ელექტრო მუხტი არის მატერიის ძირითადი ფიზიკური თვისება, კერძოდ, სუბატომური ნაწილაკები პროტონები და ელექტრონები. ისევე, როგორც ატომებს აქვთ მასა, ამ ნაწილაკებს აქვთ მუხტი და ამ მუხტთან არის ელექტრული ძალა და ელექტრული ველი.
ელექტრული მუხტის თვისებები
ელექტრო მუხტი ორი სახისაა:დადებითი მუხტი და უარყოფითი მუხტი, რომლებსაც, როგორც მათი სახელები ვარაუდობენ, აქვთ საპირისპირო ნიშნები (მასისგან განსხვავებით, რომელსაც მხოლოდ ერთი ჯიში აქვს). ელექტრული მუხტის მქონე ობიექტები ერთმანეთზე ახდენენ ელექტრულ ძალას, ისევე როგორც მასის მქონე ობიექტები გრავიტაციული ძალის საშუალებით. იმის ნაცვლად, რომ ყოველთვის იყოს მიმზიდველი ძალა, ისევე როგორც მასა, საპირისპირო მუხტები იზიდავს, ხოლო მუხტები მოგერიება.
SI მუხტის ერთეული არის კულონი (C). ერთი კულონი განისაზღვრება, როგორც მუხტის ოდენობა, რომელიც შეიძლება გადაადგილდეს ერთი ამპერი ელექტროენერგიით ერთ წამში. ძირითადი მუხტის მატარებლები არიან პროტონი, მუხტით+ ედა ელექტრონი, მუხტით-ე, სადაც ელემენტარული მუხტიე = 1.602 × 10-19 გ.
წმინდა მუხტი ობიექტზე არის პროტონის რაოდენობანგვგამოკლებული ელექტრონების რაოდენობანეჯერე:
\ text {net charge} = (N_p - N_e) e
ატომების უმეტესობა ელექტრონულად ნეიტრალურია, რაც ნიშნავს რომ მათ აქვთ პროტონისა და ელექტრონის თანაბარი რაოდენობა, ამიტომ მათი წმინდა მუხტი არის 0 C. თუ ატომი მოიპოვებს ან დაკარგავს ელექტრონებს, მას უწოდებენ იონს და ექნება ნულოვანი წმინდა მუხტი. წმინდა მუხტის მქონე ობიექტები ავლენენ სტატიკურ ელექტროენერგიას და შეუძლიათ ერთმანეთთან მიჯაჭვვა, რადგან მუხტის რაოდენობაზეა დამოკიდებული ძალა.
გაითვალისწინეთ, რომ ელექტრონების ამ გადაცემას ატომებს შორის ან ობიექტებს შორის ასევე არ იწვევს ობიექტების მასის მნიშვნელოვან ცვლილებას. ეს იმიტომ ხდება, რომ პროტონებსა და ელექტრონებს მუხტის ერთი და იგივე სიდიდე აქვთ, მათ ძალიან განსხვავებული მასა აქვთ. ელექტრონის მასა არის 9.11 × 10-31 კგ, ხოლო პროტონის მასა 1,67 × 10-27 კგ. პროტონი ელექტრონზე 1000-ჯერ უფრო მძიმეა!
კულონის კანონი: ფორმულა
კულონის კანონი იძლევა ელექტროსტატიკურ ძალასვორ ბრალდებას შორის,q1დაq2მანძილირგარდა:
F = k \ frac {q_1q_2} {r ^ 2}
სადკარის კულონის მუდმივა = 8,99 × 109 ნმ2/ გ2.
გაითვალისწინეთ, რომ ეს ძალა არის ავექტორი,რომელიც მიუთითებს ხაზის გასწვრივ სხვა ნაწილაკისგან, თუ მუხტები იგივეა და სხვა ნაწილაკისაკენ, თუ მუხტები საპირისპიროა.
კულონის კანონი, ისევე როგორც სიმძიმის ძალა ორ მასას შორის, შებრუნებული კვადრატული კანონია. ეს ნიშნავს, რომ ის მცირდება ორ მუხტს შორის მანძილის შებრუნებული კვადრატის გამო. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ორჯერ შორს მდებარე მუხტები განიცდის მეოთხედი ძალას. მიუხედავად იმისა, რომ ეს მუხტი მანძილთან ერთად მცირდება, ის არასოდეს მიდის ნულზე და ასე აქვს უსასრულო დიაპაზონი.
შესასწავლი მაგალითები
მაგალითი 1:გადასახადი +2ედა მუხტი -4ეგამოყოფილია 0.25 სმ მანძილით. რა ზომისაა კულონის ძალა მათ შორის?
კულონის კანონის გამოყენებით და დარწმუნებული ხართ, რომ სმ-ს გარდაქმნით m- ში, მიიღებთ:
F = k \ frac {q_1q_2} {r ^ 2} = (8.99 \ ჯერ 10 ^ 9) \ frac {(2 \ ჯერ 1.602 \ ჯერ 10 ^ {- 19}) (- 4 \ ჯერ 1.602 \ ჯერ 10 ^ {- 19 })} {0.0025 ^ 2} = 2.95 \ ჯერ 10 ^ {- 22} \ ტექსტი {N}
მაგალითი 2:დავუშვათ, რომ ელექტრონი და პროტონი გამოყოფილია 1 მმ მანძილით. როგორ შედარებულია მათ შორის გრავიტაციული ძალა ელექტროსტატიკური ძალისგან?
გრავიტაციული ძალის გამოთვლა შესაძლებელია განტოლებიდან:
F_ {grav} = G \ frac {m_pm_e} {r ^ 2}
სადაც გრავიტაციული მუდმივაგ = 6.67 × 10-11 მ3/kgs2.
ციფრების ჩართვა იძლევა:
F_ {grav} = (6.67 \ ჯერ 10 ^ {- 11}) \ frac {(1.67 \ ჯერ 10 ^ {- 27}) (9.11 \ ჯერ 10 ^ {- 31})}} {(1 \ ჯერ 10 ^ { -3}) ^ 2} = 1.015 \ ჯერ 10 ^ {- 61} \ ტექსტი {N}
კულონის კანონით მოცემულია ელექტროსტატიკური ძალა:
F_ {elec} = k \ frac {q_1q_2} {r ^ 2} = (8.99 \ ჯერ 10 ^ 9) \ frac {(1.602 \ ჯერ 10 ^ {- 19}) (- 1.602 \ ჯერ 10 ^ {- 19}) } {(1 \ ჯერ 10 ^ {- 3}) ^ 2} = 2.307 \ ჯერ 10 ^ {- 22} \ ტექსტი {N}
ელექტროსტატიკური ძალა პროტონს და ელექტრონს შორის 10-ზე მეტია39 ჯერ მეტია, ვიდრე გრავიტაციული ძალა!
