Sarcina este un termen tehnic utilizat pentru a indica faptul că există forţe electrice ce se exercită asupra unui obiect. Spunem acest lucru pentru a se face distincția de utilizarea comună, în care termenul este folosit fără discriminare pentru orice problemă de ordin electric. Două tipuri de sarcină, interacțiunile lor opuse și Legea lui Coulomb formează baza înțelegerii structurii atomice și a comportamentului materiei la scară microscopică.
Două tipuri de sarcină și distribuția această lor în materie
Se pot aduna o mulţime de date privind forţele electrice exercitate între diferite corpuri încărcate diferit. De exemplu, am descoperit că blana pisicii frecată de blana unui iepure va atrage sticla, dacă aceasta din urmă a fost frecată anterior de mătase. Cum putem înţelege ceva din toate acestea? Lucrurile sunt simple dacă observăm că sunt doar două tipuri de sarcini. Să presupunem că frecarea blănii de pisică de blana de iepure reprezintă modelul A, iar frecarea sticlei de o bucată de mătase reprezintă modelul B. Vom vedea că nu există niciun model „C”. Orice obiect electricificat prin orice metodă se va comporta ca modelul A, atrăgând obiecte pe care A le atrage şi respingându-le pe acelea pe care A le respinge sau se comportă ca modelul B, arătând aceleaşi forţe de atracţie şi respingere ca şi B. Modelele A şi B sunt întotdeauna caracterizate de interacţiuni opuse.
Coulombul
Deşi sunt doar două tipuri de sarcini, fiecare tip poate exista în cantităţi diferite. Unitatea de măsură pentru sarcina electrică este coulombul, definit după cum urmează: Un coulomb (C) reprezintă cantitatea de sarcină electrică care face ca o forţă de 9,0×10^9 N este exercitată între două corpuri punctiforme cu sarcina de 1 C, aflate la distanţa de 1 m. Cantitatea de sarcină se notează cu q. Factorul numeric din definiţie este o constantă. Definiţia este atribuită corpurilor punctiforme (corpuri foarte mici), deoarece, în caz contrar, distanţa între diferite părți ale corpurilor respective ar deveni inegală.
Modelul atomului: două tipuri de particule încărcate
Experimentele arată ca toate metodele de a freca sau a încărca electric în alt fel obiecte implică două obiecte şi ambele vor sfârşi încărcate electric. Dacă un obiect va acumula o anumită cantitate de un anumit tip de sarcină, atunci celălalt va fi încărcat cu aceeaşi cantitate, dar alt tip de sarcină. Acest lucru lasă loc multor interpretări, dar ideea este că elementele fundamentale ale materiei sunt de două feluri, fiecare cu tipul său de sarcină. Prin frecatul obiectelor între ele se transferă anumite particule de la unul la celălalt. Aşadar, un obiect neîncărcat electric poate avea o mare cantitate ale ambelor tipuri de sarcină, însă cantităţile sunt egale şi sunt distribuite în acelaşi fel în acesta.
Din moment ce A respinge orice obiect pe care B îl atrage, şi viceversa, atunci forţa rezultantă dintre acest obiect şi oricare altul va fi egală cu 0. Restul capitolului detaliază acest model şi discută despre modul în care aceste particule misterioase pot fi înţelese că fiind părţi integrante ale atomilor.
Utilizarea semnului "+" şi "-" pentru sarcină
Deoarece cele două tipuri de sarcină tind să îşi anuleze forţele reciproce, are sens să utilizăm semnele "+" şi "-" şi să discutăm despre sarcina totală a unui obiect. Este la alegerea fiecăruia cum pune semnul "+" şi "-". Benjamin Franklin a decis să folosească semnul negativ pentru obiectul A, dar asta nu are importanţă atâta timp cât rezultatele sunt consecvente. Un obiect cu o sarcină totală egală cu 0 (are aceeaşi cantitate ale ambelor tipuri de sarcină) este neutru din punct de vedere electric.
Legea lui Coulomb
O sumă considerabilă de observaţii experimentale pot fi sintetizate după cum urmează: Legea lui Coulomb: mărimea forţei care acţionează între obiectele punctiforme încărcate electric la distanţa r (r este raza sferei) este dată de ecuaţia unde constanta k= 9,0 x 10^9 N*m^2 / C^2. Forţa este de atracţie dacă sarcinile sunt de semne diferite, respectiv de respingere dacă sarcinile au acelaşi semn.
Conservarea sarcinii
Experimentele arată ca folosind semnele “+” şi “-“, cantitatea totală de sarcină se conservă. De aceea atunci când frecăm două obiecte neîncărcate electric, unul obţine o anumită cantitate al unuia tip de sarcină, iar celălalt o cantitate egală al celuilalt tip. Conservarea sarcinii pare firească în modelul nostru în care materia este formată din particule pozitive şi negative. Dacă sarcina de pe fiecare particulă este caracteristică acelui tip de particulă, iar dacă particulele nu pot fi nici create, nici divizate, atunci conservarea sarcinii este iminentă.
Forţe electrice care implică obiecte neutre
Aşa cum este arătat în figura b, un obiect încărcat electric poate atrage obiecte neutre din punct de vedere electric. Cum este posibil? În figura c presupunem că banda este încărcată cu sarcină pozitivă. Particulele mobile din hârtie vor răspunde forţelor din bandă, făcând ca un capăt al hârtiei să devină încărcat cu sarcină negativă, iar celălalt cu sarcină pozitivă.
Atomul și particulele subatomice
Odată am avut un student al cărui tată a fost electrician. Tatăl său nu a crezut niciodată că electronii ar genera curentul electric prin cablu, deoarece cablul este solid, iar particulele care treceau prin el l-ar perfora. Înainte de 1905 fizicienii știau despre circuite electrice, însă nu despre particulele subatomice. Astfel, este important să trecem în revistă cum este alcătuit atomul.
Protonul: sarcina electrică +e, masa 1; poziția în atom: în nucleu. Electronul: sarcina electrică -e, masa 1/1836, poziția în atom: orbitează nucleul. Neutronul: sarcina electrică 0, masa despre 1, fiind în nucleu. Simbolul "e" reprezintă 1,60×10^-19 C. Sarcina este cuantificată; cea mai mică sarcină pozitivă este +1,602×10^-19 C, cea mai mică sarcină negativă este -1,602×10^-19 C. Sarcina este conservată; nu poate fi creată sau distrusă, doar transferată.
Electronii, protonii și neutronii sunt fermioni; Pauli Impuls de Excluziune aplicat fermionilor identici. Atomul este nucleu pozitiv înconjurat de un nor de electroni cu sarcină negativă de la nucleu. În mod natural, numărul de protoni (număr atomic) definește elementul; numărul de neutroni determină izotopii; masa nucleului este în general predominantă în massă. Nucleonii sunt legați prin forța tare; raza nucleului este mult mai mică decât raza atomului. Importanța existenței neutronilor a fost confirmată în 1932 de James Chadwick.
În modelul modern, electronii sunt fermioni fundamentali, iar protonii și neutronii sunt aparținți quarkurilor; pentru protoni se folosesc două quarkuri up (+2/3) și un quark down (-1/3); neutronii constau dintr-un up și două down. Forța tare, mediatorul gluoni, ține nucleonii împreună într-un nucleu compact; electronii formează norul electronic în jurul nucleului. Atomii se pot combina în molecule prin legături chimice. Materia este alcătuită din atomi neutri sau ionizați; numărul de protoni definește elementul, iar distribuția de neutroni conferă izotopii. Regulile cuantice, inclusiv principiul lui Pauli, explică distribuția electronilor în stări distincte.
Istoria conceptelor atomice
Ideea atomului provine din vechile concepții, dar în secolul al XIX-lea și XX-leaExperimente precum măsurarea masei izotopilor cu spectrometrie de masă și experimentele Rutherford, Thomson, Geiger-Marsden au rafinat imaginea atomică. Modelul lui Thomson (modelul cozonacului cu stafide) a fost înlocuit de Rutherford prin ideea nucleului, iar apoi de modelele cuantice ale lui Bohr, Schrödinger și Heisenberg. Descoperirile despre izotopi, masă atomică, și structura nucleului au pus bazele înțelegerii actuale a atomului. De asemenea, descoperirea neutronului a schimbat complet înțelegerea structurii nucleare și a masei nucleare. În prezent, atomii sunt văzuți ca unități fundamentale ale materiei, cu nucleu format din protoni și neutroni și un nor electronic înconjurător, iar comportamentul lor este descris de mecanica cuantică și de interacțiunea electromagnetică și nucleară.
Concluzie despre sarcina electrică în atom
Sarcina este o proprietate a particulelor care poate fi pozitivă sau negativă și este conservată în sisteme închise. Forța electrică dintre două obiecte încărcate este descrisă de Legea lui Coulomb; în atom, această forță gestionează atracția dintre electroni și nucleu, în timp ce forța nucleară menține nucleonii uniți. Distribuția sarcinilor și structura atomică explică proprietățile chimice ale elementelor și felul în care ele formează legături chimice și molecule, aspect central al chimiei și fizicii moderne.
Nucleul atomului: protoni, neutroni și sarcina nucleară - Clasa a VII-a
tags: #sarcina #electrica #a #atomului #brainly
Postări populare:
- Perspectiva Dr. Ștefan Badea asupra Maternității București
- Diversificare la 8 luni: rețetă de dovlecel cu sfeclă și brânză
- Detalii și momentele cheie din Bebe Șef: Înapoi în pătuț, Sezonul 2
- Tratamentul și managementul wheezing-ului la copii de 3 ani
- Centrul de Excelență în Neurologie Pediatrică: Spitalul Marie Curie