Incarcare electrica
Sarcina electrică este un tip de sarcină fizică , scalară și semnată , responsabilă pentru una dintre interacțiunile fundamentale ale materiei , interacțiunea electromagnetică și sursa câmpului electromagnetic . În sistemul internațional de unități , unitatea de încărcare electrică este coulombul ( ) [1] .
Este o magnitudine cuantificată, care există numai cu valori multiple ale unei mărimi elementare care corespunde sarcinii protonului și, schimbată în semn, cu cea a „ electronului ”. Sarcina elementară , indicată cu , stabilit inițial de Robert Andrews Millikan între 1910 și 1917, a fost stabilit exact de sistemul internațional în 2019 [2] în:
Cuantificarea sarcinii electrice
Dacă nu sunt luați în considerare quarcurile , nu a fost descoperit niciun obiect care să aibă o sarcină mai mică decât cea a electronului și din acest motiv valoarea sa este considerată unitatea fundamentală de încărcare electrică, deoarece toate cantitățile de sarcină sunt multiplii săi. Conform modelului standard , însă, cele mai mici sarcini sunt ± e / 3 și ± 2 e / 3, tipice, de exemplu, cuarcul descendent și respectiv cuarcul sus . Ceilalți quark, cu masă mai mare, au, de asemenea, aceleași sarcini.
Deși quark - urile poartă o încărcare electrică, datorită intensității mari a forței nucleare puternice care le ține împreună, observarea unui quark liber necesită o energie extrem de mare, care a fost doar recent la îndemâna acceleratorilor de particule. Se crede că este posibil să aveți o plasmă de quarks și gluoni liberi la aproximativ 150 GeV , sau cam așa ceva 1 × 10 12 K ; fizicienii încearcă să realizeze acest lucru prin ciocnirea nucleelor grele, cum ar fi aurul , la energii de aproximativ 100 GeV per nucleon .
Electronul
Electronul este o particulă subatomică care are o masă de repaus de 9.1093826 (16) × 10 −31 kg , egal cu aproximativ 1/1836 din cel al protonului . Momentul unghiular intrinsec, sau spin , este o valoare semi-întreagă egală cu 1/2 în unități de ħ , ceea ce face ca electronul să fie fermion , prin urmare supus principiului excluderii Pauli . Antiparticula electronului este pozitronul , care diferă doar pentru sarcina electrică de semn opus; atunci când aceste două particule se ciocnesc, ele pot fi atât difuzate, cât și anihilate, producând fotoni , mai exact raze gamma .
Ideea unei cantități fundamentale de sarcină electrică a fost introdusă de filosoful Richard Laming în 1838 pentru a explica proprietățile chimice ale atomului ; [3] termenul electron a fost inventat ulterior în 1894 de fizicianul irlandez George Johnstone Stoney și a fost recunoscut ca o particulă de Joseph John Thomson și echipa sa de cercetare. [4] [5] Ulterior, fiul său George Paget Thomson a demonstrat natura dublă corpusculară și de undă a electronului, care este apoi descrisă de mecanica cuantică prin intermediul dualismului undă-particulă .
Electronii, alături de protoni și neutroni , sunt părți ale structurii atomilor și, deși contribuie cu mai puțin de 0,06% la masa totală a atomului, sunt responsabili pentru proprietățile sale chimice ; în special, împărțirea electronilor între doi sau mai mulți atomi este sursa legăturii chimice covalente . [6]
Majoritatea electronilor prezenți în univers au fost creați în timpul Big Bang-ului , deși această particulă poate fi generată prin dezintegrarea beta a izotopilor radioactivi și în coliziuni cu energie mare, în timp ce poate fi anihilată datorită coliziunii cu pozitronul și absorbită în un proces de nucleosinteză stelară .
În multe fenomene fizice, în special în electromagnetism și fizica în stare solidă , electronul joacă un rol esențial: este responsabil pentru conducerea curentului electric și a căldurii , mișcarea acestuia generează câmpul magnetic și variația energiei sale este responsabilă pentru producerea fotonilor .
Apariția „ electronicului ”, din care s-a născut computerul , pune electronul la baza dezvoltării tehnologice a secolului al XX-lea . Proprietățile sale sunt, de asemenea, exploatate în diverse aplicații, cum ar fi tuburi catodice , microscopuri electronice , radioterapie și lasere .
De asemenea, electronul aparține clasei de particule subatomice numite leptoni , despre care se crede că sunt componente fundamentale ale materiei (adică nu pot fi descompuse în particule mai mici).
Conservarea sarcinii electrice
Încărcarea electrică este o cantitate fizică conservatoare, adică sarcina electrică totală a unui sistem fizic izolat rămâne constantă. Aceasta este o lege fundamentală a naturii experimentale, deoarece nu a fost niciodată încălcată. O altă presupunere este că conservarea este locală, adică se susține teorema lui Noether (vezi și legea conservării ). Se afirmă că schimbarea densității de încărcare spațială într-un singur volum se datorează exclusiv aceleia care traversează suprafața de frontieră a volumului menționat fiind în mișcare. Ecuația de continuitate pentru sarcina electrică este deci ecuația diferențială : [7]
unde este este densitatea curentului e densitatea sarcinii.
Folosind teorema divergenței obținem forma integrală:
unde este este curentul electric .
Ecuația de continuitate este considerată în ecuațiile lui Maxwell pentru a corecta legea lui Ampère prin extinderea valabilității sale la cazul non-staționar. De fapt, aplicarea operatorului de divergență la al patrulea (cu corecția lui Maxwell):
și înlocuind primul din interiorul acestuia:
se obține ecuația de continuitate.
Notatie relativista
Ecuația de continuitate poate fi scrisă într-un mod foarte simplu și compact folosind notația relativistă . În acest context, este definită densitatea de curent cu patru vectori , a cărei componentă de timp este densitatea de sarcină, iar componenta spațială este vectorul de densitate de curent:
În acest fel, ecuația de continuitate devine: [8]
unde este este quadrigradientul , dat de:
Ecuația de continuitate poate fi scrisă și ca:
unde este denotă derivatul covariant .
Notă
- ^ http://www.hiru.com/es/fisika/fisika_03000.html%7C Încărcarea electrică
- ^ http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e Referința NIST despre constante, unități și incertitudine: sarcină elementară . 2006
- ^ Arabatzis , pp. 70-74.
- ^ Dahl , pp. 122-185.
- ^ Wilson , p. 138.
- ^ Pauling , pp. 4-10.
- ^ Mencuccini, Silvestrini , pagina 175 .
- ^ Jackson , pagina 554 .
Bibliografie
- Corrado Mencuccini, Vittorio Silvestrini, Physics II , Naples, Liguori Editore, 2010, ISBN 978-88-207-1633-2 .
- ( EN ) John D Jackson, Electrodynamics Classical , Ediția a III-a, Wiley, 1999, ISBN 0-471-30932-X .
- Jerry D. Wilson, Antony J. Buffa, Fizica 3 , Milano, Principate, 2000, ISBN 88-416-5803-7
- ( EN ) Linus C. Pauling , Natura legăturii chimice și structura moleculelor și cristalelor: o introducere în chimia structurală modernă , ediția a 3-a, Cornell University Press, 1960, ISBN 0-8014-0333-2 . Adus pe 29 martie 2010 .
- ( EN ) Per F. Dahl, Flash of the Cathode Rays: A History of JJ Thomson's Electron , CRC Press, 1997, ISBN 0-7503-0453-7 . Adus la 1 aprilie 2010 .
- ( EN ) Theodore Arabatzis, Representing Electrons: A Biographic Approach to Theoretical Entities , University of Chicago Press, 2006, ISBN 0-226-02421-0 . Adus la 1 aprilie 2010 .
Elemente conexe
- Condensator (electrotehnică)
- Câmp electric
- Sarcină fracționată
- Încărcare punctuală
- Electrifiant
- Electrostatică
- Legea conservării sarcinii electrice
- Istoria electricității
- Transportul sarcinii electrice
Alte proiecte
- Wikiversitatea conține resurse privind încărcarea electrică
- Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere cu încărcare electrică
linkuri externe
- ( EN ) Încărcare electrică , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
Controlul autorității | Thesaurus BNCF 15936 · GND (DE) 4151721-0 |
---|