Как рассчитать электрический заряд

Будь то статическое электричество, излучаемое меховой шубой, или электричество, от которого питаются телевизоры, вы можете узнать больше об электрическом заряде, поняв основную физику. Методы расчета заряда зависят от природы самого электричества, например, принципов распределения заряда по объектам. Эти принципы одинаковы, независимо от того, где вы находитесь во Вселенной, поэтому электрический заряд является фундаментальным свойством самой науки.

Есть много способов расчета электрический заряд для различных контекстов в физике и электротехнике.

Закон Кулона обычно используется при вычислении силы, создаваемой частицами, несущими электрический заряд, и является одним из наиболее распространенных уравнений электрического заряда, которые вы будете использовать. Электроны несут отдельные заряды -1,602 × 10^-19 кулонов (C), и протоны несут такое же количество, но в положительном направлении, 1,602 × 10 ⁻¹⁹ С. За два заряда q₁ а также q₂_, которые разделены расстоянием _r, вы можете рассчитать электрическую силу F_E генерируется по закону Кулона:

в котором k это константа k = 9.0 × 10 ⁹ Нм² / C². Физики и инженеры иногда используют переменную е для обозначения заряда электрона.

Обратите внимание, что для зарядов противоположных знаков (плюс и минус) сила отрицательная и, следовательно, притягивающая между двумя зарядами. Для двух зарядов одного знака (плюс и плюс или минус и минус) сила отталкивающая. Чем больше заряды, тем сильнее сила притяжения или отталкивания между ними.

Закон Кулона поразительно похож на закон Ньютона для силы тяжести. F_{грамм ​} = G м₁м₂ / р² для гравитационной силы F_грамм, массы м₁а также м₂, и гравитационная постоянная грамм = 6.674 × 10 ⁻¹¹ м³/ кг с². Оба они измеряют разные силы, изменяются с большей массой или зарядом и зависят от радиуса между обоими объектами во второй степени. Несмотря на сходство, важно помнить, что гравитационные силы всегда притягивают, в то время как электрические силы могут быть притягивающими или отталкивающими.

Вы также должны отметить, что электрическая сила, как правило, намного сильнее гравитации, исходя из разницы в экспоненциальной мощности констант законов. Сходство между этими двумя законами является еще большим свидетельством симметрии и закономерностей среди общих законов Вселенной.

Если система остается изолированной (то есть без контакта с чем-либо еще за ее пределами), она сохранит заряд. Сохранение заряда означает, что общее количество электрического заряда (положительный заряд минус отрицательный) остается неизменным для системы. Сохранение заряда позволяет физикам и инженерам вычислять, сколько заряда перемещается между системами и их окружением.

Этот принцип позволяет ученым и инженерам создавать клетки Фарадея, в которых используются металлические экраны или покрытия для предотвращения утечки заряда. Клетки Фарадея или щиты Фарадея используют тенденцию электрического поля к перераспределению зарядов внутри материал, чтобы нейтрализовать эффект поля и предотвратить повреждение или попадание зарядов в интерьер. Они используются в медицинском оборудовании, таком как аппараты магнитно-резонансной томографии, чтобы предотвратить передачу данных. искажается, а также в защитном снаряжении для электриков и линейных рабочих, работающих в опасных среды.

Вы можете рассчитать чистый поток начислений для объема пространства, вычислив общую сумму начисленных сборов и вычтя общую сумму оставленных сборов. Благодаря электронам и протонам, несущим заряд, заряженные частицы могут создаваться или разрушаться, чтобы уравновесить себя в соответствии с законом сохранения заряда.

Зная, что заряд электрона равен -1,602 × 10 ⁻¹⁹ C, заряд −8 × 10 ⁻¹⁸ C будет состоять из 50 электронов. Вы можете найти это, разделив количество электрического заряда на величину заряда отдельного электрона.

Если вы знаете электрический ток, поток электрического заряда через объект, проходящий по цепи и продолжительность действия тока, вы можете рассчитать электрический заряд, используя уравнение для тока Q = Это в котором Q - общий заряд, измеренный в кулонах, я ток в амперах, и т время подачи тока в секундах. Также можно использовать закон Ома (V = ИК), чтобы рассчитать ток по напряжению и сопротивлению.

Для цепи с напряжением 3 В и сопротивлением 5 Ом, приложенной в течение 10 секунд, соответствующий ток будет равен я = V / р = 3 В / 5 Ом = 0,6 А, и общий заряд будет Q = It = 0,6 А × 10 с = 6 С.

Если вы знаете разность потенциалов (V) в вольтах, приложенных в цепи и работе (W) в джоулях, произведенных за период применения, заряд в кулонах, Q = W / V.

•••Сайед Хуссейн Атер

Электрическое поле, электрическая сила, приходящаяся на единицу заряда, распространяется радиально наружу от положительных зарядов к отрицательным зарядам и может быть рассчитана с помощью E = F_E / q, в котором F_E это электрическая сила и q - заряд, создающий электрическое поле. Учитывая, насколько фундаментальными являются поле и сила для расчетов в электричестве и магнетизме, электрический заряд может можно определить как свойство материи, которое заставляет частицу иметь силу в присутствии электрического поле.

Даже если общий или общий заряд объекта равен нулю, электрические поля позволяют различным образом распределять заряды внутри объектов. Если внутри них есть распределения зарядов, которые приводят к ненулевым чистым расходам, эти объекты являются поляризованный, а заряд, вызываемый этими поляризациями, известен как связанные обвинения.

Хотя ученые не все согласны с тем, каков общий заряд Вселенной, они сделали обоснованные предположения и проверили гипотезы с помощью различных методов. Вы можете заметить, что гравитация является доминирующей силой во Вселенной в космологическом масштабе, и, поскольку электромагнитная сила намного сильнее чем гравитационная сила, если бы у Вселенной был чистый заряд (положительный или отрицательный), то вы могли бы увидеть доказательства этого на таком огромном расстояния. Отсутствие этих доказательств привело исследователей к мысли, что Вселенная заряжена нейтрально.

Всегда ли Вселенная была нейтральной по заряду или как заряд Вселенной изменился после Большого взрыва - это также вопросы, которые вызывают споры. Если бы у Вселенной был чистый заряд, то ученые могли бы измерить их тенденции и влияние на все силовые линии электрического поля таким образом, что вместо того, чтобы соединять положительные заряды с отрицательными, они Никогда не кончается. Отсутствие этого наблюдения также указывает на аргумент, что у Вселенной нет чистого заряда.

•••Сайед Хуссейн Атер

В электрический поток через плоскую (т.е. плоскую) область А электрического поля E - поле, умноженное на компонент площади, перпендикулярной полю. Чтобы получить этот перпендикулярный компонент, вы используете косинус угла между полем и интересующей плоскостью в формуле для потока, представленный как Φ = EA cos (θ), где θ - угол между линией, перпендикулярной площади, и направлением электрического поля.

Это уравнение, известное как Закон Гаусса, также сообщает вам, что для таких поверхностей, которые вы называете Гауссовы поверхности, любой чистый заряд будет находиться на его поверхности плоскости, потому что необходимо создать электрическое поле.

Поскольку это зависит от геометрии площади поверхности, используемой при расчете потока, она меняется в зависимости от формы. Для круглой области площадь потока А будет π_r_² с участием р в качестве радиуса круга или для криволинейной поверхности цилиндра площадь потока будет Ch в котором C - окружность грани кругового цилиндра, а час высота цилиндра.

Статическое электричество возникает, когда два объекта не находятся в электрическом равновесии (или электростатическое равновесие), или что существует чистый поток зарядов от одного объекта к другому. Когда материалы трутся друг о друга, они переносят заряды друг на друга. Эти виды электричества могут генерироваться при натирании носков о ковер или резинкой надутого воздушного шара о волосы. Шок переносит эти избыточные заряды обратно, чтобы восстановить состояние равновесия.

Для дирижер (материал, передающий электричество) в электростатическом равновесии, электрическое поле внутри равно нулю, а общий заряд на его поверхности должен оставаться в электростатическом равновесии. Это потому, что, если бы было поле, электроны в проводнике перераспределялись бы или перестраивались в ответ на поле. Таким образом, они отменили бы любое поле в момент его создания.

Алюминий и медная проволока являются распространенными материалами проводников, используемых для передачи токов, и ионных проводников. также часто используются, которые представляют собой растворы, в которых используются свободно плавающие ионы, позволяющие заряду проходить через без труда. Полупроводники, такие как микросхемы, которые позволяют компьютерам функционировать, также используют свободно циркулирующие электроны, но не так много, как проводники. Полупроводники, такие как кремний и германий, также требуют больше энергии для циркуляции зарядов и обычно имеют низкую проводимость. Напротив, изоляторы такие как дерево, не пропускают заряд через них.

При отсутствии поля внутри для гауссовой поверхности, которая лежит внутри поверхности проводника, поле должно быть равно нулю везде, чтобы поток был равен нулю. Это означает, что внутри проводника нет чистого электрического заряда. Из этого вы можете сделать вывод, что для симметричных геометрических структур, таких как сферы, заряд равномерно распределяется по поверхности гауссовой поверхности.

Поскольку чистый заряд на поверхности должен оставаться в электростатическом равновесии, любое электрическое поле должно быть перпендикулярно поверхности проводника, чтобы материал мог передавать заряды. Закон Гаусса позволяет вычислить величину этого электрического поля и магнитного потока для проводника. Электрическое поле внутри проводника должно быть нулевым, а снаружи оно должно быть перпендикулярно поверхности.

Это означает, что для цилиндрического проводника с полем, излучаемым от стенок под перпендикулярным углом, полный поток равен просто 2_E__πr_² для электрического поля E а также р радиус круглой грани цилиндрического проводника. Вы также можете описать чистый заряд на поверхности, используя σ, то плотность заряда на единицу площади, умноженную на площадь.