Како израчунати електрични набој

Било да се ради о статичком електрицитету који даје крзнени капут или о електрицитету који напаја телевизоре, више о електричном наелектрисању можете сазнати разумевањем основне физике. Методе за израчунавање наелектрисања зависе од природе саме електричне енергије, као што су принципи како се наелектрисање дистрибуира кроз предмете. Ови принципи су исти без обзира где се налазите у универзуму, чинећи електрични набој основним својством саме науке.

Постоји много начина израчунавања наелектрисање за различите контексте у физици и електротехници.

Кулонов закон се обично користи приликом израчунавања силе која настаје услед честица које носе електрични набој и једна је од најчешћих једначина електричног наелектрисања коју ћете користити. Електрони носе појединачне наелектрисања од -1602 × 10^-19 кулони (Ц) и протони носе исту количину, али у позитивном смеру, 1.602 × 10 ⁻¹⁹ Ц. За две оптужбе к₁ и к₂_који су одвојени растојањем _р, можете израчунати електричну силу Ф_Е. генерисана помоћу Куломовог закона:

у којима к је константа к = 9.0 × 10 ⁹ Нм² / Ц². Физичари и инжењери понекад користе променљиву е да се односи на наелектрисање електрона.

Имајте на уму да је за наелектрисања супротних предзнака (плус и минус) сила негативна и стога привлачна између два наелектрисања. За два наелектрисања истог предзнака (плус и плус или минус и минус) сила је одбојна. Што су набоји већи, јача је привлачна или одбојна сила између њих.

Кулонов закон има запањујућу сличност са Њутновим законом за гравитациону силу Ф_{Г. ​} = Г м₁м₂ / р² за гравитациону силу Ф_Г., масе м₁и м₂, и гравитациона константа Г. = 6.674 × 10 ⁻¹¹ м³/ кг с². Обоје мере различите силе, варирају са већом масом или наелектрисањем и зависе од полупречника између оба објекта до друге снаге. Упркос сличностима, важно је запамтити да су гравитационе силе увек привлачне, док електричне силе могу бити привлачне или одбојне.

Такође треба приметити да је електрична сила генерално много јача од гравитације на основу разлика у експоненцијалној снази константи закона. Сличности између ова два закона већи су показатељ симетрије и образаца међу уобичајеним законима универзума.

Ако систем остане изолован (тј. Без контакта са било чим другим ван њега), сачуваће наелектрисање. Очување набоја значи да укупна количина електричног наелектрисања (позитивно наелектрисање минус негативно наелектрисање) остаје иста за систем. Очување наелектрисања омогућава физичарима и инжењерима да израчунају колики се набој креће између система и околине.

Овај принцип омогућава научницима и инжењерима да креирају Фарадаиеве кавезе који користе металне штитове или премаз како би спречили истицање наелектрисања. Фарадаиеви кавези или Фарадаиеви штитови користе склоност електричног поља да прерасподељује наелектрисања унутар материјал за поништавање ефекта поља и спречавање наношења штете или уласка у ентеријер. Користе се у медицинској опреми, попут машина за снимање магнетне резонанце, како би се спречили подаци у искривљеној опреми за електричаре и мајсторе који раде у опасним ситуацијама окружења.

Можете израчунати нето проток наелектрисања за запремину простора тако што ћете израчунати укупну количину наелектрисања и одузети укупну количину напуњеног набоја. Кроз електроне и протоне који носе наелектрисање, наелектрисане честице могу се створити или уништити да би се уравнотежиле у складу са очувањем наелектрисања.

Знајући да је наелектрисање електрона -1602 × 10 ⁻¹⁹ Ц, наелектрисање −8 × 10 ⁻¹⁸ Ц би се састојао од 50 електрона. То можете пронаћи дељењем количине електричног наелектрисања величином наелектрисања појединог електрона.

Ако знате електрична струја, проток електричног наелектрисања кроз објекат, путујући кроз коло и колико дуго се примењује струја, можете израчунати електрични набој користећи једначину за струју К = То у којима К је укупан набој измерен у кулонима, Ја је струја у појачалима и т је време примене струје у секундама. Такође можете да користите Омов закон (В. = ИР) за израчунавање струје из напона и отпора.

За коло са напоном 3 В и отпором 5 Ω које се примењује 10 секунди, одговарајућа струја која је резултат је Ја = В. / Р. = 3 В / 5 Ω = 0,6 А, а укупан набој би био К = То = 0,6 А × 10 с = 6 Ц.

Ако знате потенцијалну разлику (В.) у волтима примењеним у кругу и рад (В) у џулима урађеним током периода на који се примењује, набој у кулонима, К = В / В..

•••Сиед Хуссаин Атхер

Електрично поље, електрична сила по јединици наелектрисања, шири се радијално према ван од позитивних наелектрисања ка негативним наелектрисањима и може се израчунати са Е. = Ф_Е. / к, у којима Ф_Е. је електрична сила и к је наелектрисање које ствара електрично поље. С обзиром на то колико су поље и сила основни за прорачуне у електрицитету и магнетизму, електрични набој може бити дефинисани као својство материје које узрокује да честица има силу у присуству електричне поље.

Чак и ако је нето или укупни набој на објекту нула, електрична поља омогућавају расподјелу набоја на различите начине унутар објеката. Ако у њима постоје расподеле наелектрисања које резултирају нултој нето наелектрисаности, ови објекти јесу поларизован, а набој који ове поларизације изазивају познати су као везани набоји.

Иако се сви научници не слажу око укупног набоја свемира, они су на основу претпостављених сазнања и различитих метода тестирали хипотезе. Можете приметити да је гравитација доминантна сила у универзуму на космолошкој скали и, јер је електромагнетна сила много јача него гравитациона сила, ако би свемир имао нето наелектрисање (било позитивно или негативно), онда бисте могли да видите доказе о њему на тако огромном нивоу растојања. Одсуство ових доказа навело је истраживаче да верују да је свемир неутралан.

Да ли је свемир увек био наелектрисан неутрално или како се набој универзума променио од Великог праска такође су питања о којима треба расправљати. Ако је свемир имао нето набој, тада би научници требали бити у могућности да мере своје тенденције и ефекте на све водови електричног поља на такав начин да би, уместо да се повежу са позитивних на негативне наелектрисања никад краја. Одсуство овог запажања такође упућује на аргумент да универзум нема нето набој.

•••Сиед Хуссаин Атхер

Тхе електрични флукс кроз равничарско (тј. равно) подручје А. електричног поља Е. је поље помножено са компонентом површине окомите на поље. Да бисте добили ову окомиту компоненту, користите косинус угла између поља и равни од интереса у формули за флукс, представљену са Φ = ЕА јер (θ), где θ је угао између праве окомите на површину и правца електричног поља.

Ова једначина, позната као Гаусов закон, такође вам то говори, за површине попут ових, које ви зовете Гауссове површине, било које нето наелектрисање би се налазило на њеној површини авиона, јер би било неопходно створити електрично поље.

Будући да ово зависи од геометрије површине површине која се користи за израчунавање флукса, она варира у зависности од облика. За кружно подручје, подручје флукса А. би било π_р_² са р као полупречник круга или за закривљену површину цилиндра површина флукса би била Цх у којима Ц. је обим површине кружног цилиндра и х је висина цилиндра.

Статички електрицитет настаје када два објекта нису у електричној равнотежи (или електростатичка равнотежа), или, да постоји нето проток наелектрисања са једног предмета на други. Како се материјали трљају једни о друге, они међусобно преносе набоје. Трљање чарапа на тепих или гуме надуваног балона на коси може створити ове облике електричне енергије. Шок враћа ове вишкове наелектрисања назад, да би се поново успоставило стање равнотеже.

За диригент (материјал који преноси електричну енергију) у електростатичкој равнотежи, електрично поље унутра је нула и нето наелектрисање на његовој површини мора остати у електростатичкој равнотежи. То је зато што би се, да постоји поље, електрони у проводнику прераспоредили или поравнали као одговор на поље. На овај начин би поништили свако поље чим би било створено.

Алуминијум и бакарна жица су уобичајени проводнички материјали који се користе за пренос струја и јонски проводници Такође се често користе, а то су решења која користе слободно плутајуће јоне да пропусте наелектрисање лако. Полупроводници, попут чипова који омогућавају рачунару да функционише, користе и електроне који циркулишу, али не толико као проводници. Полупроводници попут силицијума и германијума такође захтевају више енергије да пуне наелектрисања и углавном имају малу проводљивост. За разлику од тога, изолатори попут дрвета не допуштају да набој лако протиче кроз њих.

Без унутрашњег поља, за Гауссову површину која лежи непосредно унутар површине проводника, поље мора бити свуда нула, тако да је флукс нула. То значи да унутар проводника нема нето електричног набоја. Из овога можете закључити да се за симетричне геометријске структуре као што су сфере наелектрисање равномерно распоређује на површини Гаусове површине.

Будући да нето наелектрисање на површини мора остати у електростатичкој равнотежи, свако електрично поље мора бити окомито на површину проводника да би материјал могао преносити наелектрисања. Гаусов закон вам омогућава да израчунате величину овог електричног поља и флукса за проводник. Електрично поље унутар проводника мора бити нула, а споља мора бити окомито на површину.

То значи да је за цилиндрични проводник са пољем које зрачи из зидова под окомитим углом укупан ток једноставно 2_Е__πр_² за електрично поље Е. и р полупречник кружне површине цилиндричног проводника. Такође можете описати нето наелектрисање на површини σ, густина наелектрисања по јединици површине, помножено са површином.