Properti beban tepat waktu dan hukum Coulomb

A Beban tepat waktu, Dalam konteks elektromagnetisme, muatan listrik dimensi yang begitu kecil, yang dapat dianggap sebagai suatu titik. Misalnya, partikel elementer yang memiliki muatan listrik, proton dan elektron, sangat kecil sehingga dimensinya dapat dihilangkan dalam berbagai aplikasi. Pertimbangkan bahwa suatu beban adalah waktu yang tepat memfasilitasi pekerjaan menghitung interaksinya dan memahami sifat listrik dari masalah tersebut.

Partikel elementer bukan satu -satunya yang bisa menjadi beban spesifik. Molekul terionisasi juga bisa, bola yang dimuat yang digunakan Charles. Coulomb (1736-1806) dalam eksperimennya dan bahkan tanah yang sama. Semua dapat dianggap sebagai beban spesifik, selama kita melihatnya pada jarak jauh lebih besar dari ukuran objek.

Gambar 1. Beban spesifik dari tanda yang sama ditolak, sedangkan tanda yang berlawanan tertarik. Sumber: Wikimedia Commons.

Karena semua benda terbuat dari partikel elementer, muatan listrik adalah sifat yang melekat pada materi, seperti halnya massa. Anda tidak dapat memiliki elektron tanpa massa, dan tidak ada tanpa beban.

[TOC]

Properti

Sejauh yang kita ketahui hari ini, ada dua jenis muatan listrik: positif dan negatif. Elektron memiliki beban tipe negatif, sedangkan protonnya positif.

Banyak tanda yang sama ditolak, sedangkan tanda yang berlawanan tertarik. Ini berlaku untuk segala jenis muatan listrik, baik tepat waktu atau didistribusikan di atas objek dimensi yang dapat diukur.

Selain itu, eksperimen yang cermat menemukan bahwa beban proton dan elektron memiliki besarnya sama persis.

Poin lain yang sangat penting untuk dipertimbangkan adalah bahwa muatan listrik dikuantisasi. Sampai saat ini, beban listrik yang terisolasi belum ditemukan kurang dari beban elektron. Semuanya kelipatan dari ini.

Akhirnya, muatan listrik dipertahankan. Dengan kata lain, muatan listrik tidak dibuat atau dihancurkan, tetapi dapat ditransfer dari satu objek ke objek lainnya. Dengan cara ini, jika sistem terisolasi, total beban tetap konstan.

Dapat melayani Anda: 21 acara penting fisika

Unit muatan listrik

Unit untuk muatan listrik dalam sistem unit internasional (SI) adalah Coulomb, disingkat dengan modal C, untuk menghormati Charles. Coulomb (1736-1806), yang menemukan hukum yang menyandang namanya dan menggambarkan interaksi antara dua tuduhan spesifik. Nanti kita akan membicarakannya.

Muatan listrik elektron, yang merupakan yang terkecil yang dapat diisolasi di alam, memiliki besarnya:

Dan^- = 1.6 x 10 ^-16 C

Coulomb adalah unit yang cukup besar, jadi submultiples sering digunakan:

-1 Mili C = 1 MC = 1 x 10^-3 C

-1 mikro C = 1 μC = 1 x 10^-6 C

-1 nano c = 1 nc = 1 x 10^-9 C

Dan seperti yang telah kami sebutkan sebelumnya, tanda Dan^- Itu negatif. Beban proton memiliki besarnya sama persis, tetapi dengan tanda positif.

Tanda-tanda adalah masalah konvensi, yaitu, ada dua jenis listrik dan perlu untuk membedakannya, oleh karena itu satu ditetapkan tanda (-) dan tanda lainnya (+). Benjamin Franklin membuat penunjukan ini, dan juga memberinya prinsip konservasi beban.

Untuk zaman Franklin, struktur internal atom masih belum diketahui, tetapi Franklin telah mengamati bahwa batang kaca sutra gosok bermuatan listrik, menyebut listrik semacam ini positif.

Objek apa pun yang tertarik pada listrik seperti itu, memiliki tanda negatif. Setelah elektron ditemukan, diamati bahwa batang kaca yang dimuat menarik mereka, dan ini adalah bagaimana beban elektron negatif.

Hukum Coulomb untuk beban tertentu

Pada akhir abad ke -18, Coulomb, seorang insinyur tentara Prancis, mendedikasikan banyak waktu untuk mempelajari sifat -sifat bahan, kekuatan yang bertindak pada balok dan gaya gesekan.

Tetapi lebih diingat oleh hukum yang menyandang namanya dan menggambarkan interaksi antara dua muatan listrik spesifik.

Dapat melayani Anda: Magnetisme: sifat magnetik bahan, penggunaan

Biarkan dua muatan listrik Q₁ Dan Q₂. Coulomb menentukan bahwa kekuatan di antara mereka, yang sudah di luar daya tarik atau tolakan, berbanding lurus dengan produk dari kedua muatan, dan berbanding terbalik dengan kuadrat dari jarak di antara mereka.

Secara matematis:

F∝ q₁ . Q₂ / R²

Dalam persamaan ini, F mewakili besarnya gaya dan R Itu adalah jarak yang memisahkan beban. Kesetaraan membutuhkan konstanta proporsionalitas, yang disebut konstan elektrostatik dan dilambangkan sebagai k_Dan.

Dengan demikian:

F = k. Q₁ . Q₂ /R²

Coulomb juga menemukan bahwa gaya itu diarahkan di sepanjang garis yang bergabung dengan beban. Maka ya R Ini adalah vektor unit di sepanjang garis itu, hukum Coulomb sebagai vektor adalah:

 Bentuk hukum Coulomb ini hanya berlaku untuk beban tertentu.

Penerapan Hukum Coulomb 

Coulomb menggunakan perangkat yang dipanggil Keseimbangan torsi Untuk eksperimen Anda. Melalui itu, nilai konstanta elektrostatik dapat ditetapkan di:

k_Dan = 8.99 x 10⁹ N m²/C² ≈ 9.0 x 10⁹ N m²/C²

Selanjutnya kita akan melihat aplikasi. Anda memiliki tiga beban spesifik itu_KE, Q_B dan q_C ditemukan di posisi yang ditunjukkan pada Gambar 2. Mari kita menghitung gaya bersih pada Q_B.

Gambar 2. Gaya pada beban negatif dihitung oleh hukum Coulomb. Sumber: f. Zapata.

Beban q_KE menarik beban q_B, Karena mereka adalah tanda -tanda yang berlawanan. Hal yang sama dapat dikatakan tentang q_C. Diagram tubuh yang terisolasi ada pada Gambar 2 di sebelah kanan, yang menunjukkan bahwa kedua gaya diarahkan sepanjang sumbu vertikal atau sumbu Y, dan memiliki indera yang berlawanan.

Gaya bersih pada beban q_B adalah:

F_R = F_AB + F_CB (Prinsip Superposisi)

Itu hanya tetap menggantikan nilai numerik, berhati -hati untuk menulis semua unit dalam sistem internasional (SI).

F_AB = 9.0 x 10⁹ x 1 x 10^-9 x 2 x 10^-9 / (2 x 10^-2) ² N (+Dan) = 0.000045 (+Dan) N

F_CB = 9.0 x 10⁹ x 2 x 10^-9 x 2 x 10^-9 / (1 x 10^-2) ² N (-Dan) = 0.00036 (-Dan) N

F_R = F_AB + F_CB = 0.000045 (+Dan) + 0.00036 (-Dan) N = 0.000315 (-Dan) N

Gravitasi dan listrik

Kedua kekuatan ini memiliki bentuk matematika yang sama. Tentu saja, mereka berbeda dalam nilai konstanta proporsionalitas dan di mana gravitasi bekerja dengan massa, sementara listrik melakukannya dengan beban.

Dapat melayani Anda: dinamika sistem partikel: contoh, latihan

Tetapi yang penting adalah keduanya bergantung pada kebalikan ke kuadrat jarak.

Ada jenis massa yang unik dan dianggap positif, sehingga gaya gravitasi selalu menarik, sedangkan muatan bisa positif atau negatif. Oleh karena itu, gaya listrik dapat menjadi daya tarik atau tolakan, seperti halnya.

Dan kami memiliki detail yang berasal dari yang di atas: semua objek di Free Fall memiliki akselerasi yang sama, sementara mereka berada di dekat permukaan bumi.

Tetapi jika kita melepaskan proton dan elektron di dekat bidang yang dimuat, misalnya, elektron akan memiliki akselerasi yang jauh lebih besar daripada proton. Selain itu, akselerasi akan memiliki indera yang berlawanan.

Akhirnya, muatan listrik dihitung, seperti yang dinyatakan. Itu berarti bahwa kita dapat menemukan beban 2,3 atau 4 kali lipat dari elektron -atau proton -tapi tidak pernah 1.5 kali beban ini. Massa sebagai gantinya bukan kelipatan dari massa unik apa pun.

Di dunia partikel subatomik, gaya listrik melebihi besarnya gravitasi. Namun, pada skala makroskopik, gaya gravitasi adalah yang mendominasi. Di mana? Di tingkat planet, tata surya, galaksi dan banyak lagi.

Referensi

1. Figueroa, d. (2005). Seri: Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 5. Elektrostatika. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
2. Giancoli, d. 2006. Fisika: Prinsip dengan aplikasi. 6. Ed Prentice Hall.
3. Kirkpatrick, l. 2007. Fisika: Pandangan Dunia. Edisi Singkat ke -6. Pembelajaran Cengage.
4. Knight, r. 2017. Fisika untuk Ilmuwan dan Teknik: Pendekatan Strategi. Pearson.
5. Sears, Zemansky. 2016. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. 14. Ed. V 2.