Carga eléctrica- Este cantidad física, que caracteriza la capacidad de partículas o cuerpos para entrar en interacciones electromagnéticas. La carga eléctrica suele estar representada por las letras q o q. En el sistema SI, la carga eléctrica se mide en culombios (C). Una carga gratuita de 1 C es una cantidad gigantesca de carga que prácticamente no se encuentra en la naturaleza. Normalmente, tendrá que trabajar con microculombios (1 µC = 10 -6 C), nanoculombios (1 nC = 10 -9 C) y picoculombios (1 pC = 10 -12 C). La carga eléctrica tiene las siguientes propiedades:
1. La carga eléctrica es un tipo de materia.
2. La carga eléctrica no depende del movimiento de la partícula ni de su velocidad.
3. Las cargas pueden transferirse (por ejemplo, por contacto directo) de un organismo a otro. A diferencia de la masa corporal, la carga eléctrica no es una característica integral de un cuerpo determinado. Un mismo cuerpo en diferentes condiciones puede tener una carga diferente.
4. Existen dos tipos de cargas eléctricas, convencionalmente llamadas positivo Y negativo.
5. Todos los cargos interactúan entre sí. En este caso, las cargas iguales se repelen, las cargas diferentes se atraen. Las fuerzas de interacción entre cargas son centrales, es decir, se encuentran en una línea recta que conecta los centros de las cargas.
6. Existe una carga eléctrica mínima posible (módulo), llamada carga elemental. Su definicion:
mi= 1,602177·10 –19 C ≈ 1,6·10 –19 C.
La carga eléctrica de cualquier cuerpo es siempre múltiplo de la carga elemental:
Dónde: norte– un número entero. Tenga en cuenta que es imposible que exista un cargo igual a 0,5 mi; 1,7mi; 22,7mi etcétera. Las cantidades físicas que sólo pueden tomar una serie discreta (no continua) de valores se denominan cuantificado. La carga elemental e es un cuanto (porción más pequeña) carga eléctrica.
7. Ley de conservación de la carga eléctrica. En un sistema aislado, la suma algebraica de las cargas de todos los cuerpos permanece constante:
La ley de conservación de la carga eléctrica establece que en un sistema cerrado de cuerpos no se pueden observar procesos de creación o desaparición de cargas de un solo signo. También se deduce de la ley de conservación de la carga que si dos cuerpos del mismo tamaño y forma que tienen cargas q 1 y q 2 (no importa en absoluto de qué signo sean las cargas), poner en contacto y luego separarlas nuevamente, entonces la carga de cada uno de los cuerpos será igual:
Desde un punto de vista moderno, los portadores de carga son partículas elementales. Todos los cuerpos ordinarios están formados por átomos, que incluyen carga positiva. protones, Cargado negativamente electrones y partículas neutras - neutrones. Los protones y neutrones forman parte de los núcleos atómicos, los electrones forman la capa electrónica de los átomos. Las cargas eléctricas de un protón y un electrón son exactamente iguales en valor absoluto e iguales a la carga elemental (es decir, la mínima posible). mi.
En un átomo neutro, el número de protones en el núcleo es igual al número de electrones en la capa. Este número se llama número atómico. Un átomo de una sustancia determinada puede perder uno o más electrones o ganar un electrón extra. En estos casos, el átomo neutro se convierte en un ion con carga positiva o negativa. Tenga en cuenta que los protones positivos son parte del núcleo de un átomo, por lo que su número solo puede cambiar durante reacciones nucleares. Es obvio que cuando los cuerpos se electrifican no se producen reacciones nucleares. Por tanto, en cualquier fenómeno eléctrico, el número de protones no cambia, solo cambia el número de electrones. Entonces, un mensaje al cuerpo. carga negativa significa transferirle electrones adicionales. y el mensaje Carga positiva, contrariamente a un error común, no significa sumar protones, sino restar electrones. La carga puede transferirse de un cuerpo a otro sólo en porciones que contengan un número entero de electrones.
A veces, en los problemas, la carga eléctrica se distribuye por un determinado cuerpo. Para describir esta distribución se introducen las siguientes cantidades:
1. Densidad de carga lineal. Se utiliza para describir la distribución de carga a lo largo del filamento:
Dónde: l- longitud de la rosca. Medido en C/m.
2. Densidad superficial cargar. Se utiliza para describir la distribución de carga sobre la superficie de un cuerpo:
Dónde: S- área superficial del cuerpo. Medido en C/m2.
3. Densidad de carga volumétrica. Se utiliza para describir la distribución de carga sobre el volumen de un cuerpo:
Dónde: V– volumen corporal. Medido en C/m3.
Tenga en cuenta que masa de electrones es igual a:
metromi= 9,11∙10 –31 kg.
ley de Coulomb
Cargo por puntos llamado cuerpo cargado, cuyas dimensiones pueden despreciarse en las condiciones de este problema. Basándose en numerosos experimentos, Coulomb estableció la siguiente ley:
Fuerzas de interacción entre inmóviles. cargos puntuales son directamente proporcionales al producto de los módulos de carga e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre ellos:
Dónde: ε – la constante dieléctrica de un medio es una cantidad física adimensional que muestra cuántas veces la fuerza de interacción electrostática en un medio dado será menor que en el vacío (es decir, cuántas veces el medio debilita la interacción). Aquí k– coeficiente de la ley de Coulomb, valor que determina el valor numérico de la fuerza de interacción de las cargas. En el sistema SI su valor se toma igual a:
k= 9∙10 9 m/F.
Las fuerzas de interacción entre cargas puntuales fijas obedecen a la tercera ley de Newton y son fuerzas de repulsión entre sí con los mismos signos de cargas y fuerzas de atracción entre sí con diferentes signos. La interacción de cargas eléctricas estacionarias se llama electrostático o interacción de Coulomb. La rama de la electrodinámica que estudia la interacción de Coulomb se llama electrostática.
La ley de Coulomb es válida para cuerpos con carga puntual, esferas y bolas con carga uniforme. En este caso, para distancias r tomar la distancia entre los centros de esferas o bolas. En la práctica, la ley de Coulomb se cumple si los tamaños de los cuerpos cargados son mucho menores que la distancia entre ellos. Coeficiente k en el sistema SI a veces se escribe como:
Dónde: ε 0 = 8,85∙10 –12 F/m – constante eléctrica.
La experiencia muestra que las fuerzas de interacción de Coulomb obedecen al principio de superposición: si un cuerpo cargado interactúa simultáneamente con varios cuerpos cargados, entonces la fuerza resultante que actúa sobre este cuerpo es igual a la suma vectorial de las fuerzas que actúan sobre este cuerpo de todos los demás cuerpos cargados. cuerpos.
Recuerde también dos definiciones importantes:
Conductores– sustancias que contienen portadores de carga eléctrica libres. Dentro del conductor, el libre movimiento de los electrones (portadores de carga) puede fluir a través de los conductores. electricidad). Los conductores incluyen metales, soluciones y masas fundidas de electrolitos, gases ionizados y plasma.
Dieléctricos (aislantes)– sustancias en las que no existen portadores libres de carga. La libre circulación de electrones dentro de los dieléctricos es imposible (la corriente eléctrica no puede fluir a través de ellos). Son los dieléctricos los que tienen una determinada constante dieléctrica, no igual a la unidad. ε .
Para la constante dieléctrica de una sustancia, se cumple lo siguiente (sobre lo que es un campo eléctrico justo debajo):
Carga eléctrica y sus propiedades básicas.
Ley de conservación de la carga eléctrica.
Carga eléctrica es una cantidad física escalar que determina la intensidad de las interacciones electromagnéticas. La unidad de carga es [q] culombio.
Propiedades de la carga eléctrica:
1. Carga eléctrica no es una cantidad de signo definido; hay cargas tanto positivas como negativas.
2. Carga eléctrica- la cantidad es invariante. No cambia cuando el portador de carga se mueve.
3. Carga eléctrica aditivo
4. Carga eléctrica es un múltiplo de elemental. q = Ne. Esta propiedad de la carga se llama discreción (cuantización).
5.todos carga eléctrica de cualquier sistema aislado se conserva. Esta propiedad es Ley de conservación de la carga eléctrica.
Ley de conservación de la carga eléctrica. - Las cargas eléctricas no se crean ni se destruyen, sino que sólo se transfieren de un cuerpo a otro o se redistribuyen dentro del cuerpo.
Electrostática. Cargo por puntos. Ley de Coulomb. El principio de superposición de fuerzas. Superficie volumétrica y densidad de carga lineal.
Electrostática- una sección del estudio de la electricidad que estudia la interacción de cargas eléctricas estacionarias.
Cargo por puntos es un cuerpo cargado cuyo tamaño y forma pueden despreciarse.
Declaración de la ley de Coulomb: La fuerza de interacción electrostática entre dos cargas eléctricas puntuales es directamente proporcional al producto de las magnitudes de las cargas, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas y se dirige a lo largo de la línea recta que las conecta de modo que las cargas iguales se repelen y las diferentes. atraer.
El principio de superposición de fuerzas. radica en el hecho de que la acción de varias fuerzas puede ser reemplazada por la acción de una: la resultante. La resultante es una sola fuerza cuyo resultado equivale a la acción simultánea de todas las fuerzas aplicadas a este cuerpo.
Densidad de carga lineal: carga por unidad de longitud.
Densidad de carga superficial: carga por unidad de área.
Densidad de carga volumétrica: carga por unidad de volumen.
Tensión campo eléctrico. Líneas eléctricas campo electrostático. Intensidad de campo de una carga puntual estacionaria. Campo electrostático. Principio de superposición.
Intensidad del campo eléctrico- una cantidad física vectorial que caracteriza el campo eléctrico en un punto dado y es numéricamente igual a la relación entre la fuerza que actúa sobre una carga puntual estacionaria colocada en un punto dado del campo y la magnitud de esta carga q.
Líneas de campo electrostático tener las siguientes propiedades:
1. Siempre abierto: comenzando en cargas positivas (o en el infinito) y terminando en cargas negativas (o en el infinito).
2 . No se cruzan ni se tocan.
3 . La densidad de las líneas es mayor cuanto mayor es la intensidad, es decir, la intensidad del campo es directamente proporcional al número de líneas de fuerza que pasan por una unidad de área ubicada perpendicular a las líneas.
Potencial de campo electrostático. Circulación del campo del vector E. Teorema sobre la circulación del vector E del campo electrostático en int. y diferencia. formas, su significado significativo.
Dado que el principio de superposición es válido para la intensidad del campo electrostático, entonces cualquier campo electrostático es potencial.
Teorema sobre la circulación del vector E del campo electrostático: Circulación mi a lo largo de un circuito cerrado L siempre es igual a cero.
En diferencia. forma:
El campo electrostático es potencial.
Energía potencial carga puntual en un campo electrostático. Potencial de campo electrostático. Superficies equipotenciales. Potencial de campo de una carga puntual estacionaria. Principio de superposición de potencial.
La energía potencial de una carga en un campo electrostático uniforme es igual a:
Potencial - una cantidad escalar es la energía característica del campo en un punto dado y es igual a la relación entre la energía potencial que posee la carga de prueba y esta carga.
Superficie equipotencial es la superficie en la que el potencial de un campo dado toma el mismo valor.
Potencial de campo de una carga puntual estacionaria:
Principio de superposición de potenciales.- El potencial de campo creado por un grupo de cargas en un punto arbitrario es igual a la suma de los potenciales de campo creados por cada carga.
momento
y adquiere potencial energía
El dipolo tiene:
· sudor mínimo. energía:
en posición (posición de equilibrio estable);
· sudoración máxima. energía:
en posición (posición de equilibrio inestable);
En todos los demás casos, surge un momento de fuerza que hace girar el dipolo a una posición de equilibrio estable.
En un campo electrostático externo no uniforme, un momento de fuerza actúa sobre un dipolo puntual y este dipolo tiene energía potencial.
La fuerza que actúa sobre un dipolo puntual en un medio heterogéneo. correo electrónico estadística. campo:
En el circuito eléctrico heterogéneo externo. estadística. campo, un dipolo puntual, bajo la acción simultánea de un momento de fuerza, gira en la dirección del campo y la fuerza, se mueve en la dirección donde el valor absoluto es mayor (se estira hacia un campo más fuerte).
En Explorador.
Hay espacios libres en el explorador. Las cargas son portadores actuales capaces de moverse bajo la influencia de una fuerza arbitrariamente pequeña. en todo el volumen del conductor.
La inducción electrostática es el fenómeno de redistribución de cargas en la superficie de un conductor bajo la influencia de sus lados. campo electrostático.
Redistribución Las cargas se detendrán cuando se complete cualquier punto del conductor. condición:
Porque , entonces la intensidad del campo electrostático en cualquier punto dentro del conductor:
Porque entonces
– el potencial del conductor es el mismo. en todo su interior puntos y en la superficie
Condiciones para la distribución de carga estacionaria en un conductor:
2.Izb. No hay cargas dentro del conductor y las cargas inducidas están distribuidas.
en su superficie ()
3.Cerca del lado exterior de la superficie. El vector del conductor se dirige normal a este.
superficie en cada punto ()
4. Todo el volumen del conductor es región equipotencial, y su superficie es equipotencial
Circuito con corriente en un campo magnético. El momento de las fuerzas que actúan sobre un circuito portador de corriente y la energía potencial de un circuito portador de corriente en un campo magnético uniforme. Trabajo de fuerzas campo magnético al mover un circuito que transporta corriente.
Momento magnético corriente de línea Yo, caminando a lo largo de un contorno plano cerrado (cuyos puntos se encuentran en el mismo plano):
S – superficie limitada por el contorno; en SI = A*
La fuerza en amperios resultante que actúa sobre un circuito que transporta corriente en un campo magnético uniforme es 0.
Por tanto, el momento total de las fuerzas en amperios no depende de la elección del punto O, con respecto al cual se calcula:
Momento de fuerza que actúa sobre un circuito cerrado con corriente I en un campo magnético de inducción:
Cuando M=0 (es decir, el circuito actual está en equilibrio).
Cuando el momento máximo de fuerza actúa sobre el circuito.
Energía potencial de un circuito cerrado con corriente en un campo magnético:
Trabajo fuerza en amperios:
En este caso, la dirección de la normal positiva forma un sistema diestro. Esta fórmula es válida en el caso de movimiento arbitrario de un contorno de cualquier forma en un campo magnético.
29. Campo magnético en la materia. Magnetización de dia y paramagnetos. Vector de magnetización . Teorema de circulación de campos vectoriales en forma integral y diferencial.
Cualquier sustancia es magnética (es decir, capaz de magnetizarse bajo la influencia de un campo magnético externo).
La corriente de conducción (I, ) es una corriente causada por el movimiento direccional de los portadores de corriente en una sustancia.
Corrientes moleculares (): corrientes asociadas con el movimiento orbital y el giro de partículas elementales en los átomos de la materia. Cada corriente molecular tiene un momento magnético.
Los diamagnetos son sustancias cuyos momentos magnéticos de los átomos en ausencia de un campo magnético externo son iguales a cero, es decir Se compensan los momentos magnéticos de todas las partículas elementales de un átomo (molécula).
Las sustancias paramagnéticas son sustancias cuyos átomos, en ausencia de un campo magnético externo, tienen un momento magnético distinto de cero, pero su dirección está, por tanto, orientada al azar.
Cuando un material diamagnético se introduce en un campo magnético externo, se induce un par adicional en cada uno de sus átomos, dirigido contra el campo magnético externo.
Cuando una sustancia paramagnética se introduce en un campo magnético externo, el momento magnético de sus átomos (moléculas) se orienta en la dirección del campo externo.
La magnetización de una sustancia se debe a la orientación preferencial o inducción de moléculas individuales en una dirección. La magnetización de una sustancia conduce a la aparición de corrientes de magnetización (corrientes moleculares promediadas en la región macroscópica):
donde es el vector de densidad de corriente de magnetización que pasa a través de la superficie orientada S.
Según el principio de superposición:
¿Dónde está la inducción del campo externo?
Inducción de campo magnético de corrientes magnetizantes.
El vector de magnetización es una característica cuantitativa del estado magnetizado de una sustancia, igual a la relación entre el momento magnético total de un volumen físicamente pequeño de un imán y este volumen:
En SI [J] = A/m.
Teorema sobre la circulación del vector campo magnetostático en forma diferencial:
en cualquier punto del campo magnetostático, el vector del rotor es igual al vector de densidad de corriente magnetizante en el mismo punto.
Electrostática –Esta es una rama de la física que estudia la interacción y las propiedades de sistemas de cargas eléctricas estacionarias con respecto a un sistema de referencia inercial seleccionado.
La base de toda la diversidad de los fenómenos naturales reside en cuatro interacciones fundamentales entre partículas elementales.
gravitacional,
electromagnético,
Carga eléctrica - portador interacción electromagnética.
Propiedades fundamentales de las cargas.
1. La carga eléctrica puede ser de dos tipos: positivo(cuando la piel roza el vidrio) y negativo(al frotar pelaje con ebonita). Los cuerpos con cargas eléctricas del mismo signo se repelen, los cuerpos con cargas de signos opuestos se atraen.
2. Los portadores de carga eléctrica son partículas elementales cargadas con carga elemental(Coulomb es la unidad SI de carga eléctrica)
protón – portador de carga positiva (+ mi), (metro pag=1,6710 -27 kg);
electrón – portador de carga negativa (– mi), (metro mi=9,1110 -31 kg).
La carga de cualquier otro cuerpo es un múltiplo entero de carga electrica elemental.
3. Ley fundamental de conservación de la carga eléctrica.(realizado en cualquier proceso de creación y destrucción de partículas elementales): en cualquier sistema eléctricamente aislado la suma algebraica de cargas no cambia .
4. La carga eléctrica es relativistaCinvariante ki: su magnitud no depende del marco de referencia, y por tanto no depende de si está en movimiento o en reposo.
Entonces, cargar un cuerpo positivamente significa quitarle una cierta cantidad de electrones, y cargarlo negativamente significa darle al cuerpo una cierta cantidad de electrones adicionales. Tenga en cuenta que las cargas corporales del orden de 1 nC = 10 -9 C pueden considerarse bastante significativas. Para que un cuerpo tenga tal carga, el número de electrones que contiene debe diferir del número de protones en ! cosas.
Clasificación de organismos en función de la concentración de cargas libres
ConductoresIalgo así como– metales (las cargas se mueven sin transformaciones químicas);
ConductoresIIalgo así como– electrolitos (el movimiento de cargas va acompañado de transformaciones químicas);
Conductores(organismos con libre circulación de cargas en todo el volumen);
Semiconductores(cuerpos con movimiento limitado de cargas);
Dieléctricos(organismos en los que prácticamente no existen cargos gratuitos);
Unidad de carga eléctrica Coulomb es una derivada de la unidad de corriente; es una carga eléctrica que pasa a través de la sección transversal de un conductor con una corriente de 1 A en 1 s (1C = 1A1s).
Ley de Coulomb. Constante dieléctrica y su significado físico.
Arroz. 1. Esquema de interacción de cargas puntuales.
,
(1)
Dónde k– coeficiente de proporcionalidad, dependiendo de la elección de las unidades de medida. En el sistema SI
- constante eléctrica.
Fuerza F llamado fuerza de culombio, es una fuerza de atracción si las cargas tienen signos diferentes (Fig. 1), y una fuerza de repulsión si las cargas tienen el mismo signo.
Si se colocan cargas eléctricas dentro de un dieléctrico, entonces la fuerza de interacción eléctrica disminuye de acuerdo con la expresión:
,
(2)
Dónde 
- constante dieléctrica del medio, que muestra cuántas veces la fuerza de interacción entre cargas puntuales en un dieléctrico es menor que la fuerza de su interacción en el vacío.
Valores de constantes dieléctricas para algunas sustancias.
