« ฟิสิกส์ - ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10"

ปฏิกิริยาใดที่เรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้า?
ค่าธรรมเนียมโต้ตอบกันอย่างไร?

มาเริ่มศึกษากฎเชิงปริมาณของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้ากันดีกว่า กฎพื้นฐานของไฟฟ้าสถิตคือกฎอันตรกิริยาของวัตถุที่มีประจุซึ่งมีประจุอยู่นิ่งสองจุด

กฎพื้นฐานของไฟฟ้าสถิตถูกสร้างขึ้นโดยการทดลองโดย Charles Coulomb ในปี 1785 และเป็นชื่อของเขา

หากระยะห่างระหว่างวัตถุมากกว่าขนาดของวัตถุหลายเท่า รูปร่างและขนาดของวัตถุที่มีประจุไม่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุเหล่านั้น

โปรดจำไว้ว่ากฎแห่งความโน้มถ่วงสากลนั้นถูกกำหนดไว้สำหรับวัตถุที่ถือเป็นจุดวัตถุได้เช่นกัน

เรียกว่าร่างกายที่มีประจุซึ่งมีขนาดและรูปร่างที่สามารถละเลยได้ในระหว่างการโต้ตอบ ค่าธรรมเนียมจุด.

ความแรงของอันตรกิริยาระหว่างวัตถุที่มีประจุขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวกลางระหว่างวัตถุที่มีประจุ ในตอนนี้ เราจะถือว่าปฏิกิริยาดังกล่าวเกิดขึ้นในสุญญากาศ ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าอากาศมีผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุที่มีประจุซึ่งเกือบจะเหมือนกับในสุญญากาศ

การทดลองของคูลอมบ์

แนวคิดการทดลองของคูลอมบ์นั้นคล้ายคลึงกับแนวคิดการทดลองของคาเวนดิชเพื่อกำหนดค่าคงที่แรงโน้มถ่วง การค้นพบกฎปฏิสัมพันธ์ของประจุไฟฟ้าได้รับการอำนวยความสะดวกโดยข้อเท็จจริงที่ว่ากองกำลังเหล่านี้กลายเป็นสิ่งที่ยิ่งใหญ่และด้วยเหตุนี้จึงไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อนเป็นพิเศษเช่นเดียวกับเมื่อทดสอบกฎแรงโน้มถ่วงสากลในสภาวะภาคพื้นดิน การใช้เครื่องชั่งแบบบิดทำให้สามารถระบุได้ว่าวัตถุที่มีประจุอยู่นิ่งมีปฏิกิริยาต่อกันอย่างไร

ความสมดุลของแรงบิดประกอบด้วยแท่งแก้วที่แขวนอยู่บนลวดยืดหยุ่นบาง ๆ (รูปที่ 14.3) ลูกบอลโลหะขนาดเล็ก a ติดอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งของไม้ และมีเครื่องถ่วง c ติดไว้ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง ลูกบอลโลหะอีกอัน b ได้รับการแก้ไขอย่างแน่นหนาบนแกนซึ่งในทางกลับกันจะติดตั้งอยู่บนฝาของเครื่องชั่ง

เมื่อลูกบอลถูกชาร์จด้วยประจุเดียวกัน พวกมันจะเริ่มผลักกัน เพื่อให้อยู่ในระยะคงที่ จะต้องบิดลวดยางยืดในมุมหนึ่งจนกระทั่งแรงยืดหยุ่นที่เกิดขึ้นจะชดเชยแรงคูลอมบ์ของการผลักลูกบอล แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างลูกบอลถูกกำหนดโดยมุมของการบิดของเส้นลวด

ความสมดุลของแรงบิดทำให้สามารถศึกษาการพึ่งพาแรงปฏิกิริยาของลูกบอลที่มีประจุกับค่าของประจุและระยะห่างระหว่างพวกมัน ในเวลานั้นพวกเขารู้วิธีวัดแรงและระยะทาง ปัญหาเดียวที่เกี่ยวข้องกับประจุซึ่งไม่มีหน่วยวัดด้วยซ้ำ คูลอมบ์ค้นพบวิธีง่ายๆ ในการเปลี่ยนประจุของลูกบอลลูกหนึ่งเป็น 2, 4 ครั้งขึ้นไปโดยเชื่อมต่อกับลูกบอลที่ไม่มีประจุลูกเดียวกัน ในกรณีนี้ ประจุจะถูกกระจายเท่าๆ กันระหว่างลูกบอล ซึ่งทำให้ประจุที่อยู่ระหว่างการศึกษาลดลงในอัตราส่วนหนึ่ง ค่าใหม่ของแรงอันตรกิริยากับประจุใหม่ถูกกำหนดโดยการทดลอง

กฎของคูลอมบ์

การทดลองของคูลอมบ์นำไปสู่การสร้างกฎที่ชวนให้นึกถึงกฎแรงโน้มถ่วงสากลอย่างน่าทึ่ง

แรงอันตรกิริยาระหว่างประจุจุดที่อยู่กับที่ในสุญญากาศจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของโมดูลประจุและเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างประจุเหล่านั้น

เรียกว่าแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างประจุ แรงคูลอมบ์.

หากเราแสดงโมดูลประจุด้วย |q 1 และ |q 2 | และระยะห่างระหว่างโมดูลเหล่านั้นด้วย r กฎของคูลอมบ์สามารถเขียนได้ในรูปแบบต่อไปนี้:

โดยที่ k คือสัมประสิทธิ์ของสัดส่วน ซึ่งเท่ากับตัวเลขกับแรงปฏิสัมพันธ์ของประจุต่อหน่วยที่ระยะห่างเท่ากับความยาวหน่วย ความหมายขึ้นอยู่กับการเลือกระบบหน่วย

กฎแห่งความโน้มถ่วงสากลมีรูปแบบเดียวกัน (14.2) กฎความโน้มถ่วงจะรวมมวลไว้ด้วย แทนที่จะเป็นประจุ กฎความโน้มถ่วงจะรวมมวลด้วย และบทบาทของค่าสัมประสิทธิ์ k จะเล่นโดยค่าคงตัวโน้มถ่วง

เป็นเรื่องง่ายที่จะพบว่าลูกบอลที่มีประจุสองลูกห้อยอยู่บนเส้นด้ายจะดึงดูดกันหรือผลักกัน มันเป็นไปตามนั้น แรงอันตรกิริยาระหว่างประจุจุดที่นิ่งสองประจุจะพุ่งไปตามแนวเส้นตรงที่เชื่อมประจุเหล่านี้(รูปที่ 14.4)

กองกำลังดังกล่าวเรียกว่าศูนย์กลาง ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน 1.2 = - 2.1

หน่วยประจุไฟฟ้า

การเลือกหน่วยประจุเหมือนอย่างอื่น ปริมาณทางกายภาพ, โดยพลการ. เป็นเรื่องธรรมดาที่จะรับประจุของอิเล็กตรอนเป็นหน่วย ซึ่งเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นในฟิสิกส์อะตอม แต่ประจุนี้น้อยเกินไป ดังนั้นจึงไม่สะดวกเสมอไปที่จะใช้เป็นหน่วยประจุ

ใน ระบบสากลหน่วย (SI) หน่วยประจุไม่ใช่หน่วยพื้นฐาน แต่เป็นอนุพันธ์และไม่มีมาตรฐานนำมาใช้ นอกเหนือจากหน่วยเมตร วินาที และกิโลกรัมแล้ว SI ยังแนะนำหน่วยพื้นฐานสำหรับปริมาณไฟฟ้า - หน่วยของกระแสไฟฟ้า - กระแสไฟ. ค่าอ้างอิงแอมแปร์ถูกกำหนดโดยการโต้ตอบทางแม่เหล็กของกระแส

หน่วย SI ของประจุคือ จี้ตั้งค่าโดยใช้หน่วยของกระแส

จี้หนึ่งอัน (1 C) คือประจุที่ผ่านหน้าตัดของตัวนำใน 1 วินาทีที่ความแรงของกระแส 1 A: 1 C = 1 A 1 วินาที

หน่วยของสัมประสิทธิ์ k ในกฎของคูลอมบ์เมื่อเขียนในหน่วย SI คือ N m 2 / Cl 2 เนื่องจากตามสูตร (14.2) เรามี

โดยที่แรงอันตรกิริยาของประจุแสดงเป็นนิวตัน ระยะทางเป็นเมตร ประจุมีหน่วยเป็นคูลอมบ์ ค่าตัวเลขของสัมประสิทธิ์นี้สามารถกำหนดได้จากการทดลอง ในการทำเช่นนี้ จำเป็นต้องวัดแรงอันตรกิริยา F ระหว่างประจุที่ทราบสองประจุ |q 1 | และ |q 2 | ซึ่งอยู่ที่ระยะที่กำหนด r และแทนที่ค่าเหล่านี้เป็นสูตร (14.3) ค่าผลลัพธ์ของ k จะเท่ากับ:

k = 9 10 9 นิวตัน ม. 2 /Cl 2 (14.4)

ประจุ 1 C มีขนาดใหญ่มาก แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างประจุสองจุด แต่ละประจุ 1 C ซึ่งอยู่ห่างจากกัน 1 กม. นั้นน้อยกว่าแรงที่จุดนั้นเล็กน้อย โลกดึงดูดน้ำหนัก 1 ตัน ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะจ่ายประจุ 1 C ให้กับวัตถุขนาดเล็ก (ขนาดประมาณหลายเมตร)

อนุภาคที่มีประจุผลักกันไม่สามารถอยู่ในร่างกายได้ ไม่มีแรงอื่นใดในธรรมชาติที่สามารถชดเชยแรงผลักของคูลอมบ์ได้ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้

แต่ในตัวนำที่โดยทั่วไปเป็นกลาง การทำให้ประจุ 1 C เคลื่อนที่ได้ไม่ใช่เรื่องยาก แท้จริงแล้วในหลอดไฟธรรมดาที่มีกำลัง 200 W ที่แรงดันไฟฟ้า 220 V ความแรงของกระแสจะน้อยกว่า 1 A เล็กน้อย ยิ่งไปกว่านั้นใน 1 วินาที ประจุเกือบเท่ากับ 1 C ผ่านหน้าตัดของตัวนำ .

แทนที่จะใช้สัมประสิทธิ์ k มักใช้สัมประสิทธิ์อื่นซึ่งเรียกว่า ค่าคงที่ทางไฟฟ้า ε 0. มันสัมพันธ์กับสัมประสิทธิ์ k โดยความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

กฎของคูลอมบ์ในกรณีนี้มีรูปแบบ

หากประจุมีปฏิสัมพันธ์ในตัวกลาง แรงปฏิสัมพันธ์จะลดลง:

ที่ไหน ε - ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกตัวกลาง แสดงว่าแรงอันตรกิริยาของประจุในตัวกลางมีค่าน้อยกว่าในสุญญากาศกี่ครั้ง

ค่าใช้จ่ายขั้นต่ำที่มีอยู่ในธรรมชาติคือค่าใช้จ่าย อนุภาคมูลฐาน. ในหน่วย SI โมดูลัสของประจุนี้จะเท่ากับ:

อี = 1.6 10 -19 Cl. (14.5)

ประจุที่สามารถจ่ายให้กับร่างกายได้จะเป็นจำนวนเท่าของประจุขั้นต่ำเสมอ:

โดยที่ N เป็นจำนวนเต็ม เมื่อประจุของร่างกายมีค่ามากกว่าอย่างมีนัยสำคัญในโมดูลัสของประจุขั้นต่ำ จึงไม่สมเหตุสมผลที่จะตรวจสอบหลายหลาก แต่เมื่อเราพูดถึงประจุของอนุภาค นิวเคลียสของอะตอม ประจุของพวกมันจะต้องเท่ากับเลขจำนวนเต็มเสมอ ของโมดูลประจุอิเล็กตรอน

หน่วยวัดค่าไฟฟ้า จี้. ความสัมพันธ์กับปริมาณทางกายภาพอื่น (10+)

หน่วยวัดค่าไฟฟ้า จี้ (คูลอมบ์)

เนื้อหานี้เป็นคำอธิบายและเพิ่มเติมจากบทความ:
หน่วยวัดปริมาณทางกายภาพในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุ
หน่วยวัดและความสัมพันธ์ของปริมาณทางกายภาพที่ใช้ในวิศวกรรมวิทยุ

ประจุไฟฟ้าของร่างกายคือความแตกต่างระหว่างจำนวนอนุภาคที่มีประจุของขั้วหนึ่งกับอีกขั้วหนึ่งที่อยู่ในวัตถุนี้ (โดยมีสมมติฐานบางประการ) ประจุไฟฟ้าอาจมีขั้วบวกหรือขั้วลบก็ได้ วัตถุที่มีประจุขั้วเดียวกันจะผลักกัน และวัตถุที่มีขั้วต่างกันจะดึงดูดกัน

ประจุไฟฟ้ามีหน่วยเป็นคูลอมบ์ การกำหนด K. การกำหนดสากล C. ค่าธรรมเนียมในสูตรมักจะแสดงด้วยตัวอักษร Q

ประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอนมีค่าประมาณ 1.602176E-19 คูลอมบ์ และมีเครื่องหมายลบ โปรตอนมีประจุเท่ากันแต่เป็นบวก ในสารหนึ่ง อิเล็กตรอนและโปรตอนมักมีอยู่ในปริมาณที่เท่ากัน ค่าใช้จ่ายทั้งหมดเท่ากับศูนย์ ในบางกรณี จำนวนอิเล็กตรอนสามารถเพิ่มขึ้น จากนั้นเราบอกว่าร่างกายมีประจุลบ หรือลดลง จากนั้นร่างกายก็มีประจุบวก

น่าเสียดายที่พบข้อผิดพลาดในบทความเป็นระยะ มีการแก้ไข บทความเสริม พัฒนา และเตรียมบทความใหม่ สมัครรับข่าวสารเพื่อรับทราบข้อมูล

หากมีอะไรไม่ชัดเจนโปรดถาม!
ถามคำถาม. การอภิปรายของบทความ

บทความเพิ่มเติม

โพเทนชิโอมิเตอร์ตัวต้านทานแบบแปรผันความต้านทานแบบปรับได้...
ตัวต้านทานปรับค่าได้แบบควบคุมแรงดันไฟฟ้า, การปรับความต้านทานแบบอิเล็กทรอนิกส์...

ตัวแก้ไขตัวประกอบกำลัง โครงการ การคำนวณ หลักการทำงาน....
วงจรแก้ไขตัวประกอบกำลัง...

ไมโครคอนโทรลเลอร์ - ตัวอย่างของวงจรที่ง่ายที่สุดคือแอปพลิเคชันตัวอย่าง เลือนลาง (...
วงจรแรกของคุณบนไมโครคอนโทรลเลอร์ ตัวอย่างง่ายๆ เบลอคืออะไร...

การคำนวณออนไลน์ของตัวเก็บประจุดับของแหล่งจ่ายไฟแบบไม่มีหม้อแปลง...

ทรานซิสเตอร์คอมโพสิต แบบแผนของดาร์ลิงตันสิกไล การคำนวณ การประยุกต์...
ทรานซิสเตอร์คอมโพสิต - วงจร การใช้งาน การคำนวณพารามิเตอร์ วงจรดาร์ลิงตัน...

ไมโครคอนโทรลเลอร์ พื้นที่ใช้งาน. ข้อดี. ลักษณะเฉพาะ. ใหม่...
ไมโครคอนโทรลเลอร์ใช้ทำอะไร? ข้อดีของการใช้มันคืออะไร? ...

ไมโครคอนโทรลเลอร์ ก้าวแรก. การเลือกโมดูล ...
จะเริ่มทดลองกับไมโครคอนโทรลเลอร์ได้ที่ไหน? วิธีการเลือกโมดูล...

ไทริสเตอร์ ประเภท ประเภท คุณสมบัติ การใช้งาน การจำแนกประเภท อักขระ...
การจำแนกประเภทของไทริสเตอร์ การกำหนดบนไดอะแกรม ลักษณะหลัก และสิ่งสำคัญ...

ซีเมนส์ (สัญลักษณ์: Cm, S) หน่วยวัดค่าการนำไฟฟ้าในระบบ SI ซึ่งเป็นส่วนกลับของโอห์ม ก่อนสงครามโลกครั้งที่สอง (ในสหภาพโซเวียตจนถึงทศวรรษ 1960) หน่วยหนึ่งเรียกว่าซีเมนส์ ความต้านทานไฟฟ้าสอดคล้องกับการต่อต้าน ... Wikipedia

ซีเวิร์ต (สัญลักษณ์: Sv, Sv) หน่วยวัดปริมาณรังสีไอออไนซ์ที่มีประสิทธิผลและเทียบเท่าในระบบหน่วยสากล (SI) ใช้มาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2522 1 ซีเวิร์ตคือปริมาณพลังงานที่ดูดซับโดยหนึ่งกิโลกรัม... .. . วิกิพีเดีย

คำนี้มีความหมายอื่น ดูที่ Becquerel เบคเคอเรล (สัญลักษณ์: Bq, Bq) เป็นหน่วยวัดกิจกรรมของแหล่งกำเนิดกัมมันตภาพรังสีในระบบหน่วยสากล (SI) เบคเคอเรลหนึ่งถูกกำหนดให้เป็นกิจกรรมของแหล่งที่มาใน ... ... วิกิพีเดีย

โวลต์ (ชื่อ: V (รัสเซีย), V (ละติน)) เป็นหน่วยวัดแรงดันไฟฟ้าในระบบ SI โวลต์เท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่ทำให้เกิด วงจรไฟฟ้ากระแสตรง 1 แอมแปร์ กำลัง 1 วัตต์ หน่วยนี้ตั้งชื่อตาม... ... Wikipedia

ฟารัด (สัญลักษณ์: Ф, F) หน่วยวัดความจุไฟฟ้าในระบบ SI (เดิมเรียกว่าฟารัด) 1 ฟารัดเท่ากับความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ โดยประจุ 1 คูลอมบ์จะสร้างแรงดันไฟฟ้า 1 โวลต์ระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุ ฟ =... ... วิกิพีเดีย

คำนี้มีความหมายอื่น ดูที่ นิวตัน นิวตัน (สัญลักษณ์: N) เป็นหน่วยของแรงในระบบหน่วยสากล (SI) ชื่อสากลที่ยอมรับคือนิวตัน (ชื่อ: N) หน่วยอนุพัทธ์ของนิวตัน อ้างอิงจากวินาที... ... Wikipedia

คำนี้มีความหมายอื่น ดูที่ ซีเมนส์ ซีเมนส์ (การกำหนดของรัสเซีย: Sm; การกำหนดระหว่างประเทศ: S) หน่วยวัดค่าการนำไฟฟ้าในระบบหน่วยสากล (SI) ซึ่งเป็นส่วนกลับของโอห์ม ผ่านผู้อื่น... ...วิกิพีเดีย

คำนี้มีความหมายอื่น ดูที่ ปาสคาล (ความหมาย) ปาสคาล (สัญลักษณ์: Pa, สากล: Pa) หน่วยความดัน (ความเค้นเชิงกล) ในระบบหน่วยสากล (SI) ปาสคาล เท่ากับ ความกดดัน... ... วิกิพีเดีย

คำนี้มีความหมายอื่น ดูที่ เทสลา Tesla (การกำหนดของรัสเซีย: Tl; การกำหนดระหว่างประเทศ: T) หน่วยวัดการเหนี่ยวนำ สนามแม่เหล็กในระบบหน่วยสากล (SI) เป็นตัวเลข เท่ากับการเหนี่ยวนำเช่นนั้น... ... วิกิพีเดีย

คำนี้มีความหมายอื่น ดูที่ สีเทา สีเทา (สัญลักษณ์: Gr, Gy) เป็นหน่วยวัดปริมาณรังสีที่ดูดซึมของรังสีไอออไนซ์ในระบบหน่วยสากล (SI) ปริมาณการดูดซึมจะเท่ากับหนึ่งสีเทาหากผลลัพธ์คือ... ... Wikipedia

ให้มีร่างที่มีประจุขนาดมหึมาสองตัวซึ่งมีขนาดน้อยมากเมื่อเทียบกับระยะห่างระหว่างพวกมัน ในกรณีนี้สามารถพิจารณาแต่ละร่างได้ จุดวัสดุหรือ "จุดชาร์จ"

นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ซี. คูลอมบ์ (ค.ศ. 1736–1806) ได้ทำการทดลองสร้างกฎที่ใช้ชื่อของเขา ( กฎของคูลอมบ์) (รูปที่ 1.5):

ข้าว. 1.5. C. Coulon (1736–1806) - วิศวกรและนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส

ในสุญญากาศ แรงอันตรกิริยาระหว่างประจุสองจุดที่นิ่งจะเป็นสัดส่วนกับขนาดของประจุแต่ละประจุ ซึ่งแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างประจุทั้งสองและพุ่งไปตามแนวเส้นตรงที่เชื่อมประจุเหล่านี้:

ในรูป รูปที่ 1.6 แสดงแรงผลักทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างประจุสองจุดที่มีชื่อเดียวกัน

ข้าว. 1.6. แรงผลักทางไฟฟ้าระหว่างประจุที่มีจุดเหมือนกันสองประจุ

ให้เราระลึกว่า ที่ไหน และ เป็นเวกเตอร์รัศมีของประจุที่หนึ่งและที่สอง ดังนั้นแรงที่กระทำต่อประจุที่สองอันเป็นผลมาจากไฟฟ้าสถิต - ปฏิกิริยา "คูลอมบ์" กับประจุแรกสามารถเขียนใหม่ได้ใน "ขยาย" ต่อไปนี้ รูปร่าง

ให้เราสังเกตกฎต่อไปนี้ซึ่งสะดวกสำหรับการแก้ปัญหา: ถ้าดัชนีแรงตัวแรกคือจำนวนประจุนั้น ที่แรงนี้กระทำ และแรงที่สองคือจำนวนประจุนั้น ที่สร้างแรงนี้ จากนั้นการปฏิบัติตามลำดับดัชนีเดียวกันทางด้านขวาของสูตรจะทำให้มั่นใจในทิศทางที่ถูกต้องของแรงโดยอัตโนมัติ - สอดคล้องกับเครื่องหมายผลคูณของประจุ: - แรงผลักและ - แรงดึงดูด โดยที่ค่าสัมประสิทธิ์จะเป็นเสมอ

เพื่อวัดแรงที่กระทำระหว่างจุดประจุ อุปกรณ์ที่สร้างโดยคูลอมบ์เรียกว่า สเกลแรงบิด(รูปที่ 1.7, 1.8)

ข้าว. 1.7. ทอร์ชั่นสเกลโดย Ch. คูลอมบ์ (วาดจากงานปี 1785) วัดแรงที่กระทำระหว่างลูกบอลที่มีประจุ a และ b

ข้าว. 1.8. ทอร์ชั่นสเกล Sh. คูลอมบ์ (จุดช่วงล่าง)

แขนโยกแบบเบาถูกแขวนไว้ด้วยด้ายยางยืดเส้นเล็ก โดยมีลูกบอลโลหะติดอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งและมีเครื่องถ่วงน้ำหนักอยู่ที่อีกด้านหนึ่ง ถัดจากลูกบอลลูกแรก คุณสามารถวางลูกบอลที่ไม่เคลื่อนไหวเหมือนกันอีกลูกได้ กระบอกแก้วช่วยปกป้องชิ้นส่วนที่ละเอียดอ่อนของอุปกรณ์จากการเคลื่อนที่ของอากาศ

เพื่อสร้างการพึ่งพาความแรงของปฏิกิริยาระหว่างไฟฟ้าสถิตกับระยะห่างระหว่างประจุ ลูกบอลจะได้รับประจุตามอำเภอใจโดยการสัมผัสลูกบอลที่มีประจุลูกที่สามซึ่งติดตั้งอยู่บนด้ามจับอิเล็กทริก ด้วยการใช้มุมบิดของด้ายยางยืด คุณสามารถวัดแรงผลักของลูกบอลที่มีประจุคล้ายกันได้ และเมื่อใช้สเกลของอุปกรณ์ คุณสามารถวัดระยะห่างระหว่างพวกมันได้

ต้องบอกว่าคูลอมบ์ไม่ใช่นักวิทยาศาสตร์คนแรกที่สร้างกฎปฏิสัมพันธ์ของประจุซึ่งปัจจุบันมีชื่อของเขา: 30 ปีก่อนเขาบี. แฟรงคลินได้ข้อสรุปเดียวกัน นอกจากนี้ ความแม่นยำในการวัดของคูลอมบ์ยังด้อยกว่าความแม่นยำของการทดลองที่ดำเนินการก่อนหน้านี้ (G. Cavendish)

เพื่อเข้า การวัดเชิงปริมาณเพื่อกำหนดความแม่นยำของการวัด เราถือว่าในความเป็นจริงแล้วแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างประจุไม่ใช่ค่าผกผันของกำลังสองของระยะห่างระหว่างประจุ แต่เป็นกำลังอื่น:

ไม่มีนักวิทยาศาสตร์คนใดจะกล้าอ้างเรื่องนั้น ง= 0 เป๊ะๆ ข้อสรุปที่ถูกต้องควรเป็น: การทดลองแสดงให้เห็นว่า งไม่เกิน...

ผลลัพธ์ของการทดลองเหล่านี้บางส่วนแสดงไว้ในตารางที่ 1

ตารางที่ 1.

ผลการทดลองโดยตรงเพื่อทดสอบกฎของคูลอมบ์

ชาร์ลส์ คูลอมบ์เองได้ทดสอบกฎกำลังสองผกผันภายในไม่กี่เปอร์เซ็นต์ ตารางแสดงผลการทดลองทางห้องปฏิบัติการโดยตรง ข้อมูลทางอ้อมจากการสังเกตสนามแม่เหล็กใน นอกโลกนำไปสู่ข้อจำกัดด้านมูลค่าที่เข้มงวดยิ่งขึ้น ง. ดังนั้นกฎของคูลอมบ์จึงถือเป็นข้อเท็จจริงที่เชื่อถือได้

หน่วย SI ของกระแสไฟฟ้าคือ ( กระแสไฟ) เป็นพื้นฐาน จึงเป็นหน่วยของประจุ ถามกลายเป็นอนุพันธ์ ดังที่เราจะได้เห็นกันต่อไปถึงความแรงในปัจจุบัน ฉันถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของประจุที่ไหลผ่านหน้าตัดของตัวนำในเวลานี้:

จากนี้จะเห็นได้ว่าความแรงของกระแสตรงเป็นตัวเลขเท่ากับประจุที่ไหลผ่านหน้าตัดของตัวนำต่อหน่วยเวลาตามนี้:

ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนในกฎของคูลอมบ์เขียนเป็น:

ด้วยรูปแบบการบันทึกนี้ ค่าของปริมาณจะตามมาจากการทดลอง ซึ่งปกติเรียกว่า ค่าคงที่ทางไฟฟ้า. ค่าตัวเลขโดยประมาณของค่าคงที่ทางไฟฟ้ามีดังนี้:

เนื่องจากส่วนใหญ่มักปรากฏในสมการเป็นการรวมกัน

ลองให้ค่าตัวเลขของสัมประสิทธิ์นั้นเอง

เช่นเดียวกับในกรณีของประจุเบื้องต้น ค่าตัวเลขของค่าคงที่ไฟฟ้าจะถูกกำหนดโดยการทดลองด้วยความแม่นยำสูง:

คูลอมบ์มีขนาดใหญ่เกินไปต่อหน่วยสำหรับการใช้งานจริง เช่น ประจุ 1 C ประจุละ 2 ประจุ ซึ่งอยู่ในสุญญากาศที่ระยะห่างจากกัน 100 เมตร ผลักกันด้วยแรง

เพื่อการเปรียบเทียบ: ด้วยแรงดังกล่าววัตถุมวลจะกดลงบนพื้น

นี่เป็นน้ำหนักโดยประมาณของตู้รถไฟบรรทุกสินค้า เช่น รวมถ่านหิน

หลักการซ้อนทับของสนาม

หลักการของการซ้อนทับคือข้อความที่มีผลสุทธิ กระบวนการที่ซับซ้อนผลกระทบคือผลรวมของผลกระทบที่เกิดจากผลกระทบแต่ละอย่างแยกจากกัน โดยมีเงื่อนไขว่าผลกระทบอย่างหลังจะไม่มีอิทธิพลซึ่งกันและกัน (ทางกายภาพ พจนานุกรมสารานุกรม, มอสโก " สารานุกรมโซเวียต", 1983, หน้า 731) มีการทดลองแล้วว่าหลักการของการซ้อนทับนั้นใช้ได้กับปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่พิจารณาในที่นี้

ในกรณีที่มีอันตรกิริยาระหว่างวัตถุที่มีประจุ หลักการซ้อนทับจะแสดงออกมาดังต่อไปนี้: แรงที่ใช้ ระบบนี้ประจุที่กระทำต่อประจุจุดใดจุดหนึ่งจะเท่ากับผลรวมเวกเตอร์ของแรงที่แต่ละประจุในระบบกระทำต่อประจุนั้น

เรามาอธิบายเรื่องนี้กันดีกว่า ตัวอย่างง่ายๆ. ให้มีวัตถุที่มีประจุสองอันมากระทำต่อวัตถุที่สามด้วยแรงตามลำดับ จากนั้นระบบของวัตถุทั้งสองนี้ - ตัวแรกและตัวที่สอง - ทำหน้าที่กับวัตถุที่สามด้วยแรง

กฎนี้ใช้ได้กับวัตถุที่ถูกชาร์จ ไม่เพียงแต่สำหรับการชาร์จแบบแต้มเท่านั้น แรงอันตรกิริยาระหว่างประจุจุดตามอำเภอใจสองระบบได้รับการคำนวณในภาคผนวก 1 ในตอนท้ายของบทนี้

มันเป็นไปตามนั้น สนามไฟฟ้าของระบบประจุจะถูกกำหนดโดยผลรวมเวกเตอร์ของความแรงของสนามที่สร้างขึ้นโดยประจุแต่ละประจุของระบบ เช่น

การบวกความแรงของสนามไฟฟ้าตามกฎของการบวกเวกเตอร์เป็นการแสดงออกถึงสิ่งที่เรียกว่า หลักการซ้อนทับ(การซ้อนทับอิสระ) ของสนามไฟฟ้า ความหมายทางกายภาพของคุณสมบัตินี้คือสนามไฟฟ้าสถิตถูกสร้างขึ้นโดยประจุที่อยู่นิ่งเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าฟิลด์ที่มีประจุต่างกัน "ไม่รบกวน" ซึ่งกันและกัน ดังนั้นฟิลด์รวมของระบบประจุจึงสามารถคำนวณเป็นผลรวมเวกเตอร์ของฟิลด์จากแต่ละฟิลด์แยกกัน

เนื่องจากประจุเบื้องต้นมีขนาดเล็กมากและวัตถุที่มองเห็นด้วยตาเปล่าก็มีมาก จำนวนมากประจุเบื้องต้น ในกรณีส่วนใหญ่แล้วการกระจายประจุเหนือวัตถุดังกล่าวจะถือว่าต่อเนื่องกัน เพื่ออธิบายอย่างชัดเจนถึงวิธีการกระจายประจุ (สม่ำเสมอ ไม่สม่ำเสมอ ประจุมากกว่า มีจำนวนน้อยกว่า เป็นต้น) ประจุทั่วร่างกาย เราแนะนำความหนาแน่นของประจุสามประเภทต่อไปนี้:

· ความหนาแน่นรวมค่าใช้จ่าย:

ที่ไหน ดีวี- องค์ประกอบปริมาตรไม่สิ้นสุดทางกายภาพ

· ความหนาแน่นประจุพื้นผิว:

ที่ไหน ดีเอส- องค์ประกอบพื้นผิวที่เล็กที่สุดทางกายภาพ

· ความหนาแน่นประจุเชิงเส้น:

โดยที่ องค์ประกอบที่มีขนาดไม่แน่นอนทางกายภาพของความยาวของเส้น

ที่นี่ทุกที่คือประจุขององค์ประกอบที่มีขนาดจิ๋วทางกายภาพที่กำลังพิจารณา (ปริมาตร พื้นที่ผิว ส่วนของเส้นตรง) โดยส่วนที่เล็กที่สุดทางกายภาพของร่างกาย ที่นี่และด้านล่างเราหมายถึงส่วนหนึ่งของมันซึ่งในด้านหนึ่งมีขนาดเล็กมากจนถือได้ว่าเป็นจุดวัตถุภายใต้เงื่อนไขของปัญหานี้ และในทางกลับกัน มันมีขนาดใหญ่มากจนเป็นประจุแยก (ดู . อัตราส่วน ) ของพื้นที่นี้สามารถละเลยได้

นิพจน์ทั่วไปสำหรับแรงอันตรกิริยาระหว่างระบบของประจุที่กระจายอย่างต่อเนื่องมีให้ไว้ในภาคผนวก 2 ท้ายบท

ตัวอย่างที่ 1ประจุไฟฟ้า 50 nC กระจายสม่ำเสมอบนแท่งบางๆ ยาว 15 ซม. ประจุจุดต่อเนื่องของแกนของแท่งที่ระยะ 10 ซม. จากปลายที่ใกล้ที่สุดจะมีประจุจุด 100 nC (รูปที่ 1.9) กำหนดแรงอันตรกิริยาระหว่างแท่งประจุกับประจุแบบจุด

ข้าว. 1.9. ปฏิกิริยาระหว่างแท่งประจุกับประจุแบบจุด

สารละลาย.ในปัญหานี้ ไม่สามารถหาแรง F ได้ด้วยการเขียนกฎของคูลอมบ์ในรูปแบบหรือ (1.3) ที่จริงแล้ว ระยะห่างระหว่างแกนกับประจุคือเท่าไร: ร, ร + ก/2, ร + ก? เนื่องจากตามเงื่อนไขของปัญหา เราไม่มีสิทธิ์ที่จะสรุปได้ว่า ก << รการประยุกต์กฎของคูลอมบ์ในนั้น ต้นฉบับเป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดสูตรที่ใช้ได้เฉพาะประจุแบบจุดเท่านั้นจำเป็นต้องใช้เทคนิคมาตรฐานสำหรับสถานการณ์ดังกล่าวซึ่งประกอบด้วยสิ่งต่อไปนี้

หากทราบแรงอันตรกิริยาของวัตถุจุด (เช่น กฎของคูลอมบ์) และจำเป็นต้องค้นหาแรงอันตรกิริยาของวัตถุที่ขยายออก (เช่น เพื่อคำนวณแรงอันตรกิริยาของวัตถุที่มีประจุสองชิ้นที่มีขนาดจำกัด) จากนั้น จำเป็นต้องแบ่งส่วนต่างๆ เหล่านี้ออกเป็นส่วนเล็กๆ ทางกายภาพ เขียนสำหรับแต่ละคู่ของส่วน “จุด” » ที่มีความสัมพันธ์ที่ทราบอยู่แล้ว และใช้หลักการซ้อนทับ ผลรวม (อินทิเกรต) เหนือทุกคู่ของส่วนเหล่านี้

หากไม่จำเป็น จะมีประโยชน์เสมอในการวิเคราะห์ความสมมาตรของปัญหาก่อนที่จะเริ่มระบุและดำเนินการคำนวณ จากมุมมองเชิงปฏิบัติการวิเคราะห์ดังกล่าวมีประโยชน์โดยที่ตามกฎแล้วด้วยความสมมาตรของปัญหาที่สูงเพียงพอจะช่วยลดจำนวนปริมาณที่ต้องคำนวณลงอย่างมากเนื่องจากปรากฎว่ามีหลายปริมาณ เท่ากับศูนย์

ให้เราแบ่งแท่งไม้ออกเป็นส่วนความยาวไม่ จำกัด ระยะทางจากปลายด้านซ้ายของส่วนนั้นถึงประจุจุดจะเท่ากับ .

ความสม่ำเสมอของการกระจายประจุเหนือแท่งหมายความว่าความหนาแน่นประจุเชิงเส้นคงที่และเท่ากับ

ดังนั้นค่าธรรมเนียมของส่วนงานจึงเท่ากับ จากที่ซึ่งเป็นไปตามกฎของคูลอมบ์ แรงที่กระทำต่อ จุดค่าใช้จ่าย ถามอันเป็นผลจากการมีปฏิสัมพันธ์กับ จุดค่าใช้จ่ายเท่ากับ

อันเป็นผลจากการมีปฏิสัมพันธ์ จุดค่าใช้จ่าย ถามเลย คันก็มีแรงกระทำต่อมัน

แทนที่ค่าตัวเลขที่นี่สำหรับโมดูลัสแรงที่เราได้รับ:

จาก (1.5) เป็นที่แน่ชัดว่า เมื่อ เมื่อถือแท่งแล้วเป็นจุดวัสดุ การแสดงออกของแรงอันตรกิริยาระหว่างประจุกับแท่งตามที่ควรจะเป็น จะใช้รูปแบบปกติของกฎคูลอมบ์สำหรับแรงของ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างประจุสองจุด:

ตัวอย่างที่ 2วงแหวนรัศมีมีประจุกระจายสม่ำเสมอ แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างวงแหวนกับประจุแบบจุดคืออะไร ถามตั้งอยู่บนแกนของวงแหวนโดยห่างจากศูนย์กลาง (รูปที่ 1.10)

สารละลาย.ตามเงื่อนไข ประจุจะกระจายสม่ำเสมอบนวงแหวนรัศมี เมื่อหารด้วยเส้นรอบวง เราจะได้ความหนาแน่นประจุเชิงเส้นบนวงแหวน เลือกองค์ประกอบบนวงแหวนที่มีความยาว ค่าใช้จ่ายของมันคือ .

ข้าว. 1.10. ปฏิกิริยาระหว่างวงแหวนกับประจุแบบจุด

ตรงจุด ถามองค์ประกอบนี้สร้างสนามไฟฟ้า

เราสนใจเฉพาะองค์ประกอบตามยาวของสนาม เพราะเมื่อรวมการมีส่วนร่วมจากองค์ประกอบทั้งหมดของวงแหวน จะเป็นเพียงค่าที่ไม่ใช่ศูนย์เท่านั้น:

เมื่อรวมเข้าด้วยกัน เราจะพบว่าสนามไฟฟ้าบนแกนของวงแหวนอยู่ห่างจากศูนย์กลาง:

จากที่นี่เราจะพบแรงปฏิสัมพันธ์ที่ต้องการระหว่างวงแหวนกับประจุ ถาม:

เรามาหารือเกี่ยวกับผลลัพธ์ที่ได้รับ ที่ระยะห่างจากวงแหวนมาก ค่ารัศมีของวงแหวนใต้เครื่องหมายกรณฑ์สามารถละเลยได้ และเราจะได้นิพจน์โดยประมาณ

นี่ไม่ใช่เรื่องน่าแปลกใจ เนื่องจากในระยะไกล วงแหวนจะดูเหมือนประจุแบบจุดและแรงอันตรกิริยาจะได้มาจากกฎคูลอมบ์ตามปกติ ในระยะทางสั้นๆ สถานการณ์จะเปลี่ยนไปอย่างมาก ดังนั้น เมื่อประจุทดสอบ q วางอยู่ที่ศูนย์กลางของวงแหวน แรงอันตรกิริยาจะเป็นศูนย์ ก็ไม่น่าแปลกใจเช่นกัน: ในกรณีนี้คือการเรียกเก็บเงิน ถามถูกดึงดูดด้วยแรงเท่ากันโดยทุกองค์ประกอบของวงแหวน และการกระทำของแรงทั้งหมดนี้จะได้รับการชดเชยร่วมกัน

เนื่องจากที่และที่สนามไฟฟ้าเป็นศูนย์ บางจุดที่ค่ากลางสนามไฟฟ้าของวงแหวนจึงมีค่าสูงสุด ลองหาจุดนี้โดยการแยกความแตกต่างของการแสดงออกของความตึงเครียด อีตามระยะทาง

เมื่อเทียบอนุพันธ์กับศูนย์ เราจะพบจุดที่สนามมีค่าสูงสุด ก็เท่ากัน ณ จุดนี้

ตัวอย่างที่ 3เส้นด้ายสองเส้นที่ยาวไม่สิ้นสุดตั้งฉากซึ่งกันและกันซึ่งมีประจุที่กระจายสม่ำเสมอโดยมีความหนาแน่นเชิงเส้นและตั้งอยู่ในระยะห่าง กจากกัน (รูปที่ 1.11) แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างเธรดขึ้นอยู่กับระยะทางอย่างไร ก?

สารละลาย.ขั้นแรก เราจะพูดถึงวิธีแก้ปัญหานี้โดยใช้วิธีการวิเคราะห์มิติ ความแข็งแรงของการโต้ตอบระหว่างเธรดอาจขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของประจุระยะห่างระหว่างเธรดและค่าคงที่ทางไฟฟ้านั่นคือสูตรที่ต้องการมีรูปแบบ:

โดยที่ค่าคงที่ไร้มิติ (ตัวเลข) โปรดทราบว่าเนื่องจากการจัดเรียงเธรดแบบสมมาตร ความหนาแน่นของประจุจึงสามารถป้อนได้ในลักษณะสมมาตรในองศาเดียวกันเท่านั้น ทราบขนาดของปริมาณที่รวมอยู่ใน SI:

ข้าว. 1.11. ปฏิสัมพันธ์ของสองเธรดที่ยาวไม่สิ้นสุดตั้งฉากซึ่งกันและกัน

เมื่อเปรียบเทียบกับกลศาสตร์ ปริมาณใหม่ปรากฏที่นี่ - มิติของประจุไฟฟ้า เมื่อรวมสองสูตรก่อนหน้านี้เข้าด้วยกัน เราจะได้สมการของมิติ:

ตัวแปลงความยาวและระยะทาง ตัวแปลงมวล ตัวแปลงหน่วยวัดปริมาตรของผลิตภัณฑ์ปริมาณมากและผลิตภัณฑ์อาหาร ตัวแปลงพื้นที่ ตัวแปลงปริมาตรและหน่วยการวัดในสูตรอาหาร ตัวแปลงอุณหภูมิ ตัวแปลงความดัน ความเค้นเชิงกล โมดูลัสของ Young ตัวแปลงพลังงานและงาน ตัวแปลงพลังงาน ตัวแปลงแรง ตัวแปลงเวลา ตัวแปลงความเร็วเชิงเส้น ตัวแปลงมุมแบน ตัวแปลงประสิทธิภาพเชิงความร้อนและประสิทธิภาพเชื้อเพลิง ตัวแปลงตัวเลขในระบบตัวเลขต่างๆ ตัวแปลงหน่วยการวัดปริมาณข้อมูล อัตราสกุลเงิน ขนาดเสื้อผ้าและรองเท้าสตรี ขนาดเสื้อผ้าและรองเท้าของผู้ชาย ความเร็วเชิงมุมและตัวแปลงความถี่การหมุน ตัวแปลงความเร่ง ตัวแปลงความเร่งเชิงมุม ตัวแปลงความหนาแน่น ตัวแปลงปริมาตรเฉพาะ โมเมนต์ของตัวแปลงความเฉื่อย โมเมนต์ของตัวแปลงแรง ตัวแปลงแรงบิด ความร้อนจำเพาะของตัวแปลงการเผาไหม้ (โดยมวล) ความหนาแน่นของพลังงานและความร้อนจำเพาะของตัวแปลงการเผาไหม้ (โดยปริมาตร) ตัวแปลงความแตกต่างของอุณหภูมิ สัมประสิทธิ์ของตัวแปลงการขยายตัวทางความร้อน ตัวแปลงความต้านทานความร้อน ตัวแปลงค่าการนำความร้อน ตัวแปลงความจุความร้อนจำเพาะ ตัวแปลงพลังงานการสัมผัสพลังงานและการแผ่รังสีความร้อน ตัวแปลงความหนาแน่นฟลักซ์ความร้อน ตัวแปลงค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน ตัวแปลงอัตราการไหลของปริมาตร ตัวแปลงอัตราการไหลของมวล ตัวแปลงอัตราการไหลของโมลาร์ ตัวแปลงความหนาแน่นของการไหลของมวล ตัวแปลงความเข้มข้นของโมลาร์ ความเข้มข้นของมวลในตัวแปลงสารละลาย ไดนามิก (สัมบูรณ์) ตัวแปลงความหนืด ตัวแปลงความหนืดจลนศาสตร์ ตัวแปลงแรงตึงผิว ตัวแปลงการซึมผ่านของไอ ตัวแปลงอัตราการซึมผ่านของไอและอัตราการถ่ายเทไอ ตัวแปลงระดับเสียง ตัวแปลงความไวของไมโครโฟน ตัวแปลงระดับความดันเสียง (SPL) ตัวแปลงระดับความดันเสียงพร้อมแรงดันอ้างอิงที่เลือกได้ ตัวแปลงความสว่าง ตัวแปลงความเข้มของการส่องสว่าง ตัวแปลงความสว่าง ตัวแปลงความละเอียดกราฟิกคอมพิวเตอร์ ตัวแปลงความถี่และความยาวคลื่น กำลังไดออปเตอร์และความยาวโฟกัส กำลังไดออปเตอร์และกำลังขยายเลนส์ (×) ตัวแปลงประจุไฟฟ้า ตัวแปลงความหนาแน่นประจุเชิงเส้น ตัวแปลงความหนาแน่นประจุพื้นผิว ตัวแปลงความหนาแน่นประจุปริมาตร ตัวแปลงกระแสไฟฟ้า ตัวแปลงกระแสไฟฟ้าเชิงเส้น ตัวแปลงความหนาแน่นกระแสเชิงเส้น ตัวแปลงความหนาแน่นกระแสพื้นผิว ตัวแปลงความแรงของสนามไฟฟ้า และศักย์ไฟฟ้าไฟฟ้าสถิตและ ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า ตัวแปลงความต้านทานไฟฟ้า ตัวแปลงความต้านทานไฟฟ้า ตัวแปลงค่าการนำไฟฟ้า ตัวแปลงค่าการนำไฟฟ้า ความจุไฟฟ้า ตัวแปลงตัวเหนี่ยวนำ ตัวแปลงเกจลวดอเมริกัน ระดับใน dBm (dBm หรือ dBm), dBV (dBV), วัตต์ ฯลฯ หน่วย ตัวแปลงแรงแม่เหล็ก ตัวแปลงความแรงของสนามแม่เหล็ก ตัวแปลงฟลักซ์แม่เหล็ก ตัวแปลงการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก การแผ่รังสี ตัวแปลงอัตราการดูดกลืนรังสีไอออไนซ์ กัมมันตภาพรังสี เครื่องแปลงสลายกัมมันตภาพรังสี ตัวแปลงปริมาณรังสีที่ได้รับรังสี ตัวแปลงปริมาณการดูดซึม ตัวแปลงคำนำหน้าทศนิยม การถ่ายโอนข้อมูล ตัวแปลงหน่วยการพิมพ์และการประมวลผลภาพ ตัวแปลงหน่วยปริมาตรไม้ การคำนวณมวลโมลาร์ ตารางธาตุขององค์ประกอบทางเคมีโดย D. I. Mendeleev

1 คูลอมบ์ [C] = 0.0166666666666667 แอมแปร์-นาที [A นาที]

ค่าเริ่มต้น

มูลค่าที่แปลงแล้ว

คูลอมบ์ เมกะคูลอมบ์ กิโลคูลอมบ์ มิลลิคูลอมบ์ ไมโครคูลอมบ์ นาโนคูลอมบ์ พิโคคูลอน abcoulon หน่วยประจุ SGSM statcoulon SGSE-หน่วยประจุ แฟรงคลิน แอมแปร์-ชั่วโมง มิลลิแอมป์-ชั่วโมง แอมแปร์-นาที แอมแปร์-ฟาราเดย์วินาที (หน่วยประจุ) ประจุไฟฟ้าเบื้องต้น

เพิ่มเติมเกี่ยวกับประจุไฟฟ้า

ข้อมูลทั่วไป

น่าแปลกที่เราต้องพบกับไฟฟ้าสถิตทุกวัน เมื่อเราลูบไล้แมวที่รัก หวีผม หรือสวมเสื้อสเวตเตอร์ใยสังเคราะห์ ดังนั้นเราจึงกลายเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิตอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เราอาบน้ำอยู่ในนั้นอย่างแท้จริง เพราะเราอาศัยอยู่ในสนามไฟฟ้าสถิตที่รุนแรงของโลก สนามนี้เกิดขึ้นเนื่องจากมันถูกล้อมรอบด้วยไอโอโนสเฟียร์ซึ่งเป็นชั้นบนของบรรยากาศ - ชั้นที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ไอโอโนสเฟียร์ก่อตัวขึ้นภายใต้อิทธิพลของรังสีคอสมิกและมีค่าใช้จ่ายในตัวเอง ในขณะที่ทำสิ่งต่างๆ ในชีวิตประจำวัน เช่น การอุ่นอาหาร เราไม่ได้คิดถึงความจริงที่ว่าเราใช้ไฟฟ้าสถิตเมื่อเราเปิดวาล์วจ่ายแก๊สบนหัวเตาที่มีการจุดระเบิดอัตโนมัติหรือนำไฟแช็กไฟฟ้ามาด้วย

ตัวอย่างไฟฟ้าสถิตย์

ตั้งแต่วัยเด็ก เรากลัวฟ้าร้องโดยสัญชาตญาณ แม้ว่าในตัวมันเองจะปลอดภัยอย่างยิ่ง - เป็นเพียงผลทางเสียงจากฟ้าผ่าที่น่ากลัวซึ่งเกิดจากไฟฟ้าสถิตในชั้นบรรยากาศ ลูกเรือในสมัยของกองเรือแล่นตกตะลึงเมื่อพวกเขาสังเกตเห็นแสงไฟของเซนต์เอลโมบนเสากระโดงเรือซึ่งเป็นอาการของไฟฟ้าสถิตในชั้นบรรยากาศด้วย ผู้คนได้มอบคุณลักษณะที่สำคัญในรูปแบบของสายฟ้าให้กับเทพเจ้าผู้ยิ่งใหญ่ของศาสนาโบราณ ไม่ว่าจะเป็นเทพเจ้ากรีก ซุส, จูปิเตอร์ของโรมัน, ธอร์แห่งสแกนดิเนเวีย หรือเปรู Perun ของรัสเซีย

ศตวรรษผ่านไปนับตั้งแต่ผู้คนเริ่มสนใจไฟฟ้าเป็นครั้งแรก และบางครั้งเราไม่สงสัยด้วยซ้ำว่านักวิทยาศาสตร์ที่ได้ข้อสรุปที่รอบคอบจากการศึกษาไฟฟ้าสถิตย์ กำลังช่วยเราจากความน่ากลัวของไฟไหม้และการระเบิด เราได้ควบคุมไฟฟ้าสถิตโดยการชี้สายล่อฟ้าขึ้นไปบนท้องฟ้า และจัดเตรียมอุปกรณ์ต่อสายดินให้กับเรือบรรทุกน้ำมันเชื้อเพลิงเพื่อให้ประจุไฟฟ้าสถิตหลุดออกไปสู่พื้นได้อย่างปลอดภัย อย่างไรก็ตาม ไฟฟ้าสถิตยังคงทำงานผิดปกติ โดยรบกวนการรับสัญญาณวิทยุ ท้ายที่สุดแล้ว พายุฝนฟ้าคะนองมากถึง 2,000 ลูกกำลังโหมกระหน่ำบนโลกในเวลาเดียวกัน ซึ่งก่อให้เกิดฟ้าผ่ามากถึง 50 ครั้งต่อวินาที

ผู้คนได้ศึกษาเกี่ยวกับไฟฟ้าสถิตมาตั้งแต่สมัยโบราณ ชาวกรีกโบราณยังเป็นหนี้คำว่า "อิเล็กตรอน" แม้ว่าพวกเขาจะมีความหมายบางอย่างแตกต่างออกไปเล็กน้อย - นั่นคือสิ่งที่พวกเขาเรียกว่าอำพันซึ่งถูกประจุไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์จากการเสียดสี (อื่น ๆ - กรีก ἤλεκτρον - อำพัน) น่าเสียดายที่วิทยาศาสตร์เกี่ยวกับไฟฟ้าสถิตไม่ได้ไม่มีผู้เสียชีวิต - นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Georg Wilhelm Richmann ถูกฟ้าผ่าตายระหว่างการทดลองซึ่งเป็นอาการที่อันตรายที่สุดของไฟฟ้าสถิตในบรรยากาศ

ไฟฟ้าสถิตย์และสภาพอากาศ

ในการประมาณครั้งแรก กลไกการก่อตัวของประจุในเมฆฝนฟ้าคะนองมีความคล้ายคลึงกับกลไกการใช้พลังงานไฟฟ้าของหวีหลายประการ - การเกิดไฟฟ้าด้วยแรงเสียดทานเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกัน ก้อนน้ำแข็งที่ก่อตัวจากหยดน้ำขนาดเล็ก เย็นตัวลงเนื่องจากการเคลื่อนย้ายโดยกระแสลมที่เพิ่มขึ้นไปยังส่วนบนและส่วนที่เย็นกว่าของเมฆ ชนกัน น้ำแข็งชิ้นใหญ่มีประจุลบ และชิ้นเล็กมีประจุบวก เนื่องจากน้ำหนักที่แตกต่างกัน จึงมีการกระจายตัวของน้ำแข็งลอยในกลุ่มเมฆ โดยน้ำแข็งที่มีขนาดใหญ่และหนักกว่าจะตกลงไปที่ส่วนล่างของเมฆ และน้ำแข็งที่มีขนาดเล็กกว่าและเบากว่าจะรวมตัวกันที่ด้านบนของเมฆฝนฟ้าคะนอง แม้ว่าเมฆโดยรวมจะยังคงเป็นกลาง แต่ส่วนล่างของเมฆจะได้รับประจุลบ และส่วนบนจะได้รับประจุบวก

เช่นเดียวกับหวีไฟฟ้าที่ดึงดูดบอลลูนโดยการกระตุ้นให้เกิดประจุตรงข้ามที่ด้านที่อยู่ใกล้กับหวีมากที่สุด เมฆฝนฟ้าคะนองก็เหนี่ยวนำให้เกิดประจุบวกบนพื้นผิวโลก เมื่อเมฆฝนฟ้าคะนองพัฒนาขึ้น ประจุจะเพิ่มขึ้น ในขณะที่ความแรงของสนามไฟฟ้าระหว่างพวกมันเพิ่มขึ้น และเมื่อความแรงของสนามไฟฟ้าเกินค่าวิกฤตสำหรับสภาพอากาศที่กำหนด จะเกิดการสลายทางไฟฟ้าของอากาศ - การปล่อยฟ้าผ่า

มนุษยชาติเป็นหนี้บุญคุณเบนจามิน แฟรงคลิน ซึ่งต่อมาเป็นประธานสภาบริหารสูงสุดแห่งเพนซิลเวเนีย และนายไปรษณีย์คนแรกของสหรัฐอเมริกา สำหรับการประดิษฐ์สายล่อฟ้า (จะแม่นยำกว่าหากเรียกว่าสายล่อฟ้า) ซึ่งช่วยชีวิตไว้ได้ตลอดไป ประชากรโลกจากเหตุเพลิงไหม้ที่เกิดจากอาคารที่ถูกฟ้าผ่า อย่างไรก็ตาม แฟรงคลินไม่ได้จดสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์ของเขา ทำให้มนุษย์ทุกคนสามารถใช้ได้

ฟ้าผ่าไม่ได้ทำให้เกิดการทำลายล้างเสมอไป - นักขุดแร่อูราลกำหนดตำแหน่งของแร่เหล็กและทองแดงอย่างแม่นยำตามความถี่ของฟ้าผ่าที่จุดใดจุดหนึ่งในพื้นที่

ในบรรดานักวิทยาศาสตร์ที่อุทิศเวลาในการศึกษาปรากฏการณ์ของไฟฟ้าสถิต จำเป็นต้องพูดถึงไมเคิล ฟาราเดย์ ชาวอังกฤษ ซึ่งต่อมาเป็นหนึ่งในผู้ก่อตั้งอิเล็กโทรไดนามิกส์ และชาวดัตช์ Pieter van Muschenbrouck ผู้ประดิษฐ์ต้นแบบของตัวเก็บประจุไฟฟ้า - ขวดเลย์เดนอันโด่งดัง

เมื่อดูการแข่งขัน DTM, IndyCar หรือ Formula 1 เราไม่สงสัยด้วยซ้ำว่าช่างเครื่องจะเรียกนักบินให้เปลี่ยนยางเป็นยางฝน โดยอาศัยข้อมูลเรดาร์ตรวจอากาศ และข้อมูลเหล่านี้ก็ขึ้นอยู่กับลักษณะทางไฟฟ้าของเมฆฝนฟ้าคะนองที่กำลังเข้าใกล้อย่างแม่นยำ

ไฟฟ้าสถิตเป็นเพื่อนและศัตรูของเราในเวลาเดียวกัน: วิศวกรวิทยุไม่ชอบมันดึงกำไลกราวด์เมื่อซ่อมแผงวงจรที่ถูกไฟไหม้อันเป็นผลมาจากฟ้าผ่าในบริเวณใกล้เคียง - ในกรณีนี้ตามกฎแล้วระยะอินพุตของอุปกรณ์ ล้มเหลว. หากอุปกรณ์สายดินชำรุด อาจก่อให้เกิดภัยพิบัติร้ายแรงจากฝีมือมนุษย์และส่งผลร้ายแรงตามมา เช่น ไฟไหม้และการระเบิดของโรงงานทั้งหมด

ไฟฟ้าสถิตย์ในทางการแพทย์

อย่างไรก็ตาม เป็นการช่วยเหลือผู้ที่มีอาการหัวใจเต้นผิดจังหวะซึ่งเกิดจากการหดตัวของหัวใจของผู้ป่วยอย่างวุ่นวาย การทำงานตามปกติจะกลับคืนมาโดยการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตเล็กน้อยโดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าเครื่องกระตุ้นหัวใจ ฉากของผู้ป่วยที่ฟื้นจากความตายด้วยความช่วยเหลือของเครื่องกระตุ้นหัวใจถือเป็นเรื่องคลาสสิกสำหรับภาพยนตร์บางประเภท ควรสังเกตว่าโดยปกติแล้วภาพยนตร์จะแสดงจอภาพที่มีสัญญาณการเต้นของหัวใจหายไปและเป็นเส้นตรงที่เป็นลางไม่ดี แต่ในความเป็นจริงแล้ว การใช้เครื่องกระตุ้นหัวใจไม่ได้ช่วยอะไรหากหัวใจของผู้ป่วยหยุดเต้น

ตัวอย่างอื่นๆ

มันจะมีประโยชน์ที่จะจดจำความจำเป็นในการเคลือบโลหะเครื่องบินเพื่อป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ กล่าวคือ การเชื่อมต่อชิ้นส่วนโลหะทั้งหมดของเครื่องบิน รวมถึงเครื่องยนต์ ให้เป็นโครงสร้างที่บูรณาการทางไฟฟ้าเพียงโครงสร้างเดียว เครื่องกำจัดไฟฟ้าสถิตจะถูกติดตั้งที่ปลายหางทั้งหมดของเครื่องบินเพื่อระบายไฟฟ้าสถิตที่สะสมระหว่างการบินเนื่องจากการเสียดสีของอากาศกับตัวเครื่องบิน มาตรการเหล่านี้จำเป็นเพื่อป้องกันการรบกวนที่เกิดจากไฟฟ้าสถิตย์ และเพื่อให้มั่นใจว่าอุปกรณ์การบินมีการทำงานที่เชื่อถือได้

ไฟฟ้าสถิตมีบทบาทบางอย่างในการแนะนำให้นักเรียนรู้จักกับหัวข้อ "ไฟฟ้า" - อาจไม่มีฟิสิกส์ส่วนอื่นที่รู้การทดลองที่น่าตื่นเต้นกว่านี้ - ที่นี่คุณมีผมยืนอยู่ที่ปลาย และมีบอลลูนไล่ตามหวี และแสงอันลึกลับของหลอดฟลูออเรสเซนต์โดยไม่มีสิ่งใดเลย สายเชื่อมต่อ! แต่เอฟเฟกต์เรืองแสงของอุปกรณ์ที่เติมแก๊สนี้ช่วยชีวิตช่างไฟฟ้าที่ต้องรับมือกับไฟฟ้าแรงสูงในสายไฟฟ้าและเครือข่ายการจ่ายไฟสมัยใหม่

และที่สำคัญที่สุด นักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปว่าเราอาจเป็นหนี้การปรากฏตัวของสิ่งมีชีวิตบนโลกจากกระแสไฟฟ้าสถิตย์ หรืออย่างแม่นยำมากขึ้นคือการปล่อยประจุออกมาในรูปของฟ้าผ่า ในระหว่างการทดลองในช่วงกลางศตวรรษที่ผ่านมา โดยมีการปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านส่วนผสมของก๊าซ ซึ่งมีองค์ประกอบใกล้เคียงกับองค์ประกอบหลักในบรรยากาศของโลก จึงได้รับกรดอะมิโนตัวหนึ่งซึ่งเป็น "ส่วนประกอบสำคัญ" ของ ชีวิตของเรา.

ในการควบคุมไฟฟ้าสถิต สิ่งสำคัญมากคือต้องทราบความต่างศักย์ไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้า เพื่อใช้ในการวัดว่าเครื่องมือชนิดใดที่เรียกว่าโวลต์มิเตอร์ถูกประดิษฐ์ขึ้น แนวคิดเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าได้รับการแนะนำโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีในศตวรรษที่ 19 อเลสซานโดร โวลตา ซึ่งตั้งชื่อตามหน่วยนี้ ครั้งหนึ่ง กัลวาโนมิเตอร์ที่ตั้งชื่อตามเพื่อนร่วมชาติของโวลตา ลุยจิ กัลวานี ถูกนำมาใช้ในการวัดแรงดันไฟฟ้าไฟฟ้าสถิต น่าเสียดายที่อุปกรณ์ประเภทอิเล็กโทรไดนามิกเหล่านี้ทำให้เกิดการบิดเบือนในการวัด

การศึกษาไฟฟ้าสถิตย์

นักวิทยาศาสตร์เริ่มศึกษาธรรมชาติของไฟฟ้าสถิตอย่างเป็นระบบตั้งแต่งานของ Charles Augustin de Coulomb นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสในศตวรรษที่ 18 โดยเฉพาะอย่างยิ่งเขาได้แนะนำแนวคิดเรื่องประจุไฟฟ้าและค้นพบกฎปฏิสัมพันธ์ของประจุ หน่วยวัดปริมาณไฟฟ้า - คูลอมบ์ (C) - ตั้งชื่อตามเขา จริงอยู่เพื่อความยุติธรรมทางประวัติศาสตร์ควรสังเกตว่าเมื่อหลายปีก่อนลอร์ดเฮนรีคาเวนดิชนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษมีส่วนร่วมในเรื่องนี้ น่าเสียดายที่เขาเขียนไว้บนโต๊ะและผลงานของเขาได้รับการตีพิมพ์โดยทายาทของเขาเพียง 100 ปีต่อมา

งานของรุ่นก่อนเกี่ยวกับกฎปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าทำให้นักฟิสิกส์ George Green, Carl Friedrich Gauss และ Simeon Denis Poisson สามารถสร้างทฤษฎีที่สวยงามทางคณิตศาสตร์ที่เรายังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน หลักการสำคัญในไฟฟ้าสถิตคือสมมุติฐานของอิเล็กตรอนซึ่งเป็นอนุภาคมูลฐานที่เป็นส่วนหนึ่งของอะตอมใด ๆ และแยกออกจากกันได้ง่ายภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก นอกจากนี้ยังมีสมมุติฐานเกี่ยวกับการผลักประจุที่เหมือนกันและการดึงดูดประจุที่ต่างกัน

การวัดค่าไฟฟ้า

เครื่องมือวัดชิ้นแรก ๆ คืออิเล็กโทรสโคปที่ง่ายที่สุดซึ่งคิดค้นโดยนักบวชชาวอังกฤษและนักฟิสิกส์อับราฮัมเบนเน็ตต์ - ฟอยล์นำไฟฟ้าทองคำสองแผ่นวางอยู่ในภาชนะแก้ว ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา เครื่องมือวัดก็มีการพัฒนาไปอย่างมาก และตอนนี้ก็สามารถวัดความแตกต่างในหน่วยนาโนคูลอมบ์ได้แล้ว ด้วยการใช้อุปกรณ์ทางกายภาพที่แม่นยำเป็นพิเศษ นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย อับราม ไอออฟเฟ และนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน โรเบิร์ต แอนดรูว์ มิลลิแกน สามารถวัดประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอนได้

ในปัจจุบัน ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีดิจิทัล เครื่องมือที่มีความไวเป็นพิเศษและมีความแม่นยำสูงพร้อมคุณลักษณะเฉพาะได้ปรากฏขึ้น ซึ่งเนื่องจากมีความต้านทานอินพุตสูง ทำให้การวัดแทบไม่มีการบิดเบือน นอกจากการวัดแรงดันไฟฟ้าแล้ว อุปกรณ์ดังกล่าวยังช่วยให้คุณวัดคุณลักษณะที่สำคัญอื่นๆ ของวงจรไฟฟ้าได้ เช่น ความต้านทานโอห์มมิกและกระแสไหลในช่วงการวัดที่กว้าง อุปกรณ์ที่ทันสมัยที่สุดที่เรียกว่ามัลติมิเตอร์หรือในศัพท์แสงระดับมืออาชีพผู้ทดสอบเนื่องจากความสามารถรอบด้านยังช่วยให้คุณวัดความถี่ของกระแสสลับความจุของตัวเก็บประจุและทรานซิสเตอร์ทดสอบและแม้แต่วัดอุณหภูมิ

ตามกฎแล้วอุปกรณ์สมัยใหม่มีการป้องกันในตัวซึ่งไม่อนุญาตให้อุปกรณ์เสียหายหากใช้ไม่ถูกต้อง มีขนาดกะทัดรัด ใช้งานง่าย และปลอดภัยในการใช้งานอย่างยิ่ง โดยแต่ละชิ้นผ่านการทดสอบความแม่นยำหลายชุด ผ่านการทดสอบภายใต้สภาวะการทำงานที่รุนแรง และสมควรได้รับใบรับรองความปลอดภัย

คุณพบว่าการแปลหน่วยการวัดจากภาษาหนึ่งเป็นอีกภาษาหนึ่งเป็นเรื่องยากหรือไม่ เพราะเหตุใด เพื่อนร่วมงานพร้อมที่จะช่วยเหลือคุณ โพสต์คำถามใน TCTermsและคุณจะได้รับคำตอบภายในไม่กี่นาที

การคำนวณการแปลงหน่วยในตัวแปลง " ตัวแปลงประจุไฟฟ้า" ดำเนินการโดยใช้ฟังก์ชัน unitconversion.org