În absența unei sarcini nete, un obiect este neutr. Sarcina electrică este proprietatea fizică a materiei care o face să simtă o forță atunci când este plasată într-un câmp electromagnetic. Există două tipuri de sarcini electrice: pozitive și negative (transportate în mod obișnuit prin protoni și, respectiv, electroni).
Bazele sarcinii electrice
Sarcinile de semn opus se atrag și cele de același semn se resping. Unitatea derivată SI a sarcinii electrice este coulomb (C). În ingineria electrică, este obișnuită utilizarea amper-orei (Ah), iar în chimie este uzual să se manifeste sarcina elementară (e) ca unitate. Simbolul Q indică adesea sarcina. Sarcina electrică este o proprietate conservată; încărcarea netă a unui sistem izolat, pozitivă minus negativă, nu se poate schimba.
Sarcinile electrice sunt transportate prin particule subatomice. În materia obișnuită, sarcina negativă este purtată de electroni, iar sarcina pozitivă de protonii din nucleele atomilor. Dacă există mai mulți electroni decât protoni într-o bucată de materie, aceasta va avea o sarcină negativă, dacă sunt mai puțini va avea o sarcină pozitivă, iar dacă vor fi în numere egale, va fi neutră. Sarcina este cuantizată în multipli întregi de unități mici, numite sarcină elementară e; aproximativ 1,602×10^-19 coulombi, care este cea mai mică sarcină care poate exista liberă.
O imagine a sarcinilor și a câmpurilor
Sarcinile electrice creează un câmp electric; dacă se mișcă, generează și un câmp magnetic. Combinația acestora formează câmpul electromagnetic, iar interacțiunea cu sarcinile este sursa forței electromagnetice, una dintre cele patru forțe fundamentale din fizică. Sarcina este o proprietate fundamentală a formelor de materie care prezintă atracție sau repulsie electrostatică în prezența altor materii. Este o proprietate caracteristică a multor particule subatomice, iar sarcinile particulelor libere sunt multiplii întregi ai sarcinii elementare e; sarcina electrică este cuantizată.
Istorie și demonstrații ale cuanticării sarcinei
Michael Faraday, în experimentele sale de electroliză, a fost primul care a observat natura discretă a sarcinii electrice. Eksperimentul cu picătura de ulei a lui Robert Millikan a demonstrat direct această proprietate și a măsurat sarcina elementară. Prin convenție, sarcina unui electron este negativă, -e, în timp ce un proton este pozitiv, +e.
Interacțiuni și legi fundamentale
Particulele încărcate cu semne identice se resping, iar cele cu semne opuse se atrag. Legea lui Coulomb cuantifică forța electrostatică dintre două particule, afirmând că forța este proporțională cu produsul sarcinilor lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. Aceasta explică comportamentul macroscopic al obiectelor: sarcina electrică a unui obiect macroscopic este suma sarcinilor electrice ale particulelor care îl compun.
Tipuri de obiecte încărcate la scară macroscopică
Un ion este un atom care a pierdut unul sau mai mulți electroni (cation) sau a câștigat unii electroni (anion), dându-i o sarcină netă. În timpul formării obiectelor macroscopice, atomii constituiți și ionii se combină de obicei pentru a forma structuri neutre, dar ocazional obiectele conțin ioni distribuiți în material, legați rigid în loc, dând o sarcină totală netă pozitivă sau negativă obiectului. Obiectele conductoare pot, în anumite condiții, să preia sau să dea electroni, menținând o sarcină netă simplă sau infinită netă la nesfârșit.
Atunci când sarcina netă a unui obiect este diferită de zero și nemișcată, fenomenul este cunoscut drept electricitate statică. Aceasta poate fi produsă prin frecarea a două materiale diferite, cum ar fi un chihlimbar cu blană, sau sticlă cu mătase. Încărcarea într-un singur material este mutată la celălalt material, lăsând o încărcătură opusă de aceeași mărime în spatele acestuia. Chiar și atunci când sarcina netă a unui obiect este zero, sarcina poate fi distribuită neuniform în obiect datorită câmpurilor electrice externe sau moleculelor polare, caz în care obiectul este polarizat. Sarcina datorată polarizării este cunoscută drept sarcină legată, în timp ce sarcina produsă de electroni câștigați sau pierduți din exterior este sarcină liberă.
Concluzii despre sarcinile pozitive necompensate
Sarcinile pozitive necompensate reprezintă cazuri în care o cantitate netă de sarcină pozitivă rămâne în sistem sau obiect după echilibrări locale. Aceste situații pot apărea în materialele ionice sau în structuri polare, unde distribuția sarcinilor nu este uniformă, rezultând voi de forțe electrostatice locale. Din perspectiva chimică, formarea compușilor ionici neutri implică combinația de ioni cu sarcini opuse în proporții care asigură neutralitatea globală, în timp ce în prezența gradientelor de câmp sau a defectelor, sarcinile nete pot persista pe obiecte sau în zone specifice. De asemenea, obiectele din materiale conductoare pot, în anumite condiții, să mențină o sarcină netă pozitivă sau negativă pe termen lung, în funcție de mediul în care se află și de contactul cu alte materiale.
Sarcină electrică și câmpuri electrice
În rezumat, sarcina electrică este o proprietate conservată, cuantizată și fundamentală, care influențează interacțiunile dintre particule, formele de materie și mediile în care există. Sarcinile pozitive necompensate apar ca rezultat al distribuțiilor nete de sarcină în obiecte sau materiale, fie din cauza pierderilor sau adopțiunilor electronilor, fie din cauza structurii ionice sau a polarizării locale.
tags: #sarcini #pozitive #necompensate