(Câmpul electric a unei sarcini punctuale negativă. Sursa: Geek3, https://en.wikipedia.org/wiki/File:VFPt_charges_plus_minus_thumb.svg, CC Attribution-Share Alike 3.0 Unported license)
Sarcina electrică este proprietatea fizică a materiei care o face să simtă o forță atunci când este plasată într-un câmp electromagnetic. Există două tipuri de sarcini electrice: pozitive și negative (transportate în mod obișnuit prin protoni și, respectiv, electroni). Sarcinile de semn opus se atrag și cele de același semn se resping. Un obiect în absența unei sarcini nete este numit neutru. Unitatea derivată SI a sarcinii electrice este coulomb (C). În ingineria electrică, este, de asemenea, obișnuită utilizarea amper-orei (Ah), și în chimie este obișnuit să se utilizeze sarcina elementară (e) ca unitate. Simbolul Q indică adesea sarcina. Cunoașterea timpurie a modului în care interacționează substanțele încărcate se numește acum electrodinamica clasică, fiind totuși corectă pentru probleme care nu necesită luarea în considerare a efectelor cuantice.
Sarcina electrică este o proprietate conservată; încărcarea netă a unui sistem izolat, cantitatea de sarcină pozitivă minus cantitatea de sarcină negativă, nu se poate schimba. Sarcina electrică este transportată prin particule subatomice. În materia obișnuită, sarcina negativă este purtată de electroni, iar sarcina pozitivă este purtată de protonii din nucleele atomilor. Dacă există mai mulți electroni decât protonii într-o bucată de materie, aceasta va avea o sarcină negativă, dacă sunt mai puțini va avea o sarcină pozitivă, și dacă vor fi în numere egale, va fi neutră. Sarcina este cuantizată în multiplii întregi de unități mici individuale numite sarcina elementară, e, aproximativ 1,602×10-19 coulombi, care este cea mai mică sarcină care poate exista liberă (particulele numite cuarci au sarcini mai mici, multiplii de 1/3e, dar sunt găsiți doar găsit în combinație). Protonul are o sarcină de +e, iar electronul are o sarcină de -e.
Sarcinile electrice creează un câmp electric, iar în cazul în care se mișcă, generează și un câmp magnetic. Combinația câmpului electric și magnetic se numește câmpul electromagnetic, iar interacțiunea cu sarcinile este sursa forței electromagnetice, care este una dintre cele patru forțe fundamentale din fizică. Studiul particulelor încărcate și modul în care interacțiunile lor sunt mediate de fotoni se numește electrodinamica cuantică.
Prezentare generală
(Diagrama care arată liniile de câmp și echipotențialii în jurul unui electron, o particulă încărcată negativ.Într-un atom neutru electric, numărul de electroni este egal cu numărul de protoni (care sunt încărcați pozitiv), rezultând o încărcare totală netă zero.)
Sarcina este proprietatea fundamentală a formelor de materie care prezintă atracție sau repulsie electrostatică în prezența altor materii. Sarcina electrică este o proprietate caracteristică a multor particule subatomice. Sarcinile particulelor libere sunt multiplii întregi ai sarcinii elementare e; spunem că sarcina electrică este cuantizată. Michael Faraday, în experimentele sale de electroliză, a fost primul care a observat natura discretă a sarcinii electrice. Experiența cu picătura de ulei a lui Robert Millikan a demonstrat acest lucru în mod direct și a măsurat sarcina elementară. S-a descoperit că un tip de particule, cuarci, au încărcături fracționate de –1/3 sau +2/3, dar se crede că acestea apar întotdeauna în multipli de sarcină integrală; cuarcii liberi nu au fost niciodată observați.
Prin convenție, sarcina unui electron este negativă, -e, în timp ce un proton este pozitiv, +e. Particulele încărcate ale căror sarcini au același semn se resping reciproc și particule ale căror sarcini au semne opuse se atrag. Legea lui Coulomb cuantifică forța electrostatică dintre două particule, afirmând că forța este proporțională cu produsul sarcinilor lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. Sarcina unei antiparticule este egală cu cea a particulei corespunzătoare, dar cu semnul opus.
Sarcina electrică a unui obiect macroscopic este suma sarcinilor electrice ale particulelor care o compun. Această sarcină este adesea mică, deoarece materia este formată din atomi, iar atomii au în mod obișnuit un număr egal de protoni și electroni, caz în care sarcinile se anulează, dând o sarcină netă de zero, făcând astfel atomul neutru.
Un ion este un atom (sau un grup de atomi) care a pierdut unul sau mai mulți electroni, dându-i o sarcină pozitivă netă (cation), sau care a câștigat unul sau mai mulți electroni, dându-i o sarcină negativă netă (anion). Ionii monatomici sunt formați din atomi unici, în timp ce ionii poliatomici sunt formați din doi sau mai mulți atomi care au fost legați împreună, fiecare obținând un ion cu o încărcare netă pozitivă sau negativă.
În timpul formării obiectelor macroscopice, atomii constituenți și ionii se combină de obicei pentru a forma structuri compuse din compuși ionici neutri legați electric la atomi neutri. Astfel, obiectele macroscopice au tendința de a fi neutre, dar obiectele macroscopice sunt rareori net neutre.
Uneori, obiectele macroscopice conțin ioni distribuiți în material, legați rigid în loc, dând o sarcină totală netă pozitivă sau negativă obiectului. De asemenea, obiectele macroscopice realizate din elemente conductoare pot, mai mult sau mai puțin ușor (în funcție de element), să preia sau să dea electroni, și apoi să mențină o infinitate netă negativă sau pozitivă netă la nesfârșit. Atunci când sarcina electrică netă a unui obiect este diferită de zero și nemișcată, fenomenul este cunoscut drept electricitate statică. Acest lucru poate fi produs cu ușurință prin frecarea a două materiale diferite, cum ar fi un chihlimbar cu blană, sau sticlă cu mătase. În acest fel, materialele neconductoare pot fi încărcate într-un grad semnificativ, fie pozitiv, fie negativ. Încărcarea dintr-un singur material este mutată la celălalt material, lăsând o încărcătură opusă de aceeași mărime în spatele acestuia. Legea conservării sarcinilor se aplică întotdeauna.
Chiar și atunci când sarcina netă a unui obiect este zero, sarcina poate fi distribuită neuniform în obiect (de exemplu, datorită unui câmp electromagnetic extern sau a unor molecule polare legate). În astfel de cazuri, obiectul se spune că este polarizat. Sarcina datorată polarizării este cunoscută drept sarcină legată, în timp ce sarcina pe un obiect produsă de electroni câștigați sau pierduți din afara obiectului se numește sarcină liberă. Mișcarea electronilor în metale conducătoare într-o anumită direcție este cunoscută sub numele de curent electric.
Acest text este disponibil sub licența Creative Commons cu atribuire și distribuire în condiții identice (CC BY-SA 3.0).
Experimente de fizică
O trecere în revistă a experimentelor din domeniul fizicii care au marcat evoluția și progresul omenirii, și cunoașterea despre lume și universul în care trăim. În final, o serie de experimente foarte interesante și bune documentate recomandate de NASA pentru … Citeşte mai mult
Lumina – Optica fenomenologică
O introducere în fenomenologia opticii geometrice (reflexia, refracția, principiul lui Fermat, oglinzi, miraje, dispersia, lentile), opticii fizice (undele luminoase, principiul Huygens–Fresnel, difracția, interferența, polarizarea, vederea tridimensională, holografia), opticii cuantice (fotoni, efectul fotoelectric, dualitatea undă-particulă, principiul incertitudinii, complementaritatea) și culorilor (transparența, … Citeşte mai mult
Electricitate și magnetism – Electromagnetism fenomenologic
O introducere în lumea electricității și a magnetismului, explicată în principal fenomenologic, cu ajutorul unui aparat matematic minimal, și cu exemple și aplicații din viața reală. O prezentare compactă, clară și precisă a unui domeniu care reprezintă o parte importantă … Citeşte mai mult
Gheorghe Adrian
Daca ne referim la sarcina electrica elementara, adica la electron, eu am dedus ca ar fi o structura dinamica similara motorului electric rotativ bipolar. Aceasta structura ar fi de fapt o unda stationara de foarte mare amplitudine, care se roteste pe cercul de raza electronului cu viteza C/137 (m/s). Aceasta unda stationara, formata din doua semiunde diametral opuse, ar lua nastere prin interferenta constructiva a tuturor undelor componente ale fotonului gama de la anihilarea electronului cu pozitronul, dupa refractia lor la 360 de grade, in conditie de mare densitate energetica. Prin rotatia rapida a undei stationare de mare amplitudine, ar lua nastere in jurul electronului, un camp electric pulsatoriu, de foarte mare frecventa, cu variatie de la zero la maxim si revenire la zero, dar fara schimbarea sensului fata de axa de rotatie.
Gheorghe Adrian
Eu am dedus ca sarcina electrica este masura efectului fizic pe care-l produce in spatiul inconjurator. Efectul fizic produs de o sarcina electrica asupra altei sarcini din vecinatate este de modificare a nivelului de miscare. Modificarea, adica variatia nivelului de miscare este efectul fizic de acceleratie. O sarcina aflata in vecinatatea altei sarcini sufera acceleratie. Asta inseamna ca in jurul sarcinilor este in spatiu o stare dinamica speciala care genereaza efectul de acceleratie asupra altei sarcini. Aceasta stare dinamica a spatiului din jurul sarcinii electrice este campul electric. Sarcina electrica este generatoarea sau sursa campului electric. Sarcina electrica este masura campului electric generat in spatiu. Si se calculeaza cu formula (legea) lui Gauss care face integrala campului electric pe suprafata sferica in care este inchisa sursa generatoare de camp= sarcina electrica. Si cum efectul fizic produs de o sarcina electrica asupra sarcinilor din vecinatate este acceleratia, inseamna ca sarcina este masura a acceleratiei pe care o produce. Integrarea acceleratiei pe suprafata care inchide sarcina ne da dimensiunea fizica a sarcinii electrice.
Q=a*So=(L/T^2)*L^2=L^3/T^2