Как да изчислим електрическото зареждане

Независимо дали става въпрос за статично електричество, излъчвано от космат палто, или електричество, което захранва телевизорите, можете да научите повече за електрическия заряд, като разберете основната физика. Методите за изчисляване на заряда зависят от естеството на самата електроенергия, като например принципи за това как зарядът се разпределя през обектите. Тези принципи са еднакви, независимо къде се намирате във Вселената, превръщайки електрическия заряд в основно свойство на самата наука.

Има много начини за изчисляване електрически заряд за различни контексти във физиката и електротехниката.

Законът на Кулон обикновено се използва при изчисляване на силата, получена от частици, които носят електрически заряд, и е едно от най-често срещаните уравнения за електрически заряд, които ще използвате. Електроните носят индивидуални заряди от -1602 × 10^-19 кулони (С) и протоните носят същото количество, но в положителната посока, 1.602 × 10 ⁻¹⁹ ° С. За две такси

в който к е константа к = 9.0 × 10 ⁹ Нм² / ° С². Понякога физиците и инженерите използват променливата д да се отнася за заряда на електрон.

Имайте предвид, че за заряди с противоположни знаци (плюс и минус) силата е отрицателна и следователно привлекателна между двата заряда. За два заряда от един и същ знак (плюс и плюс или минус и минус) силата е отблъскваща. Колкото по-големи са зарядите, толкова по-силна е привлекателната или отблъскваща сила между тях.

Законът на Кулон има поразително сходство със закона на Нютон за гравитационната сила F_{G ​} = G m₁м₂ / r² за гравитационна сила F_G, маси м₁и м₂, и гравитационната константа G = 6.674 × 10 ⁻¹¹ м³/ kg s². И двамата измерват различни сили, варират с по-голяма маса или заряд и зависят от радиуса между двата обекта до втората степен. Въпреки приликите, важно е да се помни, че гравитационните сили винаги са привлекателни, докато електрическите сили могат да бъдат привлекателни или отблъскващи.

Трябва също да отбележите, че електрическата сила обикновено е много по-силна от гравитацията въз основа на разликите в експоненциалната мощност на константите на законите. Приликите между тези два закона са по-голяма индикация за симетрия и модели сред общите закони на Вселената.

Ако една система остане изолирана (т.е. без контакт с нещо друго извън нея), тя ще спести заряд. Запазване на заряда означава, че общото количество електрически заряд (положителен заряд минус отрицателен заряд) остава същото за системата. Запазването на заряда позволява на физиците и инженерите да изчислят колко заряд се движи между системите и заобикалящата ги среда.

Този принцип позволява на учените и инженерите да създават клетки на Фарадей, които използват метални щитове или покрития, за да предотвратят изтичането на заряда. Клетките на Фарадей или щитовете на Фарадей използват тенденцията на електрическото поле да преразпределя зарядите в рамките на материал за премахване на ефекта от полето и предотвратяване на таксите от увреждане или навлизане в интериор. Те се използват в медицинско оборудване, като машини за ядрено-магнитен резонанс, за да се предотвратят данни изкривен и в защитно оборудване за електротехници и линеарни работници, работещи в опасни условия среди.

Можете да изчислите нетния поток на заряда за обем пространство, като изчислите общото количество заряд, което влиза и извадите общото количество напускане на заряда. Чрез електрони и протони, които носят заряд, заредените частици могат да бъдат създадени или унищожени, за да се балансират според запазването на заряда.

Знаейки, че зарядът на електрон е -1602 × 10 ⁻¹⁹ C, заряд от -8 × 10 ⁻¹⁸ С ще се състои от 50 електрона. Можете да намерите това, като разделите количеството електрически заряд на величината на заряда на един електрон.

Ако знаете електрически ток, потокът на електрически заряд през обект, пътуващ през верига и колко дълго се прилага токът, можете да изчислите електрическия заряд, като използвате уравнението за ток Въпрос: = То в който Въпрос: е общият заряд, измерен в кулони, Аз е ток в усилватели и T е времето, през което токът се прилага в секунди. Можете също да използвате закона на Ом (V = IR) за изчисляване на тока от напрежение и съпротивление.

За верига с напрежение 3 V и съпротивление 5 Ω, която се прилага за 10 секунди, съответният ток, който се получава е Аз = V / R = 3 V / 5 Ω = 0,6 A и общият заряд ще бъде Q = То = 0,6 A × 10 s = 6 C.

Ако знаете потенциалната разлика (V) във волта, приложени във верига и работата (W) в джаули, направени за периода, през който се прилага, зарядът в кулони, Въпрос: = W / V.

•••Syed Hussain Ather

Електрическо поле, електрическата сила на единица заряд, се разпространява радиално навън от положителни заряди към отрицателни заряди и може да се изчисли с Е. = F_Е. / q, в който F_Е. е електрическата сила и q е зарядът, който произвежда електрическото поле. Като се има предвид колко важни са полето и силата за изчисленията в електричеството и магнетизма, електрическият заряд може да се дефинира като свойството на материята, което кара частицата да има сила в присъствието на електрическа поле.

Дори ако нетният или общият заряд върху даден обект е нула, електрическите полета позволяват зарядите да бъдат разпределени по различни начини вътре в обектите. Ако в тях има разпределения на таксите, които водят до ненулево нетно зареждане, тези обекти са поляризиран, и зарядът, който тези поляризации причиняват са известни като обвързани такси.

Въпреки че учените не са единодушни относно общия заряд на Вселената, те са направили образовани предположения и са тествали хипотези чрез различни методи. Можете да забележите, че гравитацията е доминиращата сила във Вселената в космологичния мащаб и тъй като електромагнитната сила е много по-силна от гравитационната сила, ако Вселената имаше нетен заряд (или положителен, или отрицателен), тогава ще можете да видите доказателства за него при толкова огромен разстояния. Липсата на тези доказателства кара изследователите да вярват, че Вселената е неутрална по отношение на заряда.

Дали Вселената винаги е била неутрална по отношение на заряда или как се е променял зарядът на Вселената след Големия взрив също са въпроси, които предстои да се обсъждат. Ако Вселената имаше нетен заряд, тогава учените трябва да могат да измерват своите тенденции и ефекти върху всички електрически полеви линии по такъв начин, че вместо да се свържат от положителни заряди към отрицателни заряди, те биха никога не свършва. Липсата на това наблюдение също сочи към аргумента, че Вселената няма нетен заряд.

•••Syed Hussain Ather

The електрически поток през равнинна (т.е. равна) област A на електрическо поле Е. е полето, умножено по компонента на площта, перпендикулярна на полето. За да получите този перпендикулярен компонент, използвате косинуса на ъгъла между полето и равнината на интерес във формулата за поток, представен от Φ = EA защото (θ), където θ е ъгълът между линията, перпендикулярна на площта и посоката на електрическото поле.

Това уравнение, известно като Законът на Гаус, също ви казва, че за повърхности като тези, които вие наричате Гаусови повърхности, всеки нетен заряд би се намирал на повърхността му на равнината, защото би било необходимо да се създаде електрическото поле.

Тъй като това зависи от геометрията на площта на повърхността, използвана за изчисляване на потока, тя варира в зависимост от формата. За кръгова област, площта на потока A ще бъде π_r_² с r като радиус на кръга или за извитата повърхност на цилиндър, площта на потока ще бъде Гл в който ° С е обиколката на циркулярната повърхност на цилиндъра и з е височината на цилиндъра.

Статично електричество възниква, когато два обекта не са в електрическо равновесие (или електростатично равновесие), или че има нетен поток от такси от един обект към друг. Докато материалите се търкат един в друг, те прехвърлят заряди помежду си. Триенето на чорапи върху килим или гумата на напомпания балон върху косата ви може да генерира тези форми на електричество. Шокът прехвърля тези излишни заряди обратно, за да възстанови състоянието на равновесие.

За диригент (материал, който предава електричество) в електростатично равновесие, електрическото поле вътре е нула и нетният заряд на повърхността му трябва да остане в електростатично равновесие. Това е така, защото, ако имаше поле, електроните в проводника щяха да се преразпределят или пренастроят в отговор на полето. По този начин те щяха да анулират всяко поле веднага щом то бъде създадено.

Алуминиевата и медната тел са често срещани проводникови материали, използвани за предаване на токове и йонни проводници често се използват, които са решения, които използват свободно плаващи йони, за да прокарат заряда лесно. Полупроводници, като чиповете, които позволяват на компютрите да функционират, използват и свободно циркулиращи електрони, но не толкова, колкото проводниците. Полупроводниците като силиций и германий също изискват повече енергия, за да позволят на зарядите да циркулират и обикновено имат ниска проводимост. За разлика от това изолатори като дървото не позволяват на заряда да тече лесно през тях.

Без вътрешно поле, за гаусова повърхност, която се намира точно вътре в повърхността на проводника, полето трябва да е нула навсякъде, така че потокът да е нула. Това означава, че в проводника няма чист електрически заряд. От това можете да заключите, че за симетрични геометрични структури като сфери, зарядът се разпределя равномерно по повърхността на гаусовата повърхност.

Тъй като нетният заряд на повърхността трябва да остане в електростатично равновесие, всяко електрическо поле трябва да е перпендикулярно на повърхността на проводник, за да позволи на материала да предава заряди. Законът на Гаус ви позволява да изчислите величината на това електрическо поле и поток за проводника. Електрическото поле в проводника трябва да е нула, а отвън трябва да е перпендикулярно на повърхността.

Това означава, че за цилиндричен проводник с поле, излъчващо се от стените под перпендикулярен ъгъл, общият поток е просто 2_E__πr_² за електрическо поле Е. и r радиус на кръглата повърхност на цилиндричния проводник. Можете също така да опишете нетния заряд на повърхността, като използвате σ, плътност на заряда на единица площ, умножена по площта.