În fizică, conservarea sarcinilor este principiul că sarcina electrică nu poate fi nici creată, nici distrusă. Cantitatea netă de sarcină electrică, pozitivă minus negativă din univers, este întotdeauna conservată. Conservarea încărcării este o lege fizică care spune că modificarea cantității de sarcină într-un volum este exact egală cu sarcina care intră în volum minus cea care iese din volum.
Acest lucru nu înseamnă că sarcinile individuale pozitive și negative nu pot fi create sau distruse. Sarcina electrică este purtată de particule subatomice, cum ar fi electronii și protonii, care pot fi create și distruse. În fizica particulelor, conservarea sarcinii înseamnă că în reacțiile elementare ale particulelor care creează particule încărcate, se creează întotdeauna un număr egal de particule pozitive și negative, menținând neschimbată cantitatea netă de sarcină.
Deși conservarea sarcinii consideră cantitatea totală de sarcină din univers ca fiind constantă, ea lasă deschisă întrebarea despre ce este această cantitate. Argumentele simple elimină unele tipuri de neconservare a sarcinilor. De exemplu, mărimea sarcinii elementare pe particule pozitive și negative trebuie să fie extrem de apropiată, diferită de cel mult 10-21 pentru protoni și electroni. Materia normală conține un număr egal de sarcini pozitive și negative, protoni și electroni, în cantități enorme.
Cele mai bune teste experimentale ale conservării sarcinii sunt căutările pentru dezintegrarea particulelor care ar fi permise dacă sarcina electrică nu este întotdeauna conservată. Nu s-au găsit vreodată astfel de dezintegrări. Totuși există argumente teoretice că dezintegrarea cu un singur foton nu va apărea niciodată, chiar dacă sarcina nu este conservată. Testele de dispariție a sarcinii sunt sensibile la dezintegrarea fără fotoni energetici, sau la alte procese neobișnuite de încălcare a sarcinilor, cum ar fi un electron care se transformă spontan într-un pozitron sau o sarcină electrică care se deplasează în alte dimensiuni.
Fenomenele electrice și magnetice sunt fundamentale pentru înțelegerea lumii moderne. Conservarea sarcinii se poate evidenția prin exemple practice: atunci când se freacă două obiecte, unul acumulează o anumită cantitate de un tip de sarcină, iar celălalt o cantitate egală de celălalt tip. Modelul cu două tipuri de sarcină explică forțele atracției și respingerii dintre obiecte încărcate diferit.
Două tipuri de sarcină și unitatea de măsură
Există două tipuri de sarcină electrică: pozitivă și negativă. Dacă un obiect acumulează o cantitate de un tip, Celălalt va fi încărcat cu aceeași cantitate, dar cu celălalt tip de sarcină. Unitatea de măsură pentru sarcina electrică este coulombul (C). Un coulomb reprezintă cantitatea de sarcină electrică care produce o forță de 9,0×10^9 N între două corpuri punctiforme cu sarcina de 1 C aflate la distanță de 1 m. Simbolul pentru sarcină este q, iar semnul (+) sau (-) este folosit pentru a distinge tipurile de sarcină.
Legea lui Coulomb și consecințele sale
Legea lui Coulomb afirmă că forța între două obiecte încărcate electric la distanța r este proporțională cu produsul sarcinilor și invers proporțională cu pătratul distanței: F ∝ (q1 q2) / r^2. Forța este de atracție dacă semnele sarcinilor sunt diferite și de respingere dacă semnele sunt aceleași. Cantitatea de energie sau forța depinde de magnitudinea sarcinilor și de distanța dintre ele.
Conservarea sarcinii în practică
Exemplele practice arată că, folosind semnele "+" și "-", cantitatea totală de sarcină se conservează. Dacă frecăm două obiecte neutre, unul obține o cantitate de un tip de sarcină iar celălalt o cantitate egală de celălalt tip. Dacă sarcinile de pe fiecare particulă sunt caracteristice tipului său, iar particulele nu pot fi create sau divizate, conservarea sarcinii este inevitabilă.
Forțele electrice pot implica obiecte neutre din punct de vedere electric. Un obiect încărcat poate atrage obiecte neutre, deoarece distribuția sarcinilor în obiectele neutre poate duce la polizare. În figura c, banda este încărcată pozitiv; particulele mobile din hârtie se repliază astfel încât un capăt să devină negativ iar celălalt pozitiv, generând atracție față de banda încărcată.
Atomul, protonul și electronul
Protonul are sarcina electrică +e, masa 1, poziția în nucleu; electronul are sarcina -e, masa aproximativ 1/1836 din masa protonului, orbitează nucleul; neutronul are sarcina zero. Simbolul "e" din tabelul periodic reprezintă 1,60×10^-19 C.
Acest model explică distribuția sarcinilor în atom: protoni în nucleu, electroni în nori electroni; sarcina totală a atomului este neutră, deoarece numărul de electroni echilibrează numărul de protoni.
Aplicații ale conservării sarcinii
Aplicațiile incluși în înțelegerea reacțiilor particulelor, în detectarea proceselor de dezintegrare și în construcția echipamentelor de colectare a energiei electrice. Testele și experimentele moderne caută fenomene de încălcare a conservării sarcinii, pentru a delimita limitele teoriei actuale. În practică, conservarea sarcinii este o baghetă conceptuală ce ghidează analiza interacțiunilor dintre particule încărcate și determină posibilele rezultate ale reacțiilor.
Electricitatea statică - Anuradha Bhagwat
Model simplificat al atomului
- Protonul: sarcină +e, masa 1, poziție în nucleu.
- Neutronul: sarcină 0, masă ~1, în nucleu.
- Electronul: sarcină -e, masă ~1/1836, orbitează nucleul.
Aceste concepte permit înțelegerea principalelor efecte electromagnetice din lumea macroscopică, de la câmpuri și curenți până la funcționarea multor dispozitive tehnologice moderne.
tags: #principiul #conservarii #sarcinii #electrice #se #aplica