Формула электрического заряда, q

Онлайн калькуляторы

На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.

Справочник

Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!

Заказать решение

Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!

Главная Справочник Формулы по физике Формула электрического заряда

Определение и формула электрического заряда

Фундаментальным свойством электрического заряда является существование двух видов зарядов: положительных и отрицательных. Заряды, имеющие один знак, отталкиваются. Взаимодействие зарядов разного знака определяют как притяжение. Телу можно сообщить заряд любого знака. В макроскопическом теле заряды разных знаков могут взаимно компенсировать друг друга.

Электрический заряд является релятивистски инвариантной величиной. Это значит, что величина заряда не зависит от системы отсчета, не важно, движется заряд (заряженное тело) или покоится.

Электрический заряд тела находят как суммарный заряд его частей.

Разделения электрических зарядов разных знаков можно добиться путем электризации посредством непосредственного контакта тел (например, трением) или без контакта, например посредством электрической индукции. При зарядке тела, мы создаем на нем избыток электронов или недостаток в сравнении с их нормальным количеством, при котором тело не имеет заряда. При этом электроны берутся у другого тела или удаляются из заряжаемого тела, но не уничтожаются или создаются. Важно запомнить, что процесс зарядки и разрядки тел является процедурой перераспределения электронов, при этом общее их число не изменяется.

При соединении заряженного проводника с незаряженным, заряд перераспределяется между обоими телами. Допустим, что одно тело несет отрицательный заряд, его соединяют с незаряженным телом. Электроны заряженного тела под воздействием сил взаимного отталкивания переходят на незаряженное тело. При этом заряд первого тела уменьшается, заряд второго увеличивается, до тех пор, пока не наступит равновесие.

Элементарный заряд

Немецкий физик и физиолог Г. Гельмгольц обратил внимание на то, что заряды, которые переносят ионы при явлении электролиза, являются целыми, кратными некоторой величине, равной Кл. Каждый одновалентный ион переносит такой заряд. Любой двухвалентный ион несет заряд, равный Кл, и так далее. Гельмгольц сделал вывод о том, что заряд Кл является минимальным количеством электричества, которое существует в природе. Данный заряд получил название элементарного заряда.

Закон сохранения заряда

Закон сохранения заряда является фундаментальным законом природы. Он был установлен на основании обобщения экспериментальных данных. Подтвержден в 1843 г. английским физиком М. Фарадеем.

Формулировка закона: В любой замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов – это неизменная величина, и не важно, какие процессы происходят в этой системе:

   

где N – количество зарядов.

Закон Кулона

На вопрос: С какими силами взаимодействуют неподвижные точечные заряды? Отвечает закон Кулона, который можно записать в виде формулы как:

   

где – сила, с которой заряд действует на заряд ; – радиус вектор, который проведен от второго заряда к первому; – электрическая постоянная; – диэлектрическая проницаемость вещества в котором находятся заряды. В соответствии с третьим законом Ньютона первый заряд действует на второй с силой равной по модулю и противоположной по направлению силе Обратите внимание, что заряды в формуле (2) точечные.

Примеры решения задач по теме «Электрический заряд»

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Электростатика — формулы, закон Кулона

Оглавление

Время чтения:  6 минут

578

Электростатикой называют раздел физики, в котором изучают неподвижные, покоящиеся электрические заряды и поля.

В статье мы рассмотрим самые важные законы электростатики, определения и формулы этой важнейшей области науки о свойствах и формах окружающей нас материи.

Понятие электрического заряда и его важнейшие законы электростатики

Определения 1 — 2

Электрическим зарядом именуют физическую величину, характеризующую способность тел вступать между собой в электромагнитное взаимодействие. Обозначается электрический заряд обычно буквами q или Q. В системе он измеряется в Кулонах.

Один Кулон равняется заряду, проходимому через проводник (его поперечное сечение) за 1 секунду с силой тока в 1 Ампер.

---

 

Элементарный электрический заряд – минимальный электрический заряд, существование которого допускается природой. Он равен:

\[\mathrm{e}=1,602177 \cdot 10-19 \mathrm{Kл} \approx 1,6 \cdot 10-19 \mathrm{Kл}\]

Любой, правильнее сказать абсолютно любой, электрический заряд кратен элементарному.

\[\mathrm{Q}=\mathrm{N}^{*} \mathrm{e}\]

Существуют два типа зарядов – положительные (они обозначаются знаком +) и отрицательные (они обозначаются знаком — ). Между одноимёнными электрическими зарядами всегда происходит отталкивание, разноимёнными — притяжение.

Закон сохранения электрического заряда

Закон 1 + формула

Это важнейший закон не только электростатики, но и всей физики. Суть его состоит в том, что сумма зарядов любой системы, которая электрически изолирована, не может измениться ни при каких обстоятельствах. На языке математики — это можно записать так:

\[\mathrm{q}_{1}+\mathrm{q}_{2}+\mathrm{q}_{3}+\ldots+\mathrm{q}_{\mathrm{n}}=\text { const }\]

Процессы появления/исчезновения зарядов наукой зафиксированы, но тот и другой процесс предполагает их парное (положительный и отрицательный) появление или уничтожение. Причём возникающие и исчезающие заряды должны быть не только противоположны между собой по знаку, но и равны по абсолютной величине.

Определение 3

Электризацией называют явление перераспределения электрического заряда между физическими телами.

Основными способами электризации являются трение, касание и влияние. Тела, ставшие в силу тех или иных процессов электрически заряженными, называют электризованными.

Если мы имеем два тела одинакового размера и формы, заряжённые один q₁, второй q₂, то из выше приведённого закона сохранения явным образом следует, что если привести их в соприкосновение друг с другом, а затем развести, величина заряда каждого из них станет равной

q^, = (q₁ + q₂)/2.

Величина заряда никак не зависит от его движения и скорости. Это означает, что если заряжённое тело начнёт двигаться, то от это никак не повлияет на величину его заряда, не уменьшит и не увеличит её.

Электростатика закон кулона

Определение 4

Точечными электрическими зарядами именуются такие электрически заряженные физические тела, формой и размерами которых при рассмотрении процесса их взаимодействия можно пренебречь.

Одни и те же тела в одних условиях можно считать точечными, а в других нет. Например, две заряженные полусферы, находящиеся друг от друга на расстоянии в сотню раз превышающем их размер допустимо считать точечными зарядами. {2}\]

k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбранной системы измерений. В СИ он равен k = 9*10⁹ (Н*м²)/Кл².

Если заряженные тела находятся в каком-либо веществе, в указанном законе появляется ещё один коэффициент, называемый диэлектрической проницаемостью.

Определение 5

Диэлектрическая проницаемость – величина, обозначающая, во сколько раз сила (F) взаимодействия зарядов, находящихся в веществе, меньше их силы взаимодействия в вакууме (F₀). Обозначается диэлектрическая проницаемость чаще всего, буквой ε.

Из определения можно сделать вывод, что диэлектрическая проницаемость вакуума равняется единице (ε =1). Диэлектрическую проницаемость воздуха при рассмотрении очень многих явлений можно тоже считать равной 1.

Проводниками называют вещества, в которых присутствуют свободные носители заряда. Диэлектриками – вещества, в которых их нет.

Самый яркий и хорошо известный пример проводника – металлы. Носителями заряда в них являются свободные электроны. Также проводниками являются недистиллированная вода, влажный грунт, растворы солей и т. д.

У диэлектриков свободные заряды почти полностью отсутствуют. К подобным веществам относятся воздух, стекло, фарфор, сухое дерево, резина, пластмассы и т. д.

Закон Кулона хотя и описывает взаимодействие электрических зарядов, совершенно ничего не говорит о его природе. Многочисленные эксперименты подтвердили, что заряжённые тела действуют друг на друга не непосредственно, а с помощью электростатического поля. О его важнейших характеристиках поговорим далее.

Напряжённость

Закон 3 + формула

Векторная величина, равная силе, которой поле оказывает действие на помещённый в него единичный положительный заряд.

\[\mathrm{E}=\mathrm{F} / \mathrm{q}\]

Единицей измерения напряжённости служат Н/Кл или В/м.

Для описания электрического поля часто используют так называемые силовые линии.

Особо следует подчеркнуть, что силовые линии в природе не существуют. Они являются плодом человеческого воображения, помогающим лучше и нагляднее описать электрическое поле и более ничем.

Основными свойствами силовых линий считаются:

• Совпадение с направлением вектора напряжённости;
• Незамкнутость. Принято считать, что линии идут положительных зарядов к отрицательным;
• Стабильность во времени. Напомним, речь здесь идёт об электростатических электрических полях. В электродинамике, где поля не постоянны, всё несколько иначе;
• Непересекаемость между собой. Линии никогда не находят одна на другую, какое бы явление мы ни рассматривали;
• Перпендикулярность плоскости поверхности основного проводника. Последний можно представить в виде совокупности множества точечных зарядов из которых силовые линии исходят или, наоборот, входят в них.

Электростатический потенциал

Определение 6 + формула

Электростатический потенциал — это скалярная величина, равная потенциальной энергии находящегося в нём единичного положительного заряда. Вычисляется она по формуле

\[\varphi=\mathrm{W}_{\text {потенциал }} / \mathrm{q}\]

Часто под потенциалом электростатического поля понимают работу, которую нужно затратить, чтобы переместить единичный положительный заряд из точки, где он находится, на бесконечность.

Работа по перемещению заряда в электростатическом поле определяется лишь его начальным и конечным положениями, но не путём перемещения. Такое поле называют потенциальным.

Конкретная величина потенциала почти никакой информации о поле не даёт. Значение имеет разность потенциалов.

Определения 7 — 9

Напряжением в электростатике называют разность потенциалов между двумя точками поля \[\mathrm{U}=\varphi_{2}-\varphi_{1}\].

Единицей измерения потенциала является Вольт. Он равен 1 В = 1 Дж/Кл

---

 

Электроёмкостью называют физическую величину, характеризующую способность проводников (в том числе систем проводников) накапливать электрический заряд. Чаще всего её обозначают буквой C. Измеряется в Фарадах. Один Фарад равен ёмкости, которую имеет конденсатор с зарядом каждой из пластин в 1 Кулон и напряжением между ними в 1 Вольт.

---

 

Конденсаторами именуют устройство накопления электрического заряда, состоящее из проводящих пластин, разделённых между собой диэлектриком. Форма пластин может быть абсолютно любой. Чаще всего встречаются плоские, цилиндрические и сферические. Диэлектрик тоже бывает разным: слюда, керамика, бумага и пр.

Приведём в таблице основные формулы электростатики:

Электрический заряд — веб-формулы

Электрический заряд определяется как:

Q = I ∙ t

Соответствующие единицы СИ:
кулон (Кл) = ампер (А) ∙ секунда (с)

Где I — электрический ток, а t — время (длительность).

Блок

• Заряд системы можно измерить, сравнив его с зарядом стандартного кузова.
• Единица заряда в системе СИ — Кулон, записывается как C.
• 1 Кулон — это заряд, протекающий по проводу за 1 секунду, если сила тока в нем равна 1А.
• Заряд электрона равен -1,602 * 10 ^-19 Кл, а заряд протона положителен от этого значения.
• Двумя важными свойствами заряда являются квантование и сохранение .

(a)   Квантование заряда

(i)                 Электрический заряд может существовать только как целое кратное заряду электрона (-e), т.е.

q = ± ne , , где n — целое число.

 

(ii)              Возможные значения электрического заряда: q = ± 1e; ± 2е; ± 3e …

(iii)            Заряд меньше, чем заряд электрона ( т.е. .  e = 1,6 * 10 ^-19 Кл) невозможен.

(b)   Сохранение заряда

(i)                В изолированной системе общий электрический заряд всегда остается постоянным.

(ii)              Общий заряд тела равен алгебраической сумме всех имеющихся на нем зарядов. Каждый атом электрически нейтрален, так как содержит столько электронов, сколько в нем протонов.

(iii)            Когда мы потираем стеклянную палочку о кусок шелка, положительный заряд, приобретаемый стеклянной палочкой, равен отрицательному заряду, приобретаемому кусочком шелка. Таким образом, заряды производятся равными и непохожими парами.

Пример (1) : Какова возможная величина электрического заряда?

 

(а)   1 X 1,6 X 10 ^-19 C

(б)   2,4 X 1,6 X 10 ^-19 C

(в)    -8 X 1,6 X 10 ^-19 C

(г)   1 X 1,8 X 10 ^-19 C

 

Решение: (а)

Как мы знаем, электрический заряд может существовать только как целое кратное заряду электрона (-е), т.е.

 

q = ± ne , где n — целое число. Итак, q =

± 1 х 1,6 х 10 ^-19 С

 

Пример (2) : Если n = 2, какова будет величина электрического заряда? (Данный e = 1,6 X 10 ^-19 C)

(а)   ±0,8 X 10 ^-19 С

(б)   ±3,2 X 10 ^-19 С

(в)    ±4,3 X 10 ^-19 С

(г)   ±6,3 X 10 ^-19 С

 

Решение: ( b )

Мы знаем, что

q = ± пе

    = 2 х 1,6 х 10 ^-19 С

    = ±3,2 X 10 ^-19   С

Следовательно, вариант (б) правильный.

 

Пример (3): Возможен ли заряд меньше заряда электрона (т. е. e = 1,6 X 10

-19 Кл)?

(а)    Да      (б) Нет

 

Решение: (b) Как мы знаем

q = ± ne , где n — целое число, т. е. n = 1, 2, 3,…

 

Пример 4): Каков общий заряд всех протонов в 1,00 кг углерода?

(а)   4,82 X 10 ⁷ С

(б)   3,96 X 10 ⁷ С

(с)    4,82 X 10 ⁹ С

(г)   3,96 X 10 ¹²

С

 

Решение: (a) Мы можем найти количество кулонов положительного заряда в 1,00 кг углерода из Q = 6n _c e , где n _c — число атомов в 1,00 кг углерода, а коэффициент 6 учитывает присутствие 6 протонов в каждом атоме. Мы можем найти число атомов в 1,00 кг углерода, составив пропорцию, связывающую число Авогадро N _A , массу углерода и молекулярную массу углерода с n _c .

Подстановка числовых значений и оценка Q:

Пример 5): Определить электрический ток в электрической цепи, где общий электрический заряд равен 6 Кл за 5 секунд.

Изолирующий I от Q = I ∙ t
I = Q / t = 16 / = 16 /

Формула электрического заряда — GeeksforGeeks

Когда материя находится в электрическом или магнитном поле, она приобретает электрический заряд, что заставляет ее испытывать силу. Текущий электрический заряд создает магнитное поле, которое связано с электрическим полем. Электромагнитное поле состоит из комбинации электрического и магнитного полей. Электромагнитная сила, являющаяся основой физики, создается при взаимодействии зарядов. Давайте подробнее рассмотрим концепцию электрического заряда,

Электрический заряд

Свойство субатомных частиц, которое позволяет им испытывать силу при помещении в электрическое или магнитное поле, называется электрическим зарядом.

Скалярная величина, электрический заряд. Величина, называемая вектором, должна удовлетворять законам сложения векторов, таким как закон сложения векторов треугольника и закон сложения векторов параллелограмма, в дополнение к величине и направлению; только тогда сумма называется векторной величиной. В случае электрического тока результирующий ток представляет собой алгебраическую сумму, а не векторную сумму, когда два тока встречаются на стыке. В результате электрический ток, хотя и имеет величину и направление, является скалярной величиной. Электрический заряд обозначается Q.

Единица электрического заряда в системе СИ: Кулон и Другие единицы измерения: Фарадей, Ампер-час.

Положительные и отрицательные электрические заряды переносятся протонами и электронами соответственно.

• Положительно заряженные протоны
• Отрицательно заряженные электроны
• Нейтрон имеет нулевой заряд

Формула электрического заряда

Q = I × t

Где,

• Q = электрический заряд,
• I = электрический ток,
• t = время.

Примеры вопросов

Вопрос 1. По какой причине электрический заряд является скалярной величиной?

Ответ :

Результирующий ток двух токов, встречающихся на стыке, представляет собой алгебраическую сумму, а не векторную сумму. Таким образом, скалярная величина представляет собой электрический ток. Это свойство электрического заряда известно как KCL, также известное как закон тока Кирхгофа.

Вопрос 2: Когда возникает отрицательный и положительный электрический заряд?

Ответ :

Считается, что заряд отрицательный, если в веществе больше электронов, чем протонов, и считается, что он имеет положительный заряд, если в веществе больше протонов, чем электронов.

Вопрос 3: Цепь с током 150 мА работает в течение 2 минут. рассчитать количество заряда, протекающего по цепи.

Решение:

Дано: I = 150 мА = 150 × 10 ^-3 A, T = 2 мин = 2 × 60 = 120S

с

Q = I × T

∴

Q = 150 × 10 ^-3 × 120

∴ Q = 18 C

Вопрос 4. Когда проводник с током подключен к внешнему источнику питания в течение 20 секунд, всего 6 × 10 ⁴⁶ электронов текут через него. Определить значение тока в проводнике.

Решение:

Дано: n = 6 × 10 ⁴⁶ Электроны, T = 20S, E = 1,6 × 10 ^-19 C

С

Q = I × T

∴

∴

∴

∴

∴

∴

∴

∴

∴

9 ∴

6

. I = Q/T

по токовой формуле,

Q = NE

∴ I = NE/T

∴ I = 6 × 10 ⁴⁶ × 1,6 × 10 ^-19 /20

∴ I = 4,8 × 10 ²⁶ А

Вопрос 5: По проводнику течет ток силой 0,6 А. Вычислите количество заряда, которое пройдет через поперечное сечение проводника за 37 секунд.

Решение:

Дано: I = 0,6 A, T = 37 S

,

Q = I × T

Q = 0,6 × 37

∴ Q = 22.