Eine Maßeinheit für elektrische Ladung. Anhänger. Beziehung zu anderen physikalischen Größen. (10+)

Eine Maßeinheit für elektrische Ladung. Anhänger (Coulomb)

Das Material ist eine Erklärung und Ergänzung zum Artikel:
Maßeinheiten physikalischer Größen in der Funkelektronik
In der Funktechnik verwendete Maßeinheiten und Verhältnisse physikalischer Größen.

Die elektrische Ladung eines Körpers ist die Differenz zwischen der Anzahl geladener Teilchen einer Polarität und der anderen Polarität in diesem Körper (mit einigen Annahmen). Elektrische Ladung kann positive oder negative Polarität haben. Körper mit gleicher Polarität stoßen sich ab, während sich Körper mit unterschiedlicher Polarität anziehen.

Elektrische Ladung wird in Coulomb gemessen. Bezeichnung K. Internationale Bezeichnung C. Die Ladung in Formeln wird üblicherweise mit dem Buchstaben Q bezeichnet.

Die elektrische Ladung eines Elektrons beträgt etwa 1,602176E-19 Coulomb, hat ein negatives Vorzeichen. Die Protonenladung ist gleich groß, aber positiv. In Materie sind normalerweise Elektronen und Protonen in gleichen Mengen vorhanden, sodass die Gesamtladung Null ist. In einigen Fällen kann die Anzahl der Elektronen zunehmen, dann sagen wir, dass der Körper negativ geladen ist, oder abnehmen, dann ist der Körper positiv geladen.

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Als Ergebnis langer Beobachtungen haben Wissenschaftler herausgefunden, dass sich entgegengesetzt geladene Körper anziehen und umgekehrt geladene Körper einander abstoßen. Das bedeutet, dass Wechselwirkungskräfte zwischen Körpern entstehen. Der französische Physiker C. Coulomb untersuchte experimentell die Wechselwirkungsmuster von Metallkugeln und stellte fest, dass die Wechselwirkungskraft zwischen zwei elektrischen Punktladungen direkt proportional zum Produkt dieser Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist:

Wobei k ein Proportionalitätskoeffizient ist, abhängig von der Wahl der Maßeinheiten der physikalischen Größen, die in der Formel enthalten sind, sowie von der Umgebung, in der sich die elektrischen Ladungen q 1 und q 2 befinden. r ist der Abstand zwischen ihnen.

Daraus können wir schließen, dass das Coulombsche Gesetz nur für Punktladungen gelten wird, also für solche Körper, deren Abmessungen im Vergleich zu den Abständen zwischen ihnen völlig vernachlässigt werden können.

In Vektorform sieht das Coulombsche Gesetz folgendermaßen aus:

Wobei q 1 und q 2 Ladungen sind und r der Radiusvektor ist, der sie verbindet; r = |r|.

Kräfte, die auf Ladungen wirken, heißen Zentralkräfte. Sie sind entlang einer geraden Linie gerichtet, die diese Ladungen verbindet, und die Kraft, die von der Ladung q 2 auf die Ladung q 1 wirkt, ist gleich der Kraft, die von der Ladung q 1 auf die Ladung q 2 wirkt, und hat ein entgegengesetztes Vorzeichen.

Zur Messung elektrischer Größen können zwei Zahlensysteme verwendet werden - das SI-System (Basis) und manchmal das CGS-System.

Im SI-System ist eine der wichtigsten elektrischen Größen die Einheit der Stromstärke - Ampere (A), dann ist die Einheit der elektrischen Ladung ihre Ableitung (ausgedrückt in der Einheit der Stromstärke). Die SI-Einheit der Ladung ist das Pendant. 1 Anhänger (C) ist die Menge an "Elektrizität", die in 1 s bei einem Strom von 1 A durch den Querschnitt des Leiters fließt, dh 1 C = 1 A s.

Der Koeffizient k in Formel 1a) in SI wird gleich genommen zu:

Und das Coulombsche Gesetz kann in der sogenannten "rationalisierten" Form geschrieben werden:

Viele Gleichungen, die magnetische und elektrische Phänomene beschreiben, enthalten den Faktor 4π. Wenn dieser Faktor jedoch in den Nenner des Coulombschen Gesetzes aufgenommen wird, verschwindet er aus den meisten Formeln des Magnetismus und der Elektrizität, die in praktischen Berechnungen sehr häufig verwendet werden. Diese Form des Schreibens der Gleichung wird als rationalisiert bezeichnet.

Der Wert von ε 0 in dieser Formel ist eine elektrische Konstante.

Die Grundeinheiten des CGS-Systems sind die mechanischen CGS-Einheiten (Gramm, Sekunde, Zentimeter). Neue Grundeinheiten zusätzlich zu den oben genannten drei werden nicht in das CGS-System eingeführt. Es wird angenommen, dass der Koeffizient k in Formel (1) eins und dimensionslos ist. Dementsprechend hat das Coulombsche Gesetz in einer nicht rationalisierten Form die Form:

Im CGS-System wird die Kraft in Dyn gemessen: 1 Dyn \u003d 1 g cm / s 2, und der Abstand wird in Zentimetern angegeben. Angenommen, q \u003d q 1 \u003d q 2, dann erhalten wir aus Formel (4):

Wenn r = 1 cm und F = 1 Dyn, dann impliziert diese Formel, dass im CGS-System eine Punktladung als Ladungseinheit genommen wird, die (im Vakuum) auf eine gleiche Ladung wirkt, die sich in einem Abstand von 1 cm befindet davon mit einer Kraft von 1 din. Eine solche Ladungseinheit wird als absolute elektrostatische Einheit der Elektrizitätsmenge (Ladung) bezeichnet und mit CGS q bezeichnet. Seine Dimension:

Um den Wert von ε 0 zu berechnen, vergleichen wir die Ausdrücke für das Coulombsche Gesetz, die in den Systemen SI und CGS geschrieben sind. Zwei Punktladungen von je 1 C, die 1 m voneinander entfernt sind, wirken mit einer Kraft zusammen (nach Formel 3):

Im GHS ist diese Kraft gleich:

Die Stärke der Wechselwirkung zwischen zwei geladenen Teilchen hängt von der Umgebung ab, in der sie sich befinden. Zur Charakterisierung der elektrischen Eigenschaften verschiedener Medien wurde der Begriff der relativen Permittivität ε eingeführt.

Der Wert von ε ist für verschiedene Stoffe unterschiedlich - für Ferroelektrika liegt sein Wert im Bereich von 200 - 100.000, für kristalline Stoffe von 4 bis 3000, für Glas von 3 bis 20, für polare Flüssigkeiten von 3 bis 81, z unpolare Flüssigkeiten von 1, 8 bis 2,3; für Gase von 1,0002 bis 1,006.

Die Dielektrizitätskonstante (relativ) hängt auch von der Umgebungstemperatur ab.

Wenn wir die Permittivität des Mediums berücksichtigen, in dem die Ladungen platziert sind, hat das Coulomb-Gesetz in SI die Form:

Die Dielektrizitätskonstante ε ist eine dimensionslose Größe und sie hängt nicht von der Wahl der Maßeinheit ab und für Vakuum wird sie gleich ε = 1 angenommen. Dann hat das Coulomb-Gesetz für Vakuum die Form:

Division von Ausdruck (6) durch (5) erhalten wir:

Die Dielektrizitätszahl ε gibt demnach an, um wie viel Mal die Wechselwirkungskraft zwischen Punktladungen in einem Medium, die einen Abstand r zueinander haben, geringer ist als im Vakuum bei gleichem Abstand.

Für die Aufteilung von Elektrizität und Magnetismus wird das CGS-System manchmal als Gaußsches System bezeichnet. Vor dem Aufkommen des CGS-Systems waren die CGSE-Systeme (CGS elektrisch) zum Messen elektrischer Größen und CGSM-Systeme (CGS magnetisch) zum Messen magnetischer Größen in Betrieb. In der ersten gleichen Einheit wurde die elektrische Konstante ε 0 genommen und in der zweiten die magnetische Konstante μ 0 .

Im CGS-System stimmen die Formeln der Elektrostatik mit den entsprechenden Formeln des CGSE überein, und die Formeln des Magnetismus, sofern sie nur magnetische Größen enthalten, mit den entsprechenden Formeln im CGSM.

Wenn die Gleichung jedoch gleichzeitig sowohl magnetische als auch elektrische Größen enthält, unterscheidet sich diese im Gauß-System geschriebene Gleichung von derselben Gleichung, die jedoch im CGSM- oder CGSE-System geschrieben ist, um den Faktor 1 / s oder 1 / s 2. Der Wert c gleich der Lichtgeschwindigkeit (c = 3·10 10 cm/s) heißt elektrodynamische Konstante.

Das Coulombsche Gesetz im CGS-System hat die Form:

Beispiel

Auf zwei absolut identischen Öltropfen fehlt ein Elektron. Die Kraft der Newtonschen Anziehung wird durch die Kraft der Coulomb-Abstoßung ausgeglichen. Es ist notwendig, die Radien der Tröpfchen zu bestimmen, wenn der Abstand zwischen ihnen ihre linearen Abmessungen deutlich überschreitet.

Entscheidung

Da der Abstand zwischen den Tropfen r viel größer ist als ihre linearen Abmessungen, können die Tropfen als Punktladungen angenommen werden, und dann ist die Coulomb-Abstoßungskraft gleich:

Wobei e die positive Ladung des Öltropfens ist, gleich der Ladung des Elektrons.

Die Kraft der Newtonschen Anziehungskraft kann durch die Formel ausgedrückt werden:

Wobei m die Masse des Tropfens und γ die Gravitationskonstante ist. Entsprechend der Bedingung des Problems F k \u003d F n also:

Die Masse des Tropfens wird als Produkt der Dichte ρ und des Volumens V ausgedrückt, d. h. m = ρV, und das Volumen des Tropfens mit Radius R ist gleich V = (4/3)πR 3 , daraus erhalten wir:

In dieser Formel sind die Konstanten π, ε 0 , γ bekannt; = 1; bekannt ist auch die Elektronenladung e \u003d 1,6 · 10 -19 C und die Öldichte ρ \u003d 780 kg / m 3 (Referenzdaten). Wenn wir die Zahlenwerte in die Formel einsetzen, erhalten wir das Ergebnis: R = 0,363 · 10 -7 m.

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Welche Wechselwirkungen nennt man elektromagnetisch?
Was ist die Wechselwirkung von Ladungen?

Beginnen wir mit dem Studium der quantitativen Gesetze elektromagnetischer Wechselwirkungen. Das Grundgesetz der Elektrostatik ist das Gesetz der Wechselwirkung zweier bewegungsloser punktförmig geladener Körper.

Das Grundgesetz der Elektrostatik wurde 1785 von Charles Coulomb experimentell aufgestellt und trägt seinen Namen.

Wenn der Abstand zwischen den Körpern um ein Vielfaches größer ist als ihre Größe, dann beeinflussen weder die Form noch die Größe der geladenen Körper die Wechselwirkungen zwischen ihnen wesentlich.

Denken Sie daran, dass das Gesetz der universellen Gravitation auch für Körper formuliert ist, die als materielle Punkte betrachtet werden können.

Geladene Körper, deren Größe und Form bei ihrer Wechselwirkung vernachlässigt werden können, werden als geladene Körper bezeichnet Punktgebühren.

Die Kraft der Wechselwirkung geladener Körper hängt von den Eigenschaften des Mediums zwischen den geladenen Körpern ab. Wir gehen zunächst davon aus, dass die Interaktion im Vakuum stattfindet. Die Erfahrung zeigt, dass Luft sehr wenig Einfluss auf die Wechselwirkungskraft geladener Körper hat, es stellt sich heraus, dass sie fast die gleiche ist wie im Vakuum.

Coulombs Experimente.

Die Idee von Coulombs Experimenten ähnelt der Idee von Cavendishs Erfahrung bei der Bestimmung der Gravitationskonstante. Die Entdeckung des Wechselwirkungsgesetzes elektrischer Ladungen wurde durch die Tatsache erleichtert, dass sich diese Kräfte als groß herausstellten und es daher nicht erforderlich war, besonders empfindliche Geräte zu verwenden, wie bei der Prüfung des Gesetzes der universellen Gravitation unter irdischen Bedingungen. Mit Hilfe von Torsionswaagen konnte festgestellt werden, wie bewegungslose geladene Körper miteinander wechselwirken.

Torsionswaagen bestehen aus einem Glasstab, der an einem dünnen elastischen Draht aufgehängt ist (Abb. 14.3). An einem Ende des Stocks ist eine kleine Metallkugel a und am anderen ein Gegengewicht c befestigt. Eine weitere Metallkugel b ist bewegungslos an der Stange befestigt, die wiederum an der Unruhabdeckung befestigt ist.

Wenn den Kugeln die gleichen Ladungen verliehen werden, beginnen sie sich gegenseitig abzustoßen. Um sie auf einem festen Abstand zu halten, muss der elastische Draht um einen bestimmten Winkel verdreht werden, bis die resultierende elastische Kraft die Coulomb-Abstoßungskraft der Kugeln kompensiert. Der Verdrillungswinkel des Drahtes bestimmt die Wechselwirkungskraft der Kugeln.

Torsionswaagen ermöglichten es, die Abhängigkeit der Wechselwirkungskraft geladener Kugeln von den Werten der Ladungen und dem Abstand zwischen ihnen zu untersuchen. Sie wussten damals, wie man Kraft und Distanz misst. Die einzige Schwierigkeit war mit der Gebühr verbunden, für deren Messung es nicht einmal Einheiten gab. Der Anhänger fand einen einfachen Weg, die Ladung einer der Kugeln um 2, 4 oder mehr Mal zu ändern, indem er sie mit derselben ungeladenen Kugel verband. In diesem Fall wurde die Ladung gleichmäßig auf die Kugeln verteilt, was die untersuchte Ladung in gewisser Weise reduzierte. Der neue Wert der Wechselwirkungskraft mit einer neuen Ladung wurde experimentell bestimmt.

Coulomb-Gesetz.

Coulombs Experimente führten zur Aufstellung eines Gesetzes, das auffallend an das Gesetz der universellen Gravitation erinnert.

Die Wechselwirkungskraft zweier stationärer Punktladungen im Vakuum ist direkt proportional zum Produkt der Ladungsmoduln und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen.

Die Kraft der Wechselwirkung von Ladungen wird genannt Coulomb-Kraft.

Bezeichnen wir die Ladungsmodule mit |q 1 und |q 2 | und den Abstand zwischen ihnen mit r, dann lässt sich das Coulombsche Gesetz in folgender Form schreiben:

wobei k der Proportionalitätskoeffizient ist, der numerisch gleich der Wechselwirkungskraft von Einheitsladungen in einem Abstand ist, der einer Längeneinheit entspricht. Ihr Wert hängt von der Wahl des Einheitensystems ab.

Das Gesetz der universellen Gravitation hat die gleiche Form (14.2), aber das Gravitationsgesetz enthält anstelle der Ladung Massen, und die Rolle des Koeffizienten k spielt die Gravitationskonstante.

Es ist leicht festzustellen, dass zwei geladene Kugeln, die an Fäden hängen, sich entweder anziehen oder abstoßen. Daraus folgt das Die Wechselwirkungskräfte zweier Fixpunktladungen sind entlang der diese Ladungen verbindenden Geraden gerichtet(Abb. 14.4).

Solche Kräfte werden zentral genannt. Nach dem dritten Newtonschen Gesetz ist 1,2 = - 2,1.

Einheit der elektrischen Ladung.

Die Wahl der Ladungseinheit sowie anderer physikalischer Größen ist willkürlich. Es wäre natürlich, die Ladung eines Elektrons als Einheit zu nehmen, was in der Atomphysik geschieht, aber diese Ladung ist zu klein, und daher ist es nicht immer bequem, sie als Ladungseinheit zu verwenden.

Im Internationalen Einheitensystem (SI) ist die Gebühreneinheit nicht die Haupteinheit, sondern eine Ableitung, und der Standard dafür wird nicht eingeführt. Neben Meter, Sekunde und Kilogramm führte die SI die Grundeinheit für elektrische Größen ein - die Einheit der Stromstärke - Ampere. Der Bezugswert des Ampere wird über die magnetischen Wechselwirkungen der Ströme eingestellt.

Gebühreneinheit in SI - Anhänger mit der Stromeinheit einstellen.

Ein Anhänger (1 C) ist eine Ladung, die bei einem Strom von 1 A in 1 s durch den Querschnitt des Leiters fließt: 1 C = 1 A 1 s.

Die Einheit des Koeffizienten k im Coulombschen Gesetz, wenn er in SI-Einheiten geschrieben wird, ist Nm 2 / Cl 2, da wir gemäß Formel (14.2) haben

wobei die Wechselwirkungskraft von Ladungen in Newton ausgedrückt wird, der Abstand in Metern, die Ladung in Coulomb. Der numerische Wert dieses Koeffizienten kann experimentell bestimmt werden. Dazu ist es notwendig, die Wechselwirkungskraft F zwischen zwei bekannten Ladungen |q 1 | zu messen und |q 2 |, die sich in einem gegebenen Abstand r befinden, und setzen Sie diese Werte in Formel (14.3) ein. Der resultierende Wert von k ist:

k \u003d 9 10 9 Nm 2 / Cl 2. (14.4)

Eine Ladung von 1 C ist sehr groß, die Wechselwirkungskraft zweier Punktladungen von je 1 C im Abstand von 1 km ist etwas kleiner als die Kraft, mit der die Erdkugel eine Last von 1 Tonne anzieht , sagen einem kleinen Körper (in der Größenordnung von mehreren Metern Größe), dass eine Ladung von 1 C unmöglich ist.

Da sie sich gegenseitig abstoßen, können geladene Teilchen nicht am Körper verbleiben. Andere Kräfte sind unter den gegebenen Bedingungen in der Natur nicht in der Lage, die Coulomb-Abstoßung zu kompensieren.

Aber in einem im Allgemeinen neutralen Leiter ist es nicht schwierig, eine Ladung von 1 C in Bewegung zu setzen. Bei einer herkömmlichen Glühbirne mit einer Leistung von 200 W bei einer Spannung von 220 V beträgt die Stromstärke etwas weniger als 1 A. Gleichzeitig fließt eine Ladung von fast 1 C durch den Querschnitt des Leiters in 1 Sek.

Anstelle des Koeffizienten k wird oft ein anderer Koeffizient verwendet, der aufgerufen wird elektrische Konstante ε 0. Er hängt mit dem Koeffizienten k durch die folgende Beziehung zusammen:

Das Coulombsche Gesetz hat in diesem Fall die Form

Wenn die Ladungen im Medium wechselwirken, dann nimmt die Wechselwirkungskraft ab:

wo ε - die Dielektrizitätskonstante Medium, das zeigt, wie oft die Wechselwirkungskraft von Ladungen im Medium geringer ist als im Vakuum.

Die in der Natur vorkommende Mindestladung ist die Ladung der Elementarteilchen. In SI-Einheiten beträgt der Modul dieser Ladung:

e \u003d 1,6 · 10 -19 ° C. (14.5)

Die auf den Körper aufbringbare Ladung ist immer ein Vielfaches der Mindestladung:

wobei N eine ganze Zahl ist. Wenn die Ladung des Körpers im Modul der Mindestladung wesentlich größer ist, dann macht es keinen Sinn, die Multiplizität zu überprüfen, aber wenn es um die Ladung von Teilchen, Atomkernen geht, muss ihre Ladung immer gleich einer ganzen Zahl sein von Elektronenlademodulen.

Es gebe zwei geladene makroskopische Körper, deren Größe im Vergleich zum Abstand zwischen ihnen vernachlässigbar klein ist. In diesem Fall kann jeder Körper als materieller Punkt oder "Punktladung" betrachtet werden.

Der französische Physiker C. Coulomb (1736–1806) stellte das nach ihm benannte Gesetz experimentell auf ( Coulomb-Gesetz) (Abb. 1.5):

Reis. 1.5. C. Coulomb (1736–1806) - Französischer Ingenieur und Physiker

In einem Vakuum ist die Wechselwirkungskraft zwischen zwei Festpunktladungen proportional zur Größe jeder der Ladungen, umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen, und ist entlang einer geraden Linie gerichtet, die diese Ladungen verbindet:

Auf Abb. 1.6 zeigt die elektrischen Abstoßungskräfte, die zwischen zwei gleichen Punktladungen auftreten.

Reis. 1.6. Elektrische Abstoßungskräfte zwischen zwei gleichen Punktladungen

Erinnern Sie sich daran, dass , wobei und die Radiusvektoren der ersten und zweiten Ladungen sind, sodass die Kraft, die auf die zweite Ladung als Ergebnis ihrer elektrostatischen „Coulomb“-Wechselwirkung mit der ersten Ladung wirkt, in die folgende „entfaltete“ Form umgeschrieben werden kann

Wir beachten die folgende Regel, die beim Lösen von Problemen praktisch ist: Wenn der erste Index der Kraft die Nummer dieser Ladung ist, auf welche diese Kraft wirkt, und die zweite ist die Zahl dieser Ladung, welche diese Kraft erzeugt, dann sorgt die Beachtung der gleichen Reihenfolge der Indizes auf der rechten Seite der Formel automatisch für die richtige Richtung der Kraft - entsprechend dem Vorzeichen des Produktes der Ladungen: - Abstoßung und - Anziehung, während der Koeffizient ist stets.

Um die zwischen Punktladungen wirkenden Kräfte zu messen, wurde ein von Coulomb entwickeltes Instrument verwendet, genannt Torsionsausgleich(Abb. 1.7, 1.8).

Reis. 1.7. Torsionswaagen von Sh. Coulomb (Zeichnung aus einem Werk von 1785). Die zwischen den aufgeladenen Kugeln a und b wirkende Kraft wurde gemessen

Reis. 1.8. Torsionsskalen von Sh. Coulomb (Aufhängepunkt)

Eine leichte Wippe ist an einem dünnen elastischen Faden aufgehängt, an dessen einem Ende eine Metallkugel und am anderen ein Gegengewicht befestigt ist. Neben dem ersten Ball können Sie einen weiteren identischen bewegungslosen Ball platzieren. Der Glaszylinder schützt empfindliche Teile des Instruments vor Luftbewegungen.

Um die Abhängigkeit der Stärke der elektrostatischen Wechselwirkung vom Abstand zwischen Ladungen festzustellen, werden willkürliche Ladungen auf die Kugeln übertragen, indem sie mit einer dritten geladenen Kugel berührt werden, die auf einem dielektrischen Griff montiert ist. Je nach Verdrehwinkel des elastischen Fadens kann man die Abstoßungskraft gleich geladener Kugeln und auf der Skala des Geräts den Abstand zwischen ihnen messen.

Es muss gesagt werden, dass Coulomb nicht der erste Wissenschaftler war, der das Gesetz der Wechselwirkung von Ladungen aufstellte, das jetzt seinen Namen trägt: 30 Jahre vor ihm kam B. Franklin zu demselben Schluss. Darüber hinaus war die Genauigkeit der Coulomb-Messungen geringer als die Genauigkeit früherer Experimente (G. Cavendish).

Um ein quantitatives Maß zur Bestimmung der Genauigkeit von Messungen einzuführen, nehmen Sie an, dass die Wechselwirkungskraft von Ladungen tatsächlich nicht das Inverse des Quadrats des Abstands zwischen ihnen ist, sondern von einem anderen Grad:

Keiner der Wissenschaftler wird sich verpflichten, das zu behaupten d= 0 genau. Die richtige Schlussfolgerung sollte so klingen: Experimente haben das gezeigt d weniger als...

Die Ergebnisse einiger dieser Experimente sind in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1.

Ergebnisse direkter Experimente zum Testen des Coulombschen Gesetzes

Charles Coulomb selbst hat das Abstandsquadratgesetz auf wenige Prozent genau getestet. Die Tabelle zeigt die Ergebnisse direkter Laborexperimente. Indirekte Daten, die auf Beobachtungen von Magnetfeldern im Weltraum beruhen, führen zu noch stärkeren Einschränkungen des Werts d. Somit kann das Coulombsche Gesetz als zuverlässig festgestellte Tatsache angesehen werden.

Die SI-Einheit des Stroms ( Ampere) ist basisch, daher die Einheit der Ladung q entpuppt sich als Derivat. Wie wir später sehen werden, ist die Strömung ich ist definiert als das Verhältnis der zeitlich durch den Querschnitt des Leiters fließenden Ladung zu dieser Zeit:

Daraus ist ersichtlich, dass die Gleichstromstärke numerisch gleich der pro Zeiteinheit durch den Leiterquerschnitt fließenden Ladung ist:

Der Proportionalitätskoeffizient im Coulombschen Gesetz wird wie folgt geschrieben:

Bei dieser Schreibweise folgt der Wert der Größe aus dem Versuch, der üblicherweise aufgerufen wird elektrische Konstante. Der ungefähre Zahlenwert der elektrischen Konstante ist wie folgt:

Da es am häufigsten als Kombination in Gleichungen eingeht

wir geben den numerischen Wert des Koeffizienten selbst an

Wie bei einer Elementarladung wird der Zahlenwert der elektrischen Konstante experimentell mit hoher Genauigkeit bestimmt:

Der Anhänger ist eine zu große Einheit, um in der Praxis verwendet zu werden. Beispielsweise stoßen sich zwei Ladungen von jeweils 1 C, die sich im Vakuum in einem Abstand von 100 m voneinander befinden, mit einer Kraft ab

Zum Vergleich: mit einer solchen Kraft ein Massekörper

Das ist etwa die Masse eines Güterwagens beispielsweise mit Kohle.

Prinzip der Überlagerung von Feldern

Das Superpositionsprinzip ist eine Aussage, nach der die resultierende Wirkung eines komplexen Expositionsprozesses die Summe der Wirkungen ist, die durch jeden Aufprall separat verursacht werden, vorausgesetzt, dass sich letztere nicht gegenseitig beeinflussen (Physical Encyclopedic Dictionary, Moskau, „Sowjet Enzyklopädie", 1983, S. .731). Es wurde experimentell festgestellt, dass für die hier betrachtete elektromagnetische Wechselwirkung das Prinzip der Überlagerung gilt.

Bei der Wechselwirkung geladener Körper äußert sich das Superpositionsprinzip wie folgt: Die Kraft, mit der ein gegebenes Ladungssystem auf eine bestimmte Punktladung wirkt, ist gleich der Vektorsumme der Kräfte, mit denen jede der Ladungen wirkt das System handelt darauf.

Lassen Sie uns dies an einem einfachen Beispiel erklären. Es seien zwei geladene Körper, die auf den dritten mit Kräften bzw. einwirken. Dann wirkt das System dieser beiden Körper – des ersten und des zweiten – mit der Kraft auf den dritten Körper

Diese Regel gilt für alle geladenen Körper, nicht nur für Punktladungen. Die Wechselwirkungskräfte zwischen zwei beliebigen Systemen von Punktladungen werden in Anhang 1 am Ende dieses Kapitels berechnet.

Daraus folgt, dass das elektrische Feld eines Ladungssystems durch die Vektorsumme der von den einzelnen Ladungen des Systems erzeugten Feldstärken bestimmt wird, d.h.

Die Addition elektrischer Feldstärken nach der Vektoradditionsregel drückt die sog Prinzip der Superposition(unabhängige Überlagerung) elektrischer Felder. Die physikalische Bedeutung dieser Eigenschaft ist, dass das elektrostatische Feld nur durch ruhende Ladungen erzeugt wird. Dies bedeutet, dass sich die Felder verschiedener Ladungen "nicht stören", und daher kann das Gesamtfeld des Ladungssystems als Vektorsumme der Felder von jeder von ihnen separat berechnet werden.

Da die Elementarladung sehr klein ist und makroskopische Körper sehr viele Elementarladungen enthalten, kann die Ladungsverteilung über solche Körper in den meisten Fällen als kontinuierlich angesehen werden. Um genau zu beschreiben, wie die Ladung verteilt ist (gleichmäßig, inhomogen, wo mehr Ladungen sind, wo weniger usw.) die Ladung über den Körper verteilt, führen wir die Ladungsdichten der folgenden drei Typen ein:

· Schüttdichteaufladen :

wo dV- physikalisch infinitesimales Volumenelement;

· Oberflächenladungsdichte:

wo dS- physikalisch infinitesimales Flächenelement;

· lineare Ladungsdichte:

wobei ein physikalisch infinitesimales Element der Leitungslänge ist.

Dabei ist überall die Ladung des betrachteten physikalisch infinitesimalen Elements (Volumen, Fläche, Strecke). Unter einem physikalisch unendlich kleinen Ausschnitt eines Körpers wird hier und im Folgenden ein solcher Ausschnitt verstanden, der einerseits so klein ist, dass er unter den Bedingungen eines gegebenen Problems als materieller Punkt betrachtet werden kann, und andererseits so groß, dass die Diskretion der Ladung (s. Verhältnis) dieses Abschnitts vernachlässigt werden kann.

Allgemeine Ausdrücke für die Wechselwirkungskräfte von Systemen stetig verteilter Ladungen sind im Anhang 2 am Ende des Kapitels angegeben.

Beispiel 1 Auf einem dünnen Stab von 15 cm Länge ist eine elektrische Ladung von 50 nC gleichmäßig verteilt, auf der Verlängerung der Stabachse im Abstand von 10 cm vom nächsten Ende befindet sich eine Punktladung von 100 nC (Abb. 1.9) . Bestimmen Sie die Wechselwirkungskraft zwischen einem geladenen Stab und einer Punktladung.

Reis. 1.9. Wechselwirkung eines geladenen Stabes mit einer Punktladung

Entscheidung. Bei diesem Problem kann die Kraft F nicht bestimmt werden, indem das Coulomb-Gesetz in der Form oder (1.3) geschrieben wird. In der Tat, wie groß ist der Abstand zwischen dem Stab und der Ladung: r, r + a/2, r + a? Da wir nach den Bedingungen des Problems kein Recht haben, dies anzunehmen a << r, die Anwendung des Coulombschen Gesetzes in seinem Original Formulierung, die nur für Punktladungen gültig ist, unmöglich ist, ist es notwendig, die Standardmethode für solche Situationen zu verwenden, die wie folgt ist.

Wenn die Wechselwirkungskraft von Punktkörpern bekannt ist (z. B. Coulombsches Gesetz) und die Wechselwirkungskraft ausgedehnter Körper ermittelt werden muss (z. B. um die Wechselwirkungskraft zweier geladener Körper endlicher Größe zu berechnen), dann Es ist notwendig, diese Körper in physikalisch unendlich kleine Abschnitte zu unterteilen, für jedes Paar solcher "Punkt"-Abschnitte das ihnen bekannte Verhältnis zu schreiben und nach dem Prinzip der Überlagerung über alle Paare dieser Abschnitte zu summieren (integrieren).

Es ist immer nützlich, wenn nicht sogar notwendig, die Symmetrie des Problems zu analysieren, bevor man mit der Spezifikation und Ausführung der Berechnung fortfährt. Aus praktischer Sicht ist eine solche Analyse insofern nützlich, als sie in der Regel bei einer ausreichend hohen Symmetrie des Problems die Anzahl der zu berechnenden Größen stark reduziert, da sich herausstellt, dass viele von ihnen es sind gleich Null.

Teilen wir den Stab in unendlich kleine Segmente der Länge , der Abstand vom linken Ende eines solchen Segments zur Punktladung ist gleich .

Die Gleichmäßigkeit der Ladungsverteilung über den Stab bedeutet, dass die lineare Ladungsdichte konstant und gleich ist

Daher ist die Ladung des Segments , woraus nach dem Coulombschen Gesetz die auf sie wirkende Kraft folgt punktgenau aufladen q als Ergebnis seiner Interaktion mit punktgenau Ladung ist gleich

Als Ergebnis der Interaktion punktgenau aufladen qüberhaupt Stange, eine Kraft wird darauf wirken

Setzt man hier die Zahlenwerte ein, erhält man für den Kraftmodul:

Aus (1.5) ist ersichtlich, dass, wenn der Stab als materieller Punkt betrachtet werden kann, der Ausdruck für die Wechselwirkungskraft der Ladung und des Stabs, wie er sein sollte, die übliche Form des Coulomb-Gesetzes für die Wechselwirkung annimmt Kraft zweier Punktladungen:

Beispiel 2 Ein Radiusring trägt eine gleichmäßig verteilte Ladung. Wie groß ist die Wechselwirkungskraft des Rings mit einer Punktladung? q auf der Achse des Rings in einem Abstand von seiner Mitte (Abb. 1.10).

Entscheidung. Entsprechend der Bedingung ist die Ladung gleichmäßig auf dem Ring mit Radius verteilt. Dividiert durch den Umfang erhalten wir die lineare Ladungsdichte auf dem Ring Wählen Sie ein Längenelement auf dem Ring aus. Seine Ladung ist .

Reis. 1.10. Wechselwirkungen eines Rings mit einer Punktladung

Am Punkt q Dieses Element erzeugt ein elektrisches Feld

Uns interessiert nur die Longitudinalkomponente des Feldes, denn wenn man den Beitrag aller Elemente des Rings summiert, ist nur dieser ungleich Null:

Wenn wir darüber integrieren, finden wir das elektrische Feld auf der Achse des Rings in einem Abstand von seinem Zentrum:

Von hier aus finden wir die gewünschte Wechselwirkungskraft des Rings mit der Ladung q:

Lassen Sie uns das Ergebnis besprechen. Bei großen Abständen zum Ring kann der Radius des Rings unter dem Vorzeichen des Radikals vernachlässigt werden, und wir erhalten einen ungefähren Ausdruck

Dies ist nicht überraschend, da der Ring in großen Entfernungen wie eine Punktladung aussieht und die Wechselwirkungskraft durch das übliche Coulombsche Gesetz gegeben ist. Auf kurze Distanzen ändert sich die Situation dramatisch. Wenn also eine Testladung q in der Mitte des Rings platziert wird, ist die Wechselwirkungskraft null. Auch das ist nicht verwunderlich: in diesem Fall die Gebühr q wird von allen Elementen des Rings mit gleicher Kraft angezogen, und die Wirkung aller dieser Kräfte wird gegenseitig kompensiert.

Da bei und bei das elektrische Feld gleich Null ist, irgendwo bei einem Zwischenwert, ist das elektrische Feld des Rings maximal. Lassen Sie uns diesen Punkt finden, indem wir den Ausdruck für Spannung differenzieren E nach Entfernung

Indem wir die Ableitung mit Null gleichsetzen, finden wir den Punkt, an dem das Feld maximal ist. An dieser Stelle ist es gleich

Beispiel 3 Zwei rechtwinklig zueinander stehende unendlich lange Fäden tragen gleichmäßig verteilte Ladungen mit linearen Dichten und haben einen Abstand a voneinander (Abb. 1.11). Wie hängt die Wechselwirkungskraft zwischen Fäden vom Abstand ab? a?

Entscheidung. Lassen Sie uns zunächst die Lösung dieses Problems durch die Methode der Dimensionsanalyse diskutieren. Die Stärke der Wechselwirkung zwischen den Fäden kann von den Ladungsdichten auf ihnen, dem Abstand zwischen den Fäden und der elektrischen Konstante abhängen, dh die gewünschte Formel hat die Form:

wobei eine dimensionslose Konstante (Zahl) ist. Beachten Sie, dass aufgrund der symmetrischen Anordnung der Filamente die Ladungsdichten auf ihnen nur symmetrisch und in gleichem Maße eintreten können. Die Dimensionen der hier in SI enthaltenen Größen sind bekannt:

Reis. 1.11. Wechselwirkung zweier senkrecht zueinander stehender unendlich langer Fäden

Im Vergleich zur Mechanik ist hier eine neue Größe aufgetreten - die Dimension der elektrischen Ladung. Wenn wir die beiden vorherigen Formeln kombinieren, erhalten wir die Gleichung für die Dimensionen:

Längen- und Entfernungsumrechner Massenumrechner Schüttgut- und Lebensmittelvolumenumrechner Flächenumrechner Volumen- und Rezepteinheitenumrechner Temperaturumrechner Druck, Spannung, E-Modul Umrechner Energie und Arbeit Umrechner Kraftumrechner Kraftumrechner Zeitumrechner Lineargeschwindigkeitsumrechner Flachwinkelumrechner Thermischer Wirkungsgrad und Kraftstoffeffizienz Umrechner von Zahlen in verschiedenen Zahlensystemen Umrechner von Maßeinheiten von Informationsmengen Währungskurse Maße von Damenbekleidung und -schuhen Maße von Herrenbekleidung und -schuhen Winkelgeschwindigkeits- und Drehfrequenz-Umrechner Beschleunigungs-Umrechner Winkelbeschleunigungs-Umrechner Dichte-Umrechner Spezifisches Volumen-Umrechner Trägheitsmoment-Umrechner Moment des Kraftwandlers Drehmomentwandler spezifischer Heizwertwandler (nach Masse) Energiedichte und spezifischer Heizwertwandler (nach Volumen) Temperaturdifferenzwandler Koeffizientenwandler Wärmeausdehnungskoeffizient Wärmewiderstand Umrechner Wärmeleitfähigkeit Umrechner Spezifische Wärmekapazität Umrechner Energieeinwirkung und Strahlungsleistung Umrechner Wärmestromdichte Umrechner Wärmeübertragungskoeffizient Umrechner Volumendurchfluss Umrechner Massendurchfluss Umrechner Molarer Durchfluss Umrechner Massenflussdichte Umrechner Molare Konzentration Umrechner Massenkonzentration in Lösung Umrechner Dynamisch ( Umrechner für kinematische Viskosität Umrechner für Oberflächenspannung Umrechner für Dampfdurchlässigkeit Umrechner für Dampfdurchlässigkeit und Dampfdurchgangsgeschwindigkeit Umrechner für Schallpegel Umrechner für Mikrofonempfindlichkeit Umrechner für Schalldruckpegel (SPL) Umrechner für Schalldruckpegel mit wählbarem Referenzdruck Umrechner für Helligkeit Umrechner für Lichtstärke Umrechner für Beleuchtungsstärke Umrechner für Frequenz und Wellenlänge Umrechner Leistung zu Dioptrien x und Brennweite Dioptrienstärke und Linsenvergrößerung (×) Umrechner für elektrische Ladung Umrechner für lineare Ladungsdichte Umrechner für Oberflächenladungsdichte Umrechner für Bulkladungsdichte Umrechner für elektrischen Strom Umrechner für lineare Stromdichte Umrechner für Oberflächenstromdichte Umrechner für elektrische Feldstärke Umrechner für elektrostatisches Potential und Spannung Umrechner für elektrischen Widerstand Elektrischer Widerstands-Konverter Elektrischer Leitfähigkeits-Konverter Elektrischer Leitfähigkeits-Konverter Kapazitäts-Induktivitäts-Konverter US-Drahtstärken-Konverter Pegel in dBm (dBm oder dBmW), dBV (dBV), Watt usw. Einheiten Magnetomotorischer Kraft-Konverter Magnetfeldstärke-Konverter Magnetischer Fluss-Konverter Magnetischer Induktions-Konverter Strahlung. Ionisierende Strahlung Energiedosisleistungskonverter Radioaktivität. Radioaktive Zerfallskonverterstrahlung. Expositionsdosiskonverter Strahlung. Energiedosis-Umrechner Dezimalpräfix-Umrechner Datenübertragung Typographie und Bildverarbeitung Einheitenumrechner Holzvolumen-Einheitenumrechner Berechnung der Molmasse Periodensystem der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev

1 Coulomb [C] = 0,0166666666666667 Ampereminute [A min]

Ursprünglicher Wert

Konvertierter Wert

Coulomb Megacoulomb Kilocoulomb Millicoulomb Mikrocoulomb Nanocoulomb Picocoulomb Abcoulomb Ladungseinheit CGSM Statcoulomb CGSE Ladungseinheit Franklin Amperestunde Milliamperestunde Ampereminute Amperesekunde Faraday (Einheit der Ladung) Elementare elektrische Ladung

Mehr über elektrische Ladung

Allgemeine Information

Überraschenderweise sind wir täglich statischer Elektrizität ausgesetzt – beim Streicheln unserer geliebten Katze, beim Kämmen unserer Haare oder beim Anziehen eines Synthetikpullovers. So werden wir unwissentlich zu Erzeugern statischer Elektrizität. Wir baden buchstäblich darin, weil wir in einem starken elektrostatischen Feld der Erde leben. Dieses Feld entsteht dadurch, dass es von der Ionosphäre umgeben ist, die obere Schicht der Atmosphäre ist eine elektrisch leitfähige Schicht. Die Ionosphäre ist unter Einwirkung kosmischer Strahlung entstanden und trägt eine eigene Ladung. Während wir alltägliche Dinge wie das Erhitzen von Speisen tun, denken wir überhaupt nicht, dass wir statische Elektrizität verwenden, indem wir das Gaszufuhrventil an einem Brenner mit Selbstzündung drehen oder ein elektrisches Feuerzeug dazu bringen.

Beispiele für statische Elektrizität

Von Kindheit an haben wir instinktiv Angst vor Donner, obwohl er an sich absolut ungefährlich ist – nur eine akustische Folge eines gewaltigen Blitzeinschlags, der durch atmosphärische statische Elektrizität verursacht wird. Seefahrer aus der Zeit der Segelflotte verfielen in Ehrfurcht, als sie die Lichter von St. Elmo an ihren Masten betrachteten, die auch eine Manifestation atmosphärischer statischer Elektrizität sind. Die Menschen statteten die höchsten Götter der alten Religionen mit einem unveräußerlichen Attribut in Form des Blitzes aus, sei es der griechische Zeus, der römische Jupiter, der skandinavische Thor oder der russische Perun.

Jahrhunderte sind vergangen, seit sich die Menschen zum ersten Mal für Elektrizität zu interessieren begannen, und manchmal ahnen wir nicht einmal, dass Wissenschaftler, die tiefgreifende Schlussfolgerungen aus dem Studium der statischen Elektrizität gezogen haben, uns vor den Schrecken von Bränden und Explosionen retten. Wir haben die Elektrostatik gezähmt, indem wir Blitzableiter in den Himmel gerichtet und Tankwagen mit Erdungsvorrichtungen ausgestattet haben, die ein sicheres Abfließen elektrostatischer Ladungen in den Boden ermöglichen. Und trotzdem tut sich die statische Elektrizität weiterhin und stört den Empfang von Funksignalen – immerhin toben auf der Erde bis zu 2000 Gewitter gleichzeitig, die jede Sekunde bis zu 50 Blitzentladungen erzeugen.

Menschen haben sich seit jeher mit statischer Elektrizität beschäftigt; sogar den Begriff „Elektron“ verdanken wir den alten Griechen, obwohl sie damit etwas anderes meinten – so nannten sie Bern, der bei Reibung perfekt elektrisiert wurde (anderes – griechisch ἤλεκτρον – Bernstein). Leider blieb die Wissenschaft der statischen Elektrizität nicht ohne Opfer – der russische Wissenschaftler Georg Wilhelm Richman wurde während eines Experiments durch einen Blitz getötet, was die beeindruckendste Manifestation atmosphärischer statischer Elektrizität ist.

Statische Elektrizität und Wetter

In erster Näherung ähnelt der Mechanismus der Ladungsbildung einer Gewitterwolke in vielerlei Hinsicht dem Mechanismus der Elektrifizierung eines Kamms - darin erfolgt die Elektrifizierung durch Reibung auf genau die gleiche Weise. Eispartikel, gebildet aus kleinen Wassertröpfchen, gekühlt durch die Übertragung aufsteigender Luftströme in den oberen, kälteren Teil der Wolke, kollidieren miteinander. Größere Eisstücke sind negativ geladen, während kleinere positiv geladen sind. Aufgrund des Gewichtsunterschieds kommt es zu einer Umverteilung der Eisschollen in der Wolke: Große, schwerere sinken auf den Wolkenboden, und leichtere, kleinere Eisschollen sammeln sich im oberen Teil der Gewitterwolke. Obwohl die gesamte Wolke insgesamt neutral bleibt, erhält der untere Teil der Wolke eine negative Ladung, während der obere Teil eine positive Ladung erhält.

Wie ein elektrifizierter Kamm, der einen Ballon aufgrund der Induktion einer entgegengesetzten Ladung auf seiner dem Kamm am nächsten liegenden Seite anzieht, induziert eine Gewitterwolke eine positive Ladung auf der Erdoberfläche. Während sich die Gewitterwolke entwickelt, nehmen die Ladungen zu, während die Feldstärke zwischen ihnen zunimmt, und wenn die Feldstärke den für diese Wetterbedingungen kritischen Wert überschreitet, kommt es zu einem elektrischen Zusammenbruch der Luft - einer Blitzentladung.

Die Menschheit verdankt Benjamin Franklin – dem späteren Präsidenten des Obersten Exekutivrats von Pennsylvania und dem ersten Generalpostmeister der Vereinigten Staaten – die Erfindung eines Blitzableiters (genauer wäre es Blitzableiter zu nennen), der für immer gerettet hat die Bevölkerung der Erde vor Bränden, die durch Blitzschlag in Gebäuden verursacht werden. Übrigens hat Franklin seine Erfindung nicht patentieren lassen, sondern sie der ganzen Menschheit zugänglich gemacht.

Blitze brachten nicht immer nur Zerstörung - die Ural-Bergleute bestimmten den Standort von Eisen- und Kupfererzen genau durch die Häufigkeit von Blitzeinschlägen an bestimmten Stellen in der Umgebung.

Unter den Wissenschaftlern, die sich dem Studium der Phänomene der Elektrostatik widmeten, müssen der Engländer Michael Faraday, später einer der Begründer der Elektrodynamik, und der Holländer Peter van Muschenbroek, der Erfinder des Prototyps des elektrischen Kondensators - der berühmtes Leidener Glas.

Wenn wir DTM-, IndyCar- oder Formel-1-Rennen verfolgen, vermuten wir aufgrund von Wetterradardaten nicht einmal, dass Mechaniker die Piloten zum Reifenwechsel auf Regen rufen. Und diese Daten wiederum basieren genau auf den elektrischen Eigenschaften der herannahenden Gewitterwolken.

Statische Elektrizität ist unser Freund und Feind zugleich: Funktechniker mögen es nicht, Erdungsarmbänder anzuziehen, wenn sie durch einen Blitzeinschlag in der Nähe verbrannte Leiterplatten reparieren - in diesem Fall fallen in der Regel die Eingangsstufen der Geräte aus . Mit fehlerhafter Erdungsausrüstung kann es zu schweren, von Menschen verursachten Katastrophen mit tragischen Folgen kommen - Brände und Explosionen ganzer Fabriken.

Statische Elektrizität in der Medizin

Dennoch kommt es Menschen mit Herzrhythmusstörungen zu Hilfe, die durch chaotische krampfartige Kontraktionen des Patientenherzens verursacht werden. Sein normaler Betrieb wird durch eine kleine elektrostatische Entladung mit einem Gerät namens Defibrillator wiederhergestellt. Die Szene der Rückkehr des Patienten aus der anderen Welt mit Hilfe eines Defibrillators ist eine Art Klassiker für einen Film eines bestimmten Genres. Zu beachten ist jedoch, dass Filme traditionell einen Monitor ohne Herzschlagsignal und eine ominöse gerade Linie zeigen, obwohl der Einsatz eines Defibrillators eigentlich nicht hilft, wenn das Herz des Patienten stehen geblieben ist.

Weitere Beispiele

Es wäre nützlich, an die Notwendigkeit der Metallisierung von Flugzeugen zum Schutz vor statischer Elektrizität zu erinnern, d. h. die Verbindung aller Metallteile des Flugzeugs, einschließlich des Triebwerks, zu einer elektrisch integralen Struktur. An den Spitzen des gesamten Hecks des Flugzeugs sind statische Entladungsvorrichtungen installiert, um statische Elektrizität abzuleiten, die sich während des Flugs aufgrund von Luftreibung gegen den Flugzeugkörper ansammelt. Diese Maßnahmen sind zum Schutz vor Störungen durch die Entladung statischer Elektrizität und zur Sicherstellung des zuverlässigen Betriebs elektronischer Bordgeräte erforderlich.

Die Elektrostatik spielt eine gewisse Rolle bei der Einführung der Schüler in den Bereich "Elektrizität" - vielleicht kennt kein Bereich der Physik spektakulärere Experimente - hier stehen Haare zu Berge, und die Jagd nach einem Ballon als Kamm und das mysteriöse Leuchten von Leuchtstofflampen ohne Anschlusskabel! Aber dieser Effekt des Glühens gasgefüllter Geräte rettet das Leben von Elektrikern, die in modernen Stromleitungen und Verteilungsnetzen mit Hochspannung umgehen.

Und vor allem sind die Wissenschaftler zu dem Schluss gekommen, dass wir das Entstehen von Leben auf der Erde wahrscheinlich statischer Elektrizität verdanken, oder besser gesagt ihrer Entladung in Form von Blitzen. Im Laufe von Experimenten in der Mitte des letzten Jahrhunderts wurde beim Durchgang elektrischer Entladungen durch ein Gasgemisch, das in seiner Zusammensetzung der primären Zusammensetzung der Erdatmosphäre nahe kommt, eine der Aminosäuren erhalten, nämlich der "Ziegel „unseres Lebens.

Um die Elektrostatik zu bändigen, ist es sehr wichtig, die Potentialdifferenz oder elektrische Spannung zu kennen, für deren Messung Instrumente namens Voltmeter erfunden wurden. Der italienische Wissenschaftler Alessandro Volta aus dem 19. Jahrhundert führte das Konzept der elektrischen Spannung ein, nach dem diese Einheit benannt ist. Einst wurden Galvanometer zur Messung der elektrostatischen Spannung verwendet, benannt nach Voltas Landsmann Luigi Galvani. Unglücklicherweise führten diese Vorrichtungen des elektrodynamischen Typs Verzerrungen in die Messungen ein.

Das Studium der statischen Elektrizität

Seit der Arbeit des französischen Wissenschaftlers Charles Augustin de Coulomb aus dem 18. Jahrhundert begannen Wissenschaftler, die Natur der Elektrostatik systematisch zu untersuchen. Insbesondere führte er das Konzept der elektrischen Ladung ein und entdeckte das Gesetz der Wechselwirkung von Ladungen. Nach ihm ist die Maßeinheit für die Elektrizitätsmenge, das Coulomb (Cl), benannt. Allerdings sollte aus Gründen der historischen Gerechtigkeit angemerkt werden, dass der englische Wissenschaftler Lord Henry Cavendish Jahre zuvor damit beschäftigt war; Leider schrieb er an den Tisch und seine Werke wurden erst 100 Jahre später von seinen Erben veröffentlicht.

Die Arbeit von Vorgängern, die sich den Gesetzen elektrischer Wechselwirkungen widmeten, ermöglichte es den Physikern George Green, Carl Friedrich Gauß und Simeon Denis Poisson, eine mathematisch elegante Theorie zu entwickeln, die wir noch heute verwenden. Das Hauptprinzip der Elektrostatik ist das Postulat eines Elektrons - eines Elementarteilchens, das Teil eines beliebigen Atoms ist und sich unter dem Einfluss äußerer Kräfte leicht von ihm trennen lässt. Darüber hinaus gibt es Postulate über die Abstoßung gleicher Ladungen und die Anziehung ungleicher Ladungen.

Strommessung

Eines der ersten Messinstrumente war das einfachste Elektroskop, erfunden von dem englischen Priester und Physiker Abraham Bennett – zwei Blätter aus elektrisch leitfähiger Goldfolie, die in einem Glasbehälter platziert wurden. Seitdem haben sich die Messgeräte erheblich weiterentwickelt – und jetzt können sie den Unterschied in Einheiten von Nanocoulomb messen. Mit extrem präzisen physikalischen Instrumenten konnten der russische Wissenschaftler Abram Ioffe und der amerikanische Physiker Robert Andrews Milliken die elektrische Ladung eines Elektrons messen.

Heutzutage sind mit der Entwicklung digitaler Technologien ultraempfindliche und hochpräzise Geräte mit einzigartigen Eigenschaften erschienen, die aufgrund des hohen Eingangswiderstands fast keine Verzerrungen in die Messungen einführen. Neben der Spannungsmessung ermöglichen solche Geräte die Messung weiterer wichtiger Kenngrößen elektrischer Schaltungen, wie ohmscher Widerstand und fließender Strom in einem weiten Messbereich. Die fortschrittlichsten Instrumente, die Multimeter oder im Fachjargon Tester genannt werden, können aufgrund ihrer Vielseitigkeit auch die Wechselstromfrequenz, die Kapazität von Kondensatoren messen und Transistoren testen und sogar die Temperatur messen.

Moderne Geräte haben in der Regel einen eingebauten Schutz, der es nicht zulässt, dass das Gerät bei falscher Anwendung beschädigt wird. Sie sind kompakt, einfach zu handhaben und absolut betriebssicher – jeder durchläuft eine Reihe von Präzisionstests, wird unter harten Bedingungen getestet und erhält ein wohlverdientes Sicherheitszertifikat.

Fällt es Ihnen schwer, Maßeinheiten von einer Sprache in eine andere zu übersetzen? Kollegen sind bereit, Ihnen zu helfen. Stellen Sie eine Frage an TCTerms und innerhalb weniger Minuten erhalten Sie eine Antwort.

Berechnungen zum Umrechnen von Einheiten im Umrechner " Elektrischer Ladungswandler' werden mit den Funktionen von unitconversion.org durchgeführt.