Carga elétrica

Eletromagnetismo
Eletricidade Magnetismo
Eletrostática Carga elétrica Eletricidade estática Campo elétrico Condutor Insulator Triboelectricity A descarga eletrostática Indução A lei de Coulomb A lei de Gauss Fluxo elétrico / energia potencial Momento de dipolo elétrico Densidade polarização
Magnetostática A lei de Ampère Campo magnético Magnetização O fluxo magnético Lei de Biot-Savart Momento de dipolo magnético A lei de Gauss para o magnetismo
Eletrodinâmica Lei da força de Lorentz Indução eletromagnética A lei de Faraday A lei de Lenz Corrente de deslocamento As equações de Maxwell Campo eletromagnético Radiação eletromagnética Maxwell tensor Poynting vector Potencial de Liénard-Wiechert Equações de Jefimenko Eddy atual
Rede elétrica Corrente elétrica Potencial elétrico Tensão Resistência A lei de Ohm Circuito em série Circuito paralelo Corrente contínua Corrente alternada Força eletromotiva Capacidade Indutância Impedância Cavidades de ressonância Waveguides
Formulação covariante Tensor eletromagnética ( tensor de tensão-energia) Quatro atual Electromagnética de quatro potencial
Os cientistas Ampère Coulomb Faraday Gauss Heaviside Henry Hertz Lorentz Maxwell Tesla Volta Weber Ørsted

Carga elétrica é uma propriedade fundamental conservado de alguns partículas subatômicas, que determina sua interação eletromagnética . Eletricamente carregadas questão é influenciada por, e produz, campos eletromagnéticos. A interacção entre uma carga em movimento e um campo electromagnético é a fonte da força electromagnética , que é uma das quatro forças fundamentais.

Visão global

Carga eléctrica é uma característica de algumas partículas subatómicas, e é quantizado quando expresso como um múltiplo da chamada elementar e carga. Elétrons por convenção, têm uma carga de -1, enquanto prótons têm carga oposta de um. Quarks têm uma carga fraccionada de -1/3 ou +2/3. O equivalentes antipartícula de estes têm carga oposta. Há outros partículas carregadas.

Em geral, mesmo sinal partículas carregadas se repelem, enquanto diferente de inscrição atrair partículas carregadas. Esta é expressa quantitativamente em lei de Coulomb , que indica a magnitude da força de repulsão é proporcional ao produto das duas cargas, e enfraquece proporcionalmente ao quadrado da distância.

A carga elétrica de um objeto macroscópica é a soma das cargas eléctricas de suas partículas constituintes. Muitas vezes, a carga eléctrica global é zero, desde que, naturalmente, o número de electrões em cada átomo é igual ao número de protões , de modo que as suas taxas de anular. Situações em que a carga líquida é diferente de zero são muitas vezes referidos como electricidade estática. Além disso, mesmo quando a carga líquida é zero, pode ser distribuída de maneira não uniforme (por exemplo, devido a um externa campo eléctrico ), e, em seguida, o material está a ser dito polarizada, e a carga relacionada com a polarização é conhecido como carga ligado (enquanto o excesso de carga trazida de fora é chamado de carga livre). Um movimento ordenado de partículas carregadas numa direcção em particular (em metais, estes são os electrões) é conhecido como corrente elétrica. A natureza discreta da carga elétrica foi proposta por Michael Faraday em seus experimentos de eletrólise, em seguida, evidenciada por Robert Millikan em sua experimento óleo-drop.

O Unidade do SI para quantidade de electricidade ou de carga elétrica é a Coulomb, que representa cerca de 6,24 x 10 ¹⁸ encargos elementares (a carga de um único elétron ou próton). O Coulomb é definida como a quantidade de carga que passou através da secção transversal de um condutor elétrico transportar um ampere no prazo de um segundo. O símbolo Q é muitas vezes utilizado para designar uma quantidade de electricidade ou de carga. A quantidade de carga eléctrica pode ser medido directamente com um electrómetro, ou indirectamente medidos com um galvanometer balístico.

Formalmente, uma medida de carga deve ser um múltiplo de a carga elementar e (carga é quantificada), mas uma vez que é uma média, quantidade macroscópica, muitas ordens de magnitude maior do que uma única carga elementar, pode levar efetivamente em qualquer valor real . Além disso, em alguns contextos, é significativo falar de fracções de uma taxa; por exemplo, na cobrança de um condensador.

História

Balança de torção de Coulomb

Conforme relatado pelo antigo filósofo grego Thales de Mileto ao redor 600 aC, a carga (ou eletricidade) pode ser acumulado por fricção pele de certas substâncias, tais como âmbar . Os gregos observaram que os botões de âmbar cobrados poderia atrair objetos leves, como cabelo. Eles também observaram que, se esfregou o âmbar por tempo suficiente, eles poderiam até mesmo se uma faísca para pular. Esta propriedade deriva da triboelectric efeito.

Em 1600 o cientista Inglês William Gilbert voltou ao assunto em De Magnete, e cunhou o Nova palavra electricus Latina a partir ηλεκτρον (elektron), a palavra grega para "âmbar", que logo deu origem às palavras inglesas "elétrico" e "eletricidade". Ele foi seguido em 1660 por Otto von Guericke, que inventou o que foi provavelmente o primeiro gerador eletrostático. Outros pioneiros europeus foram Robert Boyle , que em 1675 afirmou que a atração e repulsão elétrica pode agir através de um vácuo; Stephen Gray, que em 1729 materiais classificados como condutores e isoladores; e CF du Fay, que propôs em 1733 que a eletricidade veio em duas variedades que foram cancelados entre si, e expressou isso em termos de uma teoria de dois fluidos. Quando o vidro era friccionado com seda, du Fay disse que o vidro foi carregado com eletricidade vítrea, e quando âmbar foi esfregada com pele, o âmbar foi dito ser carregada com eletricidade resinosa. Em 1839 Michael Faraday mostrou que a aparente divisão entre a eletricidade estática, eletricidade corrente e bioeletricidade estava incorreta, e todos foram uma consequência do comportamento de um único tipo de eletricidade que aparecem nas polaridades opostas. É arbitrário que você chama de polaridade positiva e negativa que você chama. Carga positiva pode ser definida como a carga que resta em uma haste de vidro depois de ser esfregada com seda.

Um dos principais especialistas em eletricidade no século 18 foi Benjamin Franklin , que argumentou em favor de uma teoria de um fluido de eletricidade. Franklin imaginado eletricidade como sendo um tipo de fluido presente invisível em toda a matéria; por exemplo, que ele acreditava que era o vidro em um Garrafa de Leyden que segurava a carga acumulada. Ele postulou que as superfícies de fricção em conjunto isolamento causado este fluido para alterar a localização, e que um fluxo de fluido esta constitui uma corrente eléctrica. Ele também postulou que quando a matéria continha muito pouco do fluido que era "negativamente" cobrado, e quando teve um excesso foi "positivamente" cobrado. Arbitrariamente (ou por um motivo que não foi gravado) identificou o termo "positivo" com eletricidade vítrea e "negativo" com eletricidade resinosa. William Watson chegou à mesma explicação mais ou menos no mesmo tempo.

Sabemos agora que o modelo de Franklin / Watson era fundamentalmente correto. Há apenas um tipo de carga elétrica, e apenas uma variável é necessário para manter o controle da quantidade de carga. Por outro lado, basta saber a carga não é uma descrição completa da situação. A matéria é composto por vários tipos de partículas electricamente carregadas, e estas partículas têm muitas propriedades, e não apenas de carga.

Os portadores de carga mais comuns são a carga positiva de prótons ea carga negativa do elétron . O movimento de qualquer uma destas partículas carregadas constitui uma corrente eléctrica. Em muitas situações, basta falar do corrente convencional sem ter em conta se é realizado por cargas positivas que se deslocam na direcção das cargas negativas de corrente e / ou por convencionais que se deslocam na direcção oposta. Este ponto de vista macroscópico é uma aproximação que simplifica conceitos e cálculos eletromagnéticos.

No extremo oposto, se olharmos para a situação microscópico, se vê, existem muitas maneiras de realizar uma corrente elétrica, incluindo: um fluxo de elétrons; um fluxo de elétrons "buracos" que agem como partículas positivas; e tanto partículas negativas e positivas ( iões ou outras partículas carregadas) que fluem em direcções opostas uma em electrolítica solução ou um plasma ).

Tenha em atenção que no caso comum e importante de fios metálicos, o sentido da corrente convencional é oposta à velocidade de deriva dos portadores de carga reais, isto é, os electrões. Esta é uma fonte de confusão para os iniciantes.

Propriedades

Além das propriedades descritas em artigos sobre eletromagnetismo , a carga é um relativista invariante. Isto significa que qualquer partícula que tem carga q, não importa o quão rápido ele vai, sempre tem carga q. Esta propriedade foi verificada experimentalmente, mostrando que a acusação de um hélio núcleo (dois prótons e dois nêutrons unidos em um núcleo e se movimentando em alta velocidade) é o mesmo que dois núcleos de deutério (um próton e um nêutron unidos, mas que se deslocam muito mais lentamente do que fariam se estivessem em um núcleo de hélio).

Conservação da carga

A carga elétrica total de uma isolado do sistema permanece constante independentemente das variações dentro do próprio sistema. Esta lei é inerente a todos os processos conhecidos para a física e pode ser derivado de uma forma local de medidor de invariância da função de onda. A conservação de carga resulta na corrente de carga- equação de continuidade. De modo mais geral, a mudança líquida em densidade de carga dentro de um volume de integração é igual à área através da integrante densidade de corrente sobre a superfície da área , Que é por sua vez igual ao líquido atual :

Assim, a conservação da carga elétrica, como está expresso pela equação de continuidade, dá o resultado:

A acusação transferidos entre o tempo e é obtido pela integração de ambos os lados:

onde I é a corrente líquida para fora através de uma superfície fechada e Q é a carga eléctrica contido no interior do volume definido pela superfície.