Fandom

Math Wiki

Sarcină electrică

1.029pages on
this wiki
Add New Page
Comment1 Share

Ad blocker interference detected!


Wikia is a free-to-use site that makes money from advertising. We have a modified experience for viewers using ad blockers

Wikia is not accessible if you’ve made further modifications. Remove the custom ad blocker rule(s) and the page will load as expected.

Sarcina electrică, notată cu q, este o mărime primitivă care descrie global starea de electrizare a corpurilor. Ea se prezintă valoric printr-un scalar, pozitiv sau negativ.

Starea de electrizare Edit

În general, numim stare de electrizare a corpurilor orice stare în care corpurile pot exercita asupra altor corpuri forţe de natura celor produse de corpurile electrizate prin frecare. Asupra corpurilor electrizate se exercită forţe care nu existau înainte de a fi electrizate. Experienţa arată că în afară de frecare, corpurile mai pot fi electrizate în funcţie şi de natura substanţei lor şi prin contactul cu alte corpuri electrizate, prin încălzire, prn şocuri mecanice, prin întindere sau compresiune, prin iradiere cu radiaţii ultraviolete sau Roentgen, prin efecte chimice ş.a.

Considerându-se frecarea ca un proces de referinţă, prin care corpurile capătă o proprietate nouă (inexistentă înainte de frecare) şi anume aceea de a exercita forţe asupra altor corpuri (frecate sau nu), proprietate căreia calitativ i se spune stare de electrizare, se constată că se pot ordona corpurile într-un şir (în funcţie de natura substanţei din care sunt formate) în aşa fel încât prin frecarea unui corp cu oricare corp din stânga lui să se exercite între ele forţe de atracţie şi prin frecare cu orice corp din dreapta lui să se exercite între ele forţe de respingere. Se constată, prin această experienţă, că electrizării i se poate asocia convenţional un semn pozitiv sau negativ. Experienţa arată, deci, că un corp electrizat situat la o distanţă de alt corp electrizat este fie atras, fie respins; orice corp neelectrizat este însă întotedeauna atras de orice corp electrizat. Astfel, există corpuri neelectrizate care după ce au fost atrase de un corp electrizat şi au ajuns în contact cu el sunt imediat respinse; aceste corpuri se numesc conductori (metalele, cărbunele, soluţiile de săruri organice, de acizi şi de baze sunt materiale conductoare[1]). Alte corpuri continuă să fie atrase şi după ce au ajuns în contact, unele chiar timp de câteva zile; aceste corpuri se numesc izolanţi sau dielectrici (aşa sunt: mica, mătasea, hârtia, porţelanul, marmura, sticla, răşinile, ebonita, aerul uscat şi multe altele). Corpurile care se situează între cele două categorii (conductori şi izolanţi), adică să fie atrase de corpul electrizat şi după ce au ajuns în contact cu el, dar un timp de ordinul secundarelor, să fie respinse, se numesc semiconductori.

Proprietatea de electrizare a corpurilor (să zicem prin frecare) ce are ca efect producerea unui câmp de forţe asupra altor corpuri situate în preajmă, este o calitate a corpurilor cu un evident caracter cantitativ (ca mărime a forţelor din câmpul produs, numit câmp electric), care depinde aşa cum arată experienţa de natura corpurilor electrizate (prin faptul că forţele pot fi de atracţie sau de respingere) şi relativ la un acelaşi corp vecin, cu stare invariabilă şi situat în acelaşi punct (la aceeaşi distanţă) şi de starea lui de electrizare (de "frecare").

Atunci, pentru a determina cantitativ această stare de electrizare a corpurilor, s-a introdus (în teoria macroscopică a câmpului electromagnetic) mărimea fizică denumită sarcină electrică, notată tradiţionl cu litera q, ca mărime primitivă: în mod inductiv şi bazat pe experienţă, care a constat în determinarea forţelor produse de corpul aşa zis electrizat asupra unui corp de probă, plasat în diferite puncte din câmp şi în cazul unor stări diferite de electrizare (ca natură a corpului şi ca lucru mecanic "cheltuit" pentru frecarea corpului). În trecut sarcina electrică mai era denumită şi cantitate de electricitate.

Sarcină electrică mărime primitivă de stare a corpurilor electrizate Edit

Din punctul de vedere al exprimării valorice (ca mărime matematică), sarcina electrică, q, este un scalar pozitiv sau negativ, experienţa arătând că un corp de probă poate fi supus unei forţe de respingere sau de atracţie, fapt ce depinde de natura corpului cu aceeaşi geometrie şi situat în acelaşi loc din câmp. Pentru exprimarea cantitativă (valorică) a sarcinii electrice q se poate face următorul experiment:

  • se consideră un sistem oarecare de corpuri imobile electrizate, a,b,c, \cdots , \! situate în vid, a

căror stare de eletrizare este constantă în timp;

  • în două puncte oarecare, P şi P', în vid, din acest sistem se introduc succesiv mai multe

corpuri de probă, identice din punctul de vedere structural însă electrizate diferit. Se va constata că asupra corpurilor de probă se exercită forţe ( \vec F_1, \vec F'_1; \vec F_2, \vec F'_2, \vec F_3, \vec F'_3, ) \! ale căror valori absolute şi sens sunt în general diferite (în funcţie de starea de electrizare diferită a corpurilor de probă), dar a căror direcţie rămâne constantă (aşa cum se arată în figura 1.). Acest fapt duce la concluzia că valoarea prin care se va exprima cantitativ starea de electrizare este un scalar;

  • ca urmare a acestei constatări, diferitele corpuri de probă se pot grupa în clase de

echivalenţă (v. §1.1.1) utilizând relaţia de echivalenţă proporţională: aceeaşi valoare absolută a forţei F(P) de interacţiune”. Ordonarea claselor de echivalenţă se va face prin relaţia de ordonare proporţională: forţa F(P) mai mare”. Dacă se consideră şi celălalt punct P (v. fig. 1.2), forţa F(P’) exercitată asupra fiecărui corp de probă adus în P este în general diferită ca mărime, direcţie şi sens faţa de forţa F(P) care se exercită asupra lor când sunt în punctul P, însă experienţa (măsurările) arată că împărţirea corpurilor de probă în clase de echivalenţă şi ordonarea lor faţă de valorile F(P) ale forţelor din punctul P rămâne aceeaşi; - din cele precedente rezultă că proprietatea evidenţiată de împărţire în clase de echivalenţă a mulţimii corpurilor de probă este o caracteristică a acestora, determinată de starea lor de electrizare şi nu depinde de punctul din câmp în care sunt introduse. Experienţa arată că raportul valorilor absolute ale forţelor exercitate asupra a două corpuri de probă diferite este acelaşi în orice punct, ceea ce înseamnă că se poate scrie (v. fig. 1.2): \frac {F_1(P)}{F2(P)} =\frac{ F_1(P')}{F_2(P')}. \! Aceasta permite asocierea valorilor numerice ale mărimii care măsoară starea de electrizare a unor corpuri de probă şi s-a denumit această mărime sarcină electrică, notată cu qcp proporţional cu valorile absolute (numerice) ale forţelor exercitate asupra acestora într-un punct dat din regiunea în care există câmp electric. Prin acest experiment rezultă, deductiv, următorul postulat:

\frac {q_{cp1}}{q_{cp2}} = \frac{F_1(P)}{F_2(P)}. \!

în care qcp1 şi qcp2 sunt sarcinile electrice a două corpuri de probă, iar F1(P) şi F2(P) sunt forţele exercitate asupra acestor corpuri când sunt plasate succesiv în acelaşi punct dat, P; - reunind două sau mai multe corpuri de probă într-un singur corp rezultant punctiform, se constată experimental că valoarea absolută a forţei ce acţionaeză asupra corpului rezultant în punctul P din câmp este suma valorilor forţelor care au acţionat asupra fiecărui corp de probă constituent când se află în punctul P. Acest fapt experimental pune în evidenţă relaţia de descompunere internă a sarcinilor electrice şi permite stabilirea izomorfismului între sarcinile electrice ale corpurilor punctiforme şi forţele exercitate asupra acestora în punctul considerat. Aceasta include şi convenţia de zero ca şi pe cea de scară, sarcina electrică fiind direct măsurabilă. Alegând unul din corpurile de probă ca etalon, cu sarcina sa electrică considerată ca unitate de măsură qu (cu valoarea numerică egală cu unu), sarcina electrică q, introdusă ca mărime de stare a electrizării corpului punctiform, este complet definită prin:

q=\frac{F(P)}{F_u(P)} q_u, \!

unde F(P) este valoarea forţei exercitată în punctul P asupra corpului punctiform şi F_u(P) \! este forţa exercitată asupra corpului de probă etalon (cu sarcina electrică aleasă ca unitate de măsură) când este plasat în acelaşi punct P. Sarcina electrică fiind o mărime aditivă (algebric), înseamnă că expresia (1.3) se poate scrie pentru orice corp, oricât de mare (sarcina electrică fiind o mărime de stare a corpurilor şi nedepinzând de punctul P, roportul q=\frac{F(P) \cdot q_u}{F_u(P)}  \! se poate scrie pentru orice punct, deci şi pentru unul atât de îndepărtat, faţă de dimensiunile corpului, încât acesta poate fi considerat punctiform), iar prin extensie sarcina q a corpului poate creşte oricât.

Unitatea de măsură a sarcinii electrice Edit

Etalonul ales în Sistemul Internaţional pentru sarcina electrică a corpurilor, adică unitatea de măsură SI pentru sarcina electrică, este denumită coulomb şi are simbolul C.

În practică se folosesc submultipli: milicoulomb [mC] cu 1mC = 10^{-3}C, \! microcoulombul [µC] cu 1\mu C = 10^{-6}C, \! nanocoulombul [nC] cu 1nC = 10^{-9}C \! etc.

Note Edit

  1. Printr-o convenţie lingvistică, chiar oficializată, denumirea aparatelor din tehnică sunt substantive ambigene (de gen masculin la singular şi feminin la plural). Substantivele conductor, izolant şi semiconductor în înţelesul natural de substanţă au însă pluralul tot de gen masculin, adică conductori, izolanţi şi semiconductori. Obiectele tehnice (piese, dispozitive, aparate etc) realizate exclusiv din aceste materiale au pluralul de gen feminin, conductoare (de exemplu firele conductoare de legătură), izolatoare (de exemplu piesele de susţinere a cablurilor electrice) şi semiconductoare (de exemplu dispozitivele semiconductoare, diode, tranzistoare etc)

Vezi şi Edit

Also on Fandom

Random Wiki