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. De-a lungul textului vom revedea obiectivele teoretice ale acestei mărimi fundamentale și modul în care se poate cuantifica și verifica în experimente.
Două tipuri de sarcină și modelul fundamental
Există două tipuri de sarcină, pozitive și negative. În practica fizicii, aceste tipuri pot exista în cantităţi diferite, iar interacţiunile dintre ele sunt descrise de legile electrostatice. Orice obiect încărcat se poate comporta ca A sau ca B în funcţie de modul în care interacţionează cu alte obiecte încărcate, iar aceste două modele au interacţiuni opuse.
Deşi sunt doar două tipuri de sarcini, fiecare tip poate exista în cantităţi diferite. Experimentele arată că folosind semnele „+” şi „−” sarcina totală se conservă. Dacă un obiect dobândeşte o cantitate dată de sarcină (+ sau −), celălalt obiect dobândeşte o cantitate egală de sarcină de tip opus. Conservarea sarcinii este o consecinţă a structurii materiei din particule fundamentale, precum electroni şi protoni.
Coulombul și legea sa
Unitatea de măsură pentru sarcina electrică este coulombul (C). Un coulomb reprezintă cantitatea de sarcină electrică care produce o forţă de aproximativ 9,0×10^9 N între două corpuri punctiforme la distanţa de 1 m, atunci când sarcinile sunt de 1 C fiecare. Această constantă se notează cu k în ecuaţiile criteriilor Coulombului pentru forţa dintre două corpuri încărcate la distanţa r.
Legea lui Coulomb afirmă că forţa electrică dintre două corpuri punctiforme încărcate este direct proporţională cu produsul sarcinilor şi invers proporţională cu pătratul distanţei dintre ele: F = k · |q1 q2| / r^2, unde k = 9,0×10^9 N·m^2/C^2. Forţa este de atracţie dacă semnele sarcinilor sunt diferite şi de respingere dacă semnele sarcinilor sunt aceleaşi.
Interpretări ale modului în care apar interacţiunile
Modelul cu două tipuri de sarcină implică faptul că, în practică, orice obiect poate atrage sau respinge alte obiecte în funcţie de sarcina activă a acestui obiect. Prin distribuţia sarcinilor asupra unei mase, putem explica de ce obiecte neutre pot fi atrase de obiecte încărcate (polarizarea materialelor). În final, forţa rezultantă între două obiecte este determinată de interacţiunile dintre tipurile de sarcină prezente.
Conservarea sarcinii și aplicaţii în atomism
Experimentele arată că folosind semnele “+” şi “−”, cantitatea totală de sarcină se conservă. Dacă un corp este încărcat într-un anumit mod, alt corp obţine o cantitate egală din celălalt tip de sarcină. Conservarea sarcinii pare firească în modelul în care materia este formată din particule pozitive şi negative, iar particulele nu pot fi create sau distruse în procesul obișnuit de electrizare.
Modelul atomului include particule încărcate electric: protonul are sarcină +e, neutronul are sarcină 0, iar electronul are sarcină -e. Simbolul „e” reprezintă sarcina elementară ≈ 1,60×10^−19 C. În atomi, protonii şi electronii se găsesc în nucleu şi în trecerea lor în jurul nucleului apare curent electric la scară microscopică.
Sarcina electrică în contextul macroscopic
Sarcina electrică a unui obiect macroscopic este suma sarcinilor electrice ale componentelor sale. Adesea, sarcina totală netă este zero, deoarece numărul de electroni din atomi este egal cu numărul de protoni, dar poate exista şi o distribuţie neuniformă în prezenţa unui câmp electric extern (polarizare). În acest caz, sarcinile de legătură şi cele libere pot avea valori diferite.
O mişcare ordonată a particulelor încărcate într-o direcţie dată (relaţionată cu electronii în metale) este cunoscută sub numele de curent electric. Unitatea de măsură pentru sarcina electrică este coulombul, iar simbolul Q este frecvent folosit pentru a nota cantitatea de sarcină electrică. În general, sarcina electrică poate fi cuantificată doar ca multiplu al sarcinii elementare e, deoarece este o mărime macroscopică cu mari ordine de mărime faţă de sarcina elementară.
Interacţiuni cu obiecte neutre
Chiar şi un obiect electric plin poate atrage obiecte neutre datorită inducţiei polarizate: o bandă încărcată pozitiv poate induce separarea sarcinilor în particulele din materiale neutre, rezultând atracţie între obiectul încărcat şi obiectul neutru.
Atomul: structuri cheie și concepte conexe
Înainte de a finaliza prezentarea, este util să revedem o scurtă prezentare a structurii atomice: protonul cu sarcină +e, masa aproximativ 1, iar electronul cu sarcină -e, masa aproximativ 1/1836 din masa protonului. Orbitează nucleul într-un model simplificat. Simbolul „e” reprezintă sarcina elementară. Aceste concepte stau la baza explicării pentru ce porneşte curentul electric şi cum interacţionează particulele din materie cu câmpul electromagnetic.
Rezumat și utilizări didactice
Psihologia învăţării noastre despre electrostatică se bazează pe două tipuri de sarcină, legea lui Coulomb, conservarea sarcinii, şi modelarea atomului în termeni de particule încărcate. Modelul A (atragere) şi modelul B (respingere) pot explica în termeni simpli atracţia şi respingerea dintre obiecte. Aceste principii stau la baza unor aplicaţii practice, de la învăţarea macroscopică a forţelor până la înţelegerea curentului electric în conductori.)
Elemente vizuale utile
Infografice, hărți de forțe între sarcini, și scheme ale structurii atomice pot sprijini înţelegerea textului.
Legea lui Coulomb - Fizică - Clasa a VIII-a
Deoarece există două tipuri de sarcină ce pot coexista în cele mai diferite cantități, este util să avem un câmp de exemple practice: polarizare, atracție/respINGere în funcţie de semnul sarcinilor, și conservarea totală a sarcinii în interacţiuni multiple.
tags: #sarcina #electrica #formula #de #calcul
Postări populare:
- Detalii esențiale ale drepturilor și indemnizațiilor în concediul de maternitate din România
- Ghid complet Euthyrox fertilitate
- Glucoza perfuzabilă postoperatorie în cazul cezarianei: recomandări și avantaje
- Ghid practic pentru testul de sarcină Regina Maria: interpretarea rezultatelor
- De ce refuză bebelușul să înghită alimentații? Avertismente și recomandări