Charge ??lectrique

Electromagn??tisme
??lectricit?? Magn??tisme
??lectrostatique Charge ??lectrique ??lectricit?? statique Champ ??lectrique Conducteur Isolant Tribo??lectricit?? D??charge ??lectrostatique Induction La loi de Coulomb La loi de Gauss Flux ??lectrique / ??nergie potentielle Moment dipolaire ??lectrique Polarisation
Magn??tostatique La loi d'Amp??re Champ magn??tique Magn??tisation Flux magn??tique Loi de Biot-Savart Moment de dip??le magn??tique La loi de Gauss ?? magn??tisme
??lectrodynamique Droit de la force de Lorentz Induction ??lectromagn??tique La loi de Faraday La loi de Lenz D??placement actuel Les ??quations de Maxwell Champ ??lectromagn??tique Un rayonnement ??lectromagn??tique Tenseur de Maxwell Vecteur de Poynting Potentiel Li??nard-Wiechert Les ??quations de Jefimenko ?? courant de Foucault
R??seau ??lectrique Courant ??lectrique Potentiel ??lectrique Tension R??sistance La loi d'Ohm circuit de la s??rie Circuit parall??le Courant continu Courant alternatif Force ??lectromotrice Capacitance Inductance Imp??dance Cavit??s r??sonnantes Guides d'ondes
Formulation covariante Tenseur ??lectromagn??tique ( tenseur-??nergie) Four ?? courant continu Potentiel ??lectromagn??tique ?? quatre
Les scientifiques Amp??re Coulomb Faraday Gauss Heaviside Henri Hertz Lorentz Maxwell Tesla Volta Weber ??rsted

La charge ??lectrique est une propri??t?? fondamentale de certains conserv?? particules subatomiques, qui d??termine leur interaction ??lectromagn??tique . ??lectriquement charg?? mati??re est influenc??e par, et produit, les champs ??lectromagn??tiques. L'interaction entre une charge en mouvement et un champ ??lectromagn??tique est la source de la force ??lectromagn??tique , qui est l'un des quatre forces fondamentales.

Vue d'ensemble

La charge ??lectrique est une caract??ristique de certaines particules subatomiques, et est quantifi??e lorsqu'elle est exprim??e comme un multiple de la soi-disant ??l??mentaire e de charge. Les ??lectrons par convention ont une charge de -1, tandis que les protons ont une charge oppos??e d'une. Quarks avoir une charge fractionnaire de -1/3 +2/3 ou. Le antiparticules ??quivalents de ceux-ci ont la charge oppos??e. Il existe d'autres particules charg??es.

En g??n??ral, de m??me signe se repoussent les particules charg??es un de l'autre, bien que diff??rente signe particules charg??es attirent. Ceci est exprim?? quantitativement dans la loi de Coulomb , qui stipule l'ampleur de la force de r??pulsion est proportionnelle au produit des deux accusations, et affaiblit proportionnellement au carr?? de la distance.

La charge ??lectrique d'un objet macroscopique est la somme des charges ??lectriques de ses particules constitutives. Souvent, la charge ??lectrique nette est ??gale ?? z??ro, ??tant donn?? que naturellement le nombre d'??lectrons dans chaque atome est ??gal au nombre de protons , de sorte que leurs charges se annulent. Les situations dans lesquelles la charge nette est non nul sont souvent d??sign??s comme ??lectricit?? statique. En outre, m??me lorsque la charge nette est nulle, il peut ??tre distribu?? de fa??on non uniforme (par exemple, en raison d'une externe champ ??lectrique ), puis le mat??riau est dit polaris??e, et la charge li??e ?? la polarisation est connu comme la charge li??e (alors que la charge exc??dentaire provenant de l'ext??rieur est appel?? charge libre). Un mouvement ordonn?? de particules charg??es dans une direction particuli??re (dans les m??taux, ce sont les ??lectrons) est connu comme courant ??lectrique. La nature discr??te de charge ??lectrique a ??t?? propos??e par Michael Faraday dans ses exp??riences d'??lectrolyse, alors directement d??montr??e par Robert Millikan dans son exp??rience oil-drop.

Le Unit?? SI la quantit?? d'??lectricit?? ou de charge ??lectrique est la Coulomb, ce qui repr??sente environ 6,24 ?? 10 ¹⁸ charges ??l??mentaires (la charge sur un seul ??lectron ou un proton). Le coulomb est d??finie comme la quantit?? de charge qui a travers?? la section transversale d'un Conducteur ??lectrique portant une amp??res en une seconde. Le symbole Q est souvent utilis?? pour d??signer une quantit?? d'??lectricit?? ou de frais. La quantit?? de charge ??lectrique peut ??tre mesur??e directement avec un ??lectrom??tre ou indirectement mesur??e avec un galvanom??tre balistique.

Formellement, une mesure de la charge doit ??tre un multiple de la charge ??l??mentaire e (charge est quantifi??e), mais comme il se agit d'une moyenne, quantit?? macroscopique, plusieurs ordres de grandeur sup??rieure ?? une charge ??l??mentaire seule, il peut effectivement prendre ne importe quelle valeur r??elle . En outre, dans certains contextes, il est utile de parler de fractions d'une charge; par exemple dans la perception d'un condensateur.

Histoire

La balance de torsion de Coulomb

Tel que rapport?? par le philosophe grec Thal??s de Milet autour 600 avant JC, la charge (ou d'??lectricit??) pourraient ??tre accumul??s en frottant fourrure sur diverses substances, telles que l'ambre . Les Grecs ont not?? que les boutons en ambre charg??s pourraient attirer des objets l??gers tels que cheveux. Ils ont ??galement not?? que, se ils se frottaient l' ambre depuis assez longtemps, ils pourraient m??me obtenir une ??tincelle pour sauter. Cette propri??t?? d??coule de la effet tribo??lectrique.

En 1600, le savant anglais William Gilbert revient sur le sujet dans le De Magnete, et a invent?? le Nouveau mot electricus latine de ηλεκτρον (elektron), le mot grec pour "orange", qui a rapidement donn?? lieu ?? des mots anglais "??lectrique" et "??lectricit??". Il a ??t?? suivi en 1660 par Otto von Guericke, qui a invent?? ce qui ??tait probablement la premi??re G??n??rateur ??lectrostatique. Autres pionniers europ??ens ??taient Robert Boyle , qui, dans 1675 a d??clar?? que l'attraction et la r??pulsion ??lectrique peuvent agir dans un vide; Stephen Gray, qui en 1729 produits class??s comme conducteurs et isolants; et CF du Fay, qui a propos?? de 1733 que l'??lectricit?? est venu en deux vari??t??s qui a annul?? l'autre, et a exprim?? cela en termes d'une th??orie ?? deux fluides. Quand le verre a ??t?? frott?? avec de la soie, du Fay dit que le verre a ??t?? charg?? d'??lectricit?? vitreuse, et quand l'ambre a ??t?? frott?? avec de la fourrure, l'ambre a ??t?? dit ??tre charg?? d'??lectricit?? r??sineuse. En 1839 Michael Faraday a montr?? que la division apparente entre l'??lectricit?? statique, le courant ??lectrique et la bio??lectricit?? ??tait incorrecte, et tous ??taient une cons??quence du comportement d'un seul type d'??lectricit?? apparaissant dans des polarit??s oppos??es. Il est arbitraire qui polarit?? vous appelez positive et que vous appelez n??gative. Charge positive peut ??tre d??finie comme la charge ?? gauche sur une tige de verre apr??s avoir ??t?? frott?? avec de la soie.

Un des plus grands experts sur l'??lectricit?? dans le 18??me si??cle ??tait Benjamin Franklin , qui a plaid?? en faveur d'une th??orie d'un fluide de l'??lectricit??. Franklin imaginait l'??lectricit?? comme ??tant un type de fluide pr??sent invisible dans toutes les mati??res; par exemple il croyait que ce ??tait le verre dans un Bouteille de Leyde qui a tenu la charge accumul??e. Il a postul?? que les surfaces isolantes ensemble frottement caus?? ce fluide pour changer d'emplacement, et en ce qu'un ??coulement de ce fluide constitue un courant ??lectrique. Il a ??galement avanc?? que lorsque la mati??re contenait trop peu du fluide qu'il ??tait "n??gative" charg??, et quand il avait un exc??s il a ??t?? ??positivement?? charg??e. Arbitrairement (ou pour une raison qui n'a pas ??t?? enregistr??e) il a identifi?? le terme ??positif?? avec ??lectricit?? vitr??e et ??n??gative?? ?? l'??lectricit?? r??sineuse. William Watson est arriv?? ?? la m??me explication ?? peu pr??s au m??me moment.

Nous savons maintenant que le mod??le Franklin / Watson ??tait fondamentalement correcte. Il ya un seul type de charge ??lectrique, et une seule variable est n??cessaire pour garder une trace de la quantit?? de charge. D'autre part, tout en sachant la charge ne est pas une description compl??te de la situation. La mati??re est compos??e de plusieurs types de particules ??lectriquement charg??es, et ces particules ont de nombreuses propri??t??s, non seulement charge.

Les porteurs de charge les plus communes sont le charg?? positivement proton et la charge n??gative ??lectrons . Le mouvement de l'un de ces particules charg??es constitue un courant ??lectrique. Dans de nombreuses situations, il suffit de parler de la courant conventionnel sans tenir compte de savoir si elle est effectu??e par des charges positives qui se d??placent dans le sens des charges n??gatives de courant et / ou par classiques se d??pla??ant dans la direction oppos??e. Ce point de vue macroscopique est une approximation qui simplifie les concepts et les calculs ??lectromagn??tiques.

A l'extr??me oppos??, si l'on regarde la situation au microscope, on voit qu'il ya plusieurs fa??ons de porter un un courant ??lectrique, comprenant: un flux d'??lectrons; un flux d'??lectrons "trous" qui agissent comme des particules positives; et ?? la fois n??gatives et positives des particules ( ions ou d'autres particules charg??es) circulant dans des directions oppos??es dans un ??lectrolytique solution ou un plasma ).

Il faut remarquer que dans le cas courant et important de fils m??talliques, la direction du courant conventionnel est oppos??e ?? la vitesse de d??rive des porteurs de charge r??elle, ?? savoir les ??lectrons. Ce est une source de confusion pour les d??butants.

Propri??t??s

Mis ?? part les propri??t??s d??crites dans des articles sur l'??lectromagn??tisme , la charge est un relativiste invariant. Cela signifie que toute particule qui a charge q, ne importe quelle vitesse il va, a toujours charge q. Cette propri??t?? a ??t?? v??rifi??e exp??rimentalement en montrant que la charge de l'un d'h??lium noyau (deux protons et deux neutrons li??s ensemble dans un noyau et se d??placer ?? des vitesses ??lev??es) est le m??me que deux noyaux de deut??rium (un proton et un neutron li??s ensemble, mais se d??placent beaucoup plus lentement qu'ils ne le feraient se ils ??taient dans un noyau d'h??lium).

Conservation de la charge

La charge ??lectrique totale d'un syst??me isol?? reste constante, ind??pendamment des changements au sein du syst??me lui-m??me. Ce droit est inh??rent ?? tous les proc??d??s connus de la physique et peut ??tre obtenue dans une forme locale de invariance de jauge de la fonction d'onde. La conservation des r??sultats de charge dans la charge de courant ??quation de continuit??. Plus g??n??ralement, la variation nette densit?? de charge dans un volume d'int??gration est ??gale ?? l'aire int??grale sur la densit?? de courant sur la surface de la zone , Qui ?? son tour est ??gale ?? la net courant :

Ainsi, la conservation de la charge ??lectrique, exprim??e par l'??quation de continuit??, donne le r??sultat:

La charge transmise entre le temps et est obtenue en int??grant deux c??t??s:

o?? I est le courant net vers l'ext??rieur ?? travers une surface ferm??e et q est la charge ??lectrique contenue ?? l'int??rieur du volume d??fini par la surface.