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 se pot aduna o mulţime de date privind forţele electrice exercitate între diferite corpuri încărcate diferit.
Două tipuri de sarcină și modelul atomic
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. 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.
Modelul a două tipuri de particule încărcate electric este fundamentat pe faptul că interacţiunile opuse sunt caracteristice ambelor tipuri. Cu toate acestea, dacă se acumulează o anumită cantitate de sarcină pentru un tip, celălalt tip dezvoltă o cantitate egală. Înainte de explicaţii mai detaliate despre particulele misterioase, se poate observa că existenţa a două tipuri de sarcină permite înţelegerea forţelor de atracţie şi respingere între obiecte încărcate.
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 "-". 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 acționează între obiectele punctiforme încărcate electric la distanța r este dată de ecuaţia F = k · |q1 · q2| / r^2, unde constantă k = 9,0 × 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.
Unitatea de măsură: coulombul
Un coulomb (C) reprezintă cantitatea de sarcină electrică care face ca o forţă de 9,0×10^9 N să fie exercitată între două corpuri punctiforme cu sarcina de 1 C, aflate la distanţa de 1 m. Cantitatea de sarcină se notează cu q. Definiţia este atribuită corpurilor punctiforme (corpuri foarte mici), deoarece, în caz contrar, distanţa între diferite părţi ale corpurilor respective ar deveni inegală.
Conservarea sarcinii
Experimentele arată că folosind semnele “+” şi “-“, cantitatea totală de sarcină se conservă. De aceea atunci când frecăm două obiecte neîncărcate electric, unul obţine o anumită cantitate al unui tip de sarcină, iar celălalt o cantitate egală al celuilalt tip de sarcină. 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 din punct de vedere electric
Aşa cum este arătat în figura b, un obiect încărcat electric poate atrage obiecte neîncărcate. 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. Mi-a spus că 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 atât de mult încât l-ar descompune. Înainte de 1905 fizicienii se aflau exact în aceeaşi situaţie. Ştiau totul despre circuitele electrice, şi chiar au inventat radioul, dar nu ştiu nimic despre particulele subatomice. Cu toate acestea, se pot evita unele confuzii trecându-se în revistă modul în care este alcătuit atomul:
- Protonul: Sarcina electrică +e; Masa 1; Poziţia în atom: în nucleu.
- Neutronul: Sarcina electrică 0; Masa aproximativ 1; Poziţia în atom: în nucleu.
- Electronul: Sarcina electrică -e; Masa aproximativ 1/1836; Poziţia în atom: orbitează nucleul.
Simbolul "e" din tabel este abrevierea pentru 1,60×10^-19 C.
Sarcină electrică: Curs intensiv de fizică #25
Concluzii despre sarcina și relațiile ei
Deşi există doar două tipuri de sarcină, fiecare tip poate exista în cantităţi diferite. Unitatea coulomb reprezintă cantitatea de sarcină care exercită o forţă de 9,0×10^9 N la distanţa de 1 m între două corpuri punctiforme cu sarcina de 1 C. Conservarea sarcinii și legea lui Coulomb duc la înţelegerea interacţiunilor electrice între obiecte, fie ele încărcate sau neutre, precum şi la modul în care atomii sunt compuși din particule cu sarcini distincte.
| Element | Sarcină electrică | Masa relativă | Poziţie în atom |
|---|---|---|---|
| Proton | +e | 1 | Nucleu |
| Neutron | 0 | 1 | Nucleu |
| Electron | -e | 1/1836 | Orbitează nucleul |
tags: #unitate #masura #pentru #sarcina