점 전하 , 전자기학의 맥락에서,이 점으로 간주 될 수있는 작은 크기의 전하이다. 예를 들어, 전하를 가진 기본 입자 인 양성자와 전자는 너무 작아서 많은 응용 분야에서 치수를 생략 할 수 있습니다. 전하가 포인트 지향적이라는 점을 고려하면 상호 작용을 계산하고 물질의 전기적 특성을 훨씬 쉽게 이해할 수 있습니다.
소립자는 점 전하가 될 수있는 유일한 입자가 아닙니다. 또한 이온화 된 분자, Charles A. Coulomb (1736-1806)이 그의 실험에 사용했던 하전 된 구체 일 수 있으며 심지어 지구 자체 일 수도 있습니다. 물체의 크기보다 훨씬 더 먼 거리에서 볼 수 있다면 모두 포인트 요금으로 간주 할 수 있습니다.
그림 1. 같은 사인의 포인트 차지는 서로 밀어 내고 반대 사인의 포인트 차지는 끌어 당깁니다. 출처 : Wikimedia Commons.
모든 물체가 소립자로 만들어 졌기 때문에 전하는 질량과 마찬가지로 물질의 고유 한 속성입니다. 질량없이 전자를 가질 수 없으며 전하 없이도 전자를 가질 수 없습니다.
속성
오늘날 우리가 아는 한, 양전하와 음전하의 두 가지 유형의 전하가 있습니다. 전자는 음전하를 띠고 양성자는 양전하를 띠고 있습니다.
같은 표지판의 요금은 반발하는 반면 반대쪽 표지판의 요금은 끌립니다. 이는 시간을 지키거나 측정 가능한 치수의 물체에 분산 된 모든 유형의 전하에 유효합니다.
또한 신중한 실험을 통해 양성자와 전자의 전하가 정확히 동일한 크기를 가짐을 발견했습니다.
고려해야 할 또 다른 매우 중요한 점은 전하가 양자화된다는 것입니다. 현재까지 전자의 전하보다 작은 크기의 분리 된 전하가 발견되지 않았습니다. 그것들은 모두 이것의 배수입니다.
마지막으로 전하가 보존됩니다. 즉, 전하는 생성되거나 파괴되지 않고 한 물체에서 다른 물체로 옮길 수 있습니다. 이러한 방식으로 시스템이 격리 된 경우 총 부하는 일정하게 유지됩니다.
전하 단위
국제 단위계 (SI)의 전하 단위는 그의 이름과 상호 작용을 설명하는 법을 발견 한 Charles A. Coulomb (1736-1806)를 기리기 위해 대문자 C로 축약 된 Coulomb입니다. 두 포인트 요금 사이. 나중에 이야기하겠습니다.
자연적으로 분리 될 수있는 가장 작은 전자의 전하는 다음과 같은 크기를 갖습니다.
쿨롱은 상당히 큰 단위이므로 하위 배수가 자주 사용됩니다.
우리가 전에 언급 한 바와 같이 그리고, 전자의 부호는 - 부정적이다. 양성자의 전하는 정확히 같은 크기이지만 양의 부호가 있습니다.
기호는 관습적인 문제입니다. 즉, 두 가지 유형의 전기가 있으며 구별이 필요하므로 하나는 기호 (-)와 다른 기호 (+)가 할당됩니다. 벤자민 프랭클린은이 명칭을 지정했으며, 요금 보존 원칙도 선언했습니다.
프랭클린 시대까지 원자의 내부 구조는 아직 알려지지 않았지만, 프랭클린은 실크로 문지른 유리 막대가 전기적으로 대전되어 이런 종류의 전기를 양이라고 부르는 것을 관찰했습니다.
전기에 끌린 물체는 모두 음의 부호가 있습니다. 전자가 발견 된 후 하전 된 유리 막대가 그들을 끌어 당기는 것이 관찰되었고, 이것이 전자 전하가 음이 된 방식입니다.
포인트 요금에 대한 쿨롱의 법칙
18 세기 말 프랑스 군의 엔지니어 인 Coulomb은 재료의 특성, 빔에 작용하는 힘 및 마찰력을 연구하는 데 오랜 시간을 보냈습니다.
그러나 그는 그의 이름을 딴 법칙과 두 점 전하 사이의 상호 작용을 설명하는 법으로 가장 잘 기억됩니다.
두 개의 전하 q 1 과 q 2라고 합시다 . Coulomb은 둘 사이의 힘 (인력 또는 반발)이 두 전하의 곱에 정비례하고 둘 사이의 거리의 제곱에 반비례한다고 결정했습니다.
수학적으로 :
이 방정식에서 F는 힘의 크기를 나타내고 r은 전하 사이의 거리입니다. 평등에는 비례 상수가 필요하며,이를 정전기 상수라고하며 k e 로 표시됩니다 .
그러므로:
게다가 Coulomb는 힘이 전하를 연결하는 선을 따라 향하고 있음을 발견했습니다. 따라서 r 이 해당 선을 따라있는 단위 벡터 인 경우 벡터로서의 쿨롱의 법칙은 다음과 같습니다.
쿨롱의 법칙 적용
Coulomb는 실험을 위해 비틀림 균형이라는 장치를 사용했습니다. 이를 통해 다음과 같은 정전기 상수 값을 설정할 수 있습니다.
다음으로 우리는 응용 프로그램을 볼 것입니다. 삼점로드되는 촬영 의 Q , Q B의 Q의 C 도 2에서 계산 된 Q의 순 힘 보이는 위치에 B를 .
그림 2. 음전하에 작용하는 힘은 쿨롱의 법칙을 사용하여 계산됩니다. 출처 : F. Zapata.
요금 q A 는 반대 부호를 가지고 있기 때문에 요금 q B를 끌어 당깁니다 . q C 에 대해서도 마찬가지 입니다. 분리 된 몸체 다이어그램은 오른쪽 그림 2에 있으며, 두 힘이 수직 축 또는 y 축을 따라 향하고 반대 방향을 갖는 것이 관찰됩니다.
전하 q B 에 대한 순 힘 은 다음과 같습니다.
F R = F AB + F CB (중첩 원리)
국제 시스템 (SI)의 모든 단위를 작성하도록주의하면서 숫자 값을 대체하는 것만 남아 있습니다.
F AB = 9.0 x 10 9 x 1 x 10 -9 x 2 x 10 -9 / (2 x 10 -2 ) 2 N (+ y) = 0.000045 (+ y) N
F CB = 9.0 x 10 9 x 2 x 10 -9 x 2 x 10 -9 / (1 x 10 -2 ) 2 N ( -y ) = 0.00036 ( -y ) N
F R = F AB + F CB = 0.000045 (+ y) + 0.00036 ( -y ) N = 0.000315 ( -y) N
중력과 전기
이 두 힘은 동일한 수학적 형태를 가지고 있습니다. 물론, 그들은 비례 상수의 값이 다르며 중력은 질량과 함께 작동하는 반면 전기는 전하와 함께 작동합니다.
그러나 중요한 것은 둘 다 거리의 제곱의 역에 의존한다는 것입니다.
독특한 유형의 질량이 있으며 양수로 간주되므로 중력은 항상 매력적이며 전하는 양수 또는 음수가 될 수 있습니다. 이러한 이유로 전기력은 경우에 따라 매력적이거나 반발적일 수 있습니다.
그리고 우리는 위에서 파생 된이 세부 사항을 가지고 있습니다. 자유 낙하하는 모든 물체는 지구 표면에 가깝다면 동일한 가속도를 갖습니다.
그러나 예를 들어 우리가 하전 된 평면 근처에서 양성자와 전자를 방출하면 전자는 양성자보다 훨씬 더 큰 가속도를 가질 것입니다. 또한 가속도는 반대 방향을 갖습니다.
마지막으로, 전하는 말한 것처럼 양자화됩니다. 이것은 우리가 전자의 2.3 배 또는 4 배 또는 양성자의 전하를 찾을 수 있다는 것을 의미합니다. 그러나이 전하의 1.5 배는 결코 아닙니다. 반면에 질량은 단일 질량의 배수가 아닙니다.
아 원자 입자의 세계에서 전기력은 중력을 초과합니다. 그러나 거시적 규모에서는 중력이 지배적입니다. 어디? 행성, 태양계, 은하계 등의 수준에서.
참고 문헌
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