1. Ηλεκτρικές δυνάμεις

1.1. Ηλεκτρικό φορτίο

1.1.1. Ορισμός

Με τον όρο ηλεκτρικό φορτίο εννοούμε μια ιδιότητα ορισμένων υποατομικών σωματιδίων, η οποία καθορίζει τις μεταξύ τους ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Ένα υλικό σώμα που έχει ηλεκτρικό φορτίο δημιουργεί ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και επηρεάζεται από ηλεκτρομαγνητικά πεδία.

1.1.2. Ιδιότητες

Το ηλεκτρικό φορτίο είναι μία ποσότητα που διατηρείται, δηλαδή σε οποιαδήποτε αλληλεπίδραση ο ολικός αριθμός των φορτίων πριν και μετά από αυτήν, διατηρείται σταθερός. Αρχή Διατήρησης του Φορτίου.

Το ηλεκτρικό φορτίο είναι μία ποσότητα που είναι κβαντισμένη. Δηλαδή υπάρχει μόνο σε διακριτές οντότητες, ακέραια πολλαπλάσια του θεμελιώδους φορτίου του ηλεκτρονίου (e-) για το αρνητικό φορτίο και του πρωτονίου για το θετικό.

Όταν λέμε ότι ένα σώμα είναι αρνητικά φορτισμένο εννοούμε ότι ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε αυτό είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των πρωτονίων.

Αντίστοιχα, σε ένα θετικά φορτισμένο σώμα ο αριθμός των ηλεκτρονίων του είναι μικρότερος από τον αριθμό των πρωτονίων.

Τέλος, όταν λέμε ότι το σώμα είναι ουδέτερα φορτισμένο, εννοούμε ότι ο αριθμός των πρωτονίων είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων.

Μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου στο S.I. είναι το C (Κουλόμπ).

Το ηλεκτρικό φορτίο του πρωτονίου είναι κατά απόλυτη τιμή ίσο με το αντίστοιχο του ηλεκτρονίου και ισούται με | e | = \(1,6 \cdot 10^{-19} C\)

Δύο φορτία με το ίδιο πρόσημο ονομάζονται ομώνυμα, ενώ δύο φορτία με αντίθετα πρόσημα ονομάζονται ετερώνυμα.

Η άσχετη πληροφορία

1.2. Ηλεκτρική δύναμη

1.2.1. Νόμος του Coulomb

../_images/coulomb-1.png

\(F = \frac{KQ_1Q_2}{r^2}\)

όπου

  • F η δύναμη

  • K σταθερά, πάντα \(K=9 \cdot 10^9 \frac{Nm^2}{C^2}\)

  • \(Q_1\) το φορτίο σε C

  • \(Q_2\) το φορτίο σε C

  • r η απόσταση μεταξύ των φορτίων σε m

Παρατηρήσεις

  • Η δύναμη είναι πάνω στην ευθεία που ενώνει τα δύο φορτία.

  • Ομώνυμα φορτία απωθούνται.

  • Ετερώνυμα φορτία έλκονται.

  • Οι ηλεκτρικές δυνάμεις όσο μεγαλώνει η απόσταση εξασθενούν πολύ γρήγορα. Τετράγωνο r στον παρανομαστή.

  • Οι ηλεκτρικές σε αποστάσεις πάνω από μερικά δεκατόμετρα είναι αμελητέες.

1.3. Κατηγορίες ασκήσεων

Δείτε Μαθηματικά

1.3.1. Αντικατάσταση

Γνωρίζουμε την απόσταση και τα φορτία και πρέπει να υπολογίσουμε τη δύναμη.

1.3.2. Επίλυση

Γνωρίζουμε τη δύναμη και πρέπει να υπολογίσουμε κάποιον από τους άλλους παράγοντες (r ή Q).

  1. Υπολογίστε την απόσταση: \(r^2 = \frac{K|Q_1Q_2|}{F}\) ή \(r = \sqrt{\frac{K|Q_1Q_2|}{F}}\)

  2. Υπολογίστε το φορτίο: \(Q_1 = \frac{F r^2}{KQ_2}\)

1.3.3. Σύγκριση

TBD