Elektriskais lādiņš

Elektriskais lādiņš ir fizikāls lielums, kas nosaka elektromagnētisko mijiedarbību intensitāti,^[1] fizikā to apzīmē ar ${\displaystyle q\ }$ un tā mērvienība ir kulons (C).

Elektriskais lādiņš var būt pozitīvs vai negatīvs.

Lādiņiem un uzlādētiem ķermeņiem ir spēkā elektriskā lādiņa nezūdamības likums un Kulona likums.

Elementārlādiņš

Vismazākais (pēc absolūtās vērtības) lādiņš piemīt elektronam. Eksperimentāli ir konstatēts, ka tā lādiņš ${\displaystyle e}$ ir −1,6·10⁻¹⁹ C (tāds pats pēc absolūtās vērtības lādiņš piemīt arī protonam, tikai tas ir pozitīvs), to sauc par elementārlādiņu. Jebkurš cits lādiņš ir šī lādiņa daudzkārtnis.^[2]

Elektrona lādiņš un Faradeja skaitlis

Konstanti ${\displaystyle F=eN_{A}}$, kur ${\displaystyle N_{A}}$ ir Avogadro skaitlis, sauc par Faradeja skaitli, tā vērtība ir 96 484,56 C/mol. Pēc Faradeja likumiem elektrolīzei, ${\displaystyle F={\frac {C}{m}}q}$ un Faradeja skaitlis ir elektriskais lādiņš ${\displaystyle q}$, ko elektrolītā pārnes joni, kuru kopējā masa ${\displaystyle m}$ skaitliski vienāda ar vielas ķīmisko ekvivalentu ${\displaystyle C}$, tātad, nosakot eksperimentāli ${\displaystyle m}$ un ${\displaystyle q}$, aprēķina Faradeja skaitli un, zinot to, aprēķina elektrona lādiņu.^[3]

Elektrizācija

Elektrizācija ir elektrisko lādiņu atdalīšanās un to uzkrāšanās ķermenī,^[4] šī procesa rezultātā ķermenis uzlādējas pozitīvi vai negatīvi — ja ķermenis iegūst pozitīvus vai negatīvus lādiņnesējus (daļiņas), rodas attiecīgās zīmes elektriskā lādiņa pārpalikums; ja ķermenis lādiņnesējus zaudē, rodas attiecīgās zīmes elektriskā lādiņa iztrūkums.

Parasti (bez elektrizācijas) viela ir elektroneitrāla, tas ir, pretēju zīmju lādiņi tajā savstarpēji kompensējas (atoms, kurš sastāv no pozitīvi lādēta kodola un negatīvi lādēta elektronu apvalka, ir elektroneitrāls).^[2]

Tilpuma lādiņa blīvums

Tilpuma lādiņa blīvumu fizikā apzīmē ar ${\displaystyle \rho \ }$

${\displaystyle \rho =\lim _{\Delta V\rightarrow 0}{\frac {\Delta q}{\Delta V}}\ }$

kur

${\displaystyle \Delta V\ }$ - tilpuma elements

${\displaystyle \Delta q\ }$ - lādiņš, kurš atrodas dotajā tilpumā

Saskaņā ar šo definīciju lādiņš ir vienāds ar integrāli

${\displaystyle q=\int _{V}\rho \mathrm {d} V\ }$

Virsmas lādiņa blīvums

Virsmas lādiņa blīvumu apzīmē ar ${\displaystyle \rho _{S}\ }$

${\displaystyle \rho _{S}=\lim _{\Delta S\rightarrow 0}{\frac {\Delta q}{\Delta S}}\ }$

kur

${\displaystyle \Delta S\ }$ - virsmas elements

${\displaystyle \Delta q\ }$ - lādiņš, kurš atrodas uz dotās virsmas

Saskaņā ar šo definīciju lādiņš ir vienāds ar integrāli

${\displaystyle q=\int _{S}\rho _{S}\mathrm {d} S\ }$

Lineārais lādiņa blīvums

Lineāro lādiņa blīvumu apzīmē ar ${\displaystyle \rho _{l}\ }$

${\displaystyle \rho _{l}=\lim _{\Delta l\rightarrow 0}{\frac {\Delta q}{\Delta l}}\ }$

kur

${\displaystyle \Delta l\ }$ - līnijas elements

${\displaystyle \Delta q\ }$ - lādiņš, kurš atrodas uz dotās virsmas

Saskaņā ar šo definīciju lādiņš ir vienāds ar integrāli

${\displaystyle q=\int _{l}\rho _{l}\mathrm {d} l\ }$

Delta funkcija

Pieņemsim, ka uz ${\displaystyle x\ }$ ass punktā ${\displaystyle x_{0}\ }$ atrodas punktveida lādiņš ${\displaystyle q\ }$. Visos ${\displaystyle x\ }$ ass punktos lādiņa blīvums ${\displaystyle \rho (x)=0\ }$, izņemot punktu ${\displaystyle x=x_{0}\ }$, kurā tas ir bezgalīgi liels, jo punktam nav tilpuma.

Lai gan funkcija ${\displaystyle \rho (x)\ }$ nav nepārtraukta, to var izteikt matemātiski šādi:

${\displaystyle \rho (x)=q\delta (x-x_{0})\ }$

kur

${\displaystyle \delta (x-x_{0})={\begin{cases}\ 0,&x\neq x_{0}\\\infty ,&x=x_{0}\end{cases}}\ }$ (Delta funkcija)

Vēl jābūt izpildītam šādam nosacījumam:

${\displaystyle \int _{-\infty }^{+\infty }\delta (x-x_{0})\mathrm {d} x=1\ }$,

kurš nepieciešams, lai iegūtu galīgu lielumu ${\displaystyle q\ }$.

${\displaystyle \int _{-\infty }^{+\infty }\rho (x)\mathrm {d} x=q\int _{-\infty }^{+\infty }\delta (x-x_{0})\mathrm {d} x=q\ }$

Vairāku lādiņu blīvums

Situācija ir līdzīga, ja uz ${\displaystyle x\ }$ ass diskrētos punktos ${\displaystyle x_{i}\ }$ izvietoti ${\displaystyle n\ }$ punktveida lādiņi ${\displaystyle q_{i}\ }$ un sistēmas pilnais lādiņš ir ${\displaystyle q=\sum _{i=1}^{n}q_{i}\ }$. Arī šādu lādiņu izvietojumu var izteikt ar ${\displaystyle \delta \ }$ funkcijām ${\displaystyle \delta (x-x_{i})\ }$.

${\displaystyle \rho (x)=\sum _{i=1}^{n}q_{i}\delta (x-x_{i})\ }$

Un līdz ar to

${\displaystyle \int _{-\infty }^{+\infty }\rho (x)\mathrm {d} x=\sum _{i=1}^{n}q_{i}\int _{-\infty }^{+\infty }\delta (x-x_{i})\mathrm {d} x=\sum _{i=1}^{n}q_{i}=q\ }$.

Punktveida elektriskais lādiņš

Par punktveida lādiņiem var uzskatīt elektriski lādētus ķermeņus, attālums starp kuriem ir ievērojami lielāks par šo ķermeņu izmēriem.^[2]

Vēsture

Jau senie grieķi iepazinuši saberzētam dzintaram piemītošo spēju pievilkt vieglus priekšmetus. Renesansē sākti sistemātiski elektrisko parādību pētījumi, 18. gadsimtā atrastas pirmās kvalitatīvās likumsakarības. Bendžamins Franklins (18. gadsimts) atklāja abu veidu elektriskos lādiņus. 19. gadsimta 30. gados Maikls Faradejs eksperimentāli pierādīja elektrisko lādiņu nezūdamību. 1911. gadā Roberts Milikens savā eksperimentā secināja, ka elektrona lādiņa modulis ir elektriskā lādiņa mazākā porcija.^[2]

Skatīt arī

• Elektriskā lādiņa nezūdamības likums
• Kulona likums
• Elektriskais lauks
• Elektriskā strāva