Comment calculer la charge électrique

Qu'il s'agisse de l'électricité statique dégagée par un manteau de fourrure ou de l'électricité qui alimente les téléviseurs, vous pouvez en apprendre davantage sur la charge électrique en comprenant la physique sous-jacente. Les méthodes de calcul de la charge dépendent de la nature de l'électricité elle-même, comme les principes de la façon dont la charge se distribue à travers les objets. Ces principes sont les mêmes où que vous soyez dans l'univers, faisant de la charge électrique une propriété fondamentale de la science elle-même.

Il y a plusieurs façons de calculer charge électrique pour divers contextes en physique et en génie électrique.

La loi de coulomb est généralement utilisé lors du calcul de la force résultant des particules qui transportent une charge électrique, et est l'une des équations de charge électrique les plus courantes que vous utiliserez. Les électrons portent des charges individuelles de −1.602 × 10^-19 coulombs (C), et les protons transportent la même quantité, mais dans le sens positif, 1,602 × 10

dans lequel k est une constante k = 9.0 × 10 ⁹ Nm² / C². Les physiciens et les ingénieurs utilisent parfois la variable e pour désigner la charge d'un électron.

A noter que, pour des charges de signes opposés (plus et moins), la force est négative et donc attractive entre les deux charges. Pour deux charges de même signe (plus et plus ou moins et moins), la force est répulsive. Plus les charges sont importantes, plus la force attractive ou répulsive est forte entre elles.

La loi de Coulomb présente une similitude frappante avec la loi de Newton pour la force gravitationnelle F_{g ​} = Gm₁m₂ / r² pour la force gravitationnelle F_g, masses m₁et m₂, et constante gravitationnelle g = 6.674 × 10 ⁻¹¹ m³/ kg s². Ils mesurent tous deux des forces différentes, varient avec une masse ou une charge plus importante et dépendent du rayon entre les deux objets à la seconde puissance. Malgré les similitudes, il est important de se rappeler que les forces gravitationnelles sont toujours attractives tandis que les forces électriques peuvent être attractives ou répulsives.

Vous devez également noter que la force électrique est généralement beaucoup plus forte que la gravité en fonction des différences de puissance exponentielle des constantes des lois. Les similitudes entre ces deux lois sont une meilleure indication de la symétrie et des modèles parmi les lois communes de l'univers.

Si un système reste isolé (c'est-à-dire sans contact avec quoi que ce soit d'autre à l'extérieur), il conservera la charge. Conservation de la charge signifie que la quantité totale de charge électrique (charge positive moins charge négative) reste la même pour le système. La conservation de la charge permet aux physiciens et aux ingénieurs de calculer la quantité de charge se déplaçant entre les systèmes et leur environnement.

Ce principe permet aux scientifiques et aux ingénieurs de créer des cages de Faraday qui utilisent des boucliers ou un revêtement métalliques pour empêcher la charge de s'échapper. Les cages de Faraday ou les boucliers de Faraday utilisent la tendance d'un champ électrique à redistribuer les charges dans le matériel pour annuler l'effet du champ et empêcher les charges de nuire ou d'entrer dans le intérieur. Ceux-ci sont utilisés dans les équipements médicaux tels que les machines d'imagerie par résonance magnétique, pour empêcher les données de étant déformé, et dans l'équipement de protection pour les électriciens et les monteurs de lignes travaillant dans des zones dangereuses environnements.

Vous pouvez calculer le débit de charge net pour un volume d'espace en calculant le montant total de charge entrant et en soustrayant le montant total de charge sortant. Grâce aux électrons et aux protons porteurs de charge, des particules chargées peuvent être créées ou détruites pour s'équilibrer en fonction de la conservation de la charge.

Sachant que la charge d'un électron est de −1.602 × 10 ⁻¹⁹ C, une charge de -8 × 10 ⁻¹⁸ C serait composé de 50 électrons. Vous pouvez le trouver en divisant la quantité de charge électrique par l'amplitude de la charge d'un seul électron.

Si vous connaissez le courant électrique, le flux de charge électrique à travers un objet, voyageant à travers un circuit et combien de temps le courant est appliqué, vous pouvez calculer la charge électrique en utilisant l'équation du courant Q = Il dans lequel Q est la charge totale mesurée en coulombs, je est le courant en ampères, et t est le temps pendant lequel le courant est appliqué en secondes. Vous pouvez également utiliser la loi d'Ohm (V = RI) pour calculer le courant à partir de la tension et de la résistance.

Pour un circuit avec une tension de 3 V et une résistance de 5 appliqué pendant 10 secondes, le courant correspondant qui en résulte est je = V / R = 3 V / 5 = 0,6 A, et la charge totale serait Q = Il = 0,6 A × 10 s = 6 C.

Si vous connaissez la différence de potentiel (V) en volts appliqués dans un circuit et le travail (W) en joules fait sur la période où elle est appliquée, la charge en coulombs, Q = W / V.

•••Syed Hussain Ather

Champ électrique, la force électrique par unité de charge, se propage radialement vers l'extérieur des charges positives vers les charges négatives et peut être calculée avec E = F_E / q, dans lequel F_E est la force électrique et q est la charge qui produit le champ électrique. Étant donné l'importance fondamentale du champ et de la force dans les calculs d'électricité et de magnétisme, la charge électrique peut être défini comme la propriété de la matière qui fait qu'une particule a une force en présence d'un domaine.

Même si la charge nette ou totale d'un objet est nulle, les champs électriques permettent de répartir les charges de diverses manières à l'intérieur des objets. S'il y a des distributions de charges en leur sein qui entraînent une charge nette non nulle, ces objets sont polarisé, et la charge que ces polarisations provoquent sont appelées frais liés.

Bien que les scientifiques ne soient pas tous d'accord sur la charge totale de l'univers, ils ont fait des suppositions éclairées et testé des hypothèses par diverses méthodes. Vous pouvez observer que la gravité est la force dominante dans l'univers à l'échelle cosmologique, et, parce que la force électromagnétique est beaucoup plus forte que la force gravitationnelle, si l'univers avait une charge nette (positive ou négative), alors vous seriez capable d'en voir la preuve à une si énorme distances. L'absence de ces preuves a conduit les chercheurs à croire que l'univers est neutre en termes de charge.

Que l'univers ait toujours été neutre en termes de charge ou comment la charge de l'univers a changé depuis le big bang sont également des questions qui font débat. Si l'univers avait une charge nette, alors les scientifiques devraient être capables de mesurer leurs tendances et leurs effets sur tous lignes de champ électrique de telle sorte qu'au lieu de se connecter de charges positives à des charges négatives, elles ne jamais finir. L'absence de cette observation souligne également l'argument selon lequel l'univers n'a pas de charge nette.

•••Syed Hussain Ather

le un flux électrique à travers une zone plane (c'est-à-dire plate) UNE d'un champ électrique E est le champ multiplié par la composante de l'aire perpendiculaire au champ. Pour obtenir cette composante perpendiculaire, vous utilisez le cosinus de l'angle entre le champ et le plan d'intérêt dans la formule du flux, représenté par = AE cos(θ), où θ est l'angle entre la ligne perpendiculaire à la zone et la direction du champ électrique.

Cette équation, appelée La loi de Gauss, vous dit aussi que, pour des surfaces comme celles-ci, que vous appelez surfaces gaussiennes, toute charge nette résiderait sur sa surface du plan car il faudrait créer le champ électrique.

Parce que cela dépend de la géométrie de la zone de la surface utilisée dans le calcul du flux, cela varie en fonction de la forme. Pour une zone circulaire, la zone de flux UNE serait π_r_² avec r comme le rayon du cercle, ou pour la surface incurvée d'un cylindre, la zone de flux serait Ch dans lequel C est la circonférence de la face circulaire du cylindre et h est la hauteur du cylindre.

Électricité statique émerge lorsque deux objets ne sont pas à l'équilibre électrique (ou équilibre électrostatique), ou qu'il existe un flux net de charges d'un objet à un autre. Lorsque les matériaux se frottent les uns contre les autres, ils transfèrent des charges entre eux. Frotter des chaussettes sur un tapis ou le caoutchouc d'un ballon gonflé sur vos cheveux peut générer ces formes d'électricité. Le choc transfère ces charges excédentaires en retour, pour rétablir un état d'équilibre.

Pour un conducteur (matériau qui transmet l'électricité) en équilibre électrostatique, le champ électrique à l'intérieur est nul et la charge nette à sa surface doit rester à l'équilibre électrostatique. En effet, s'il y avait un champ, les électrons dans le conducteur se redistribueraient ou se réaligneraient en réponse au champ. De cette façon, ils annuleraient n'importe quel champ à l'instant où il serait créé.

Les fils d'aluminium et de cuivre sont des matériaux conducteurs courants utilisés pour transmettre des courants et des conducteurs ioniques sont également souvent utilisés, qui sont des solutions qui utilisent des ions flottant librement pour laisser passer la charge facilement. Semi-conducteurs, comme les puces qui permettent aux ordinateurs de fonctionner, utilisent également des électrons en libre circulation, mais pas autant que les conducteurs. Les semi-conducteurs comme le silicium et le germanium nécessitent également plus d'énergie pour laisser circuler les charges et ont généralement de faibles conductivités. Par contre, isolants comme le bois ne laissent pas la charge s'écouler facilement à travers eux.

En l'absence de champ à l'intérieur, pour une surface gaussienne située juste à l'intérieur de la surface du conducteur, le champ doit être nul partout pour que le flux soit nul. Cela signifie qu'il n'y a pas de charge électrique nette à l'intérieur du conducteur. On en déduit que, pour les structures géométriques symétriques telles que les sphères, la charge se répartit uniformément à la surface de la surface gaussienne.

Parce que la charge nette sur une surface doit rester en équilibre électrostatique, tout champ électrique doit être perpendiculaire à la surface d'un conducteur pour permettre au matériau de transmettre des charges. La loi de Gauss permet de calculer l'amplitude de ce champ électrique et de flux pour le conducteur. Le champ électrique à l'intérieur d'un conducteur doit être nul et, à l'extérieur, il doit être perpendiculaire à la surface.

Cela signifie que, pour un conducteur cylindrique avec un champ rayonnant des parois à un angle perpendiculaire, le flux total est simplement 2_E__πr_² pour un champ électrique E et r rayon de la face circulaire du conducteur cylindrique. Vous pouvez également décrire la charge nette sur la surface en utilisant σ, les densité de charge par unité de surface, multiplié par la surface.