学では、最小の負に帯電した粒子は電子、そして正に - 陽電子と考えられています...それらは同じ質量9.1×10-31キログラムを持っています。粒子陽子は正電荷を 1 つだけ持ち、質量は 1.7 × 10-27 キログラムです。自然界では、プラスとマイナスの電荷の数はバランスが取れています。

金属では電子の動きが生まれる 電気、半導体では、その電荷キャリアは電子と正孔です。

気体中では、イオン（陽イオンまたは陰イオンと呼​​ばれる、正電荷を持つ帯電した非元素粒子（原子または分子））の動きによって電流が形成されます。

イオンは中性粒子から形成されます。

強力な放電、光や放射線、風の流れ、水塊の動き、その他多くの理由の影響で電子を失った粒子には、正の電荷が生成されます。

マイナスイオンは、さらに電子を受け取った中性粒子から形成されます。

医療目的と日常生活におけるイオン化の使用

研究者らは、マイナスイオンが人体に影響を与え、空気中の酸素の消費を改善し、組織や細胞により速く酸素を届け、セロトニンの酸化を促進する能力に長い間注目してきました。複合体のこれらすべては、免疫力を大幅に高め、気分を改善し、痛みを和らげます。

人間の治療に使用された最初のイオナイザーは、人間の健康に有益な効果をもたらす装置を作成したソ連の科学者に敬意を表して、チジェフスキー シャンデリアと名付けられました。

家庭環境で作業するための現代の電化製品では、掃除機、加湿器、ヘアドライヤー、ヘアドライヤーなどにイオナイザーが組み込まれています。

特別な空気イオナイザーはその組成を浄化し、粉塵や有害な不純物の量を減らします。

水イオナイザーは、その組成に含まれる化学試薬の量を減らすことができます。これらはプールや湖を浄化するために使用され、銅または銀のイオンで水を飽和させ、藻類の成長を減らし、ウイルスや細菌を破壊します。

役立つ用語と定義

体積電荷とは

これはボリューム全体に分布する電荷です。

表面電荷とは何ですか

表面全体に分布すると考えられる電荷です。

線形電荷とは何ですか

線に沿って分布すると考えられる電荷です。

電荷の体積密度とは何ですか

これは、体積電荷の分布を特徴付けるスカラー量であり、この体積要素がゼロになる傾向があるときに、体積電荷が分布する体積要素に対する体積電荷の比率の限界に等しい。

表面電荷密度とは何ですか

これは、表面電荷の分布を特徴付けるスカラー量であり、表面電荷が分布する表面要素がゼロになる傾向がある場合の、表面電荷と表面要素との比率の限界に等しい。

線電荷密度とは

これは、線形電荷の分布を特徴付けるスカラー量であり、この電荷が分布する線の長さの要素がゼロになる傾向がある場合の、線形電荷と線の長さの要素との比の限界に等しい。 。

電気双極子とは何ですか

これは、大きさが等しく符号が逆で、観測点までの距離に比べて互いに非常に短い距離に位置する 2 つの点電荷のセットです。

電気双極子の電気モーメントとは何ですか

これは、双極子の電荷の 1 つの絶対値とそれらの間の距離の積に等しいベクトル量であり、負の電荷から正の電荷に向けられます。

身体の電気モーメントとは何ですか

これは、検討中の物体を構成するすべての双極子の電気モーメントの幾何学的和に等しいベクトル量です。 「所定体積の物質の電気モーメント」も同様の方法で定義されます。