מאפיינים של חלקיקים אלמנטריים בעלי מטען חשמלי

על ידי שפשוף שני גופים שונים יחד, כמו גם על ידי אינדוקציה, ניתן להעניק לגופים תכונות מיוחדות - חשמליות.

מטענים חשמליים וחלקיקים טעונים

לְמִידָה גופים מחושמלים הראו שתכונותיהם החשמליות מוסברות בכך שלחלקיקים שמהם מורכבים כל החומרים יש תכונה פיזיקלית מיוחדת הנקראת מטען חשמלי.

מטען חשמלי מאפיין את הקשר של חלקיקים עם השדה האלקטרומגנטי שלהם ואת האינטראקציה שלהם עם שדה אלקטרומגנטי חיצוני. מטען הוא אחד המאפיינים המובהקים של חלקיקים יסודיים רבים. ישנם שני סוגים של מטענים חשמליים: חיובי ושלילי.

כידוע, כל הגופים בטבע מורכבים מחלקיקים נפרדים. חלקיקים אלו נקראים יסודיים. לכל חלקיק יסודי יש מאפיינים משלו השונים ממאפיינים של חלקיקים אחרים. מאפיינים אלו כוללים: מסת מנוחה, מטען חשמלי, ספין, מומנט מגנטי, משך חיים וכו'.

חלקיקים יסודיים הם חלק מהאטומים וממולקולות החומר, אך הם יכולים להיות גם במצב חופשי. אלו הם, למשל, האלקטרונים המרכיבים את "גז האלקטרונים" בחוטי מתכת, האלקטרונים של זרמי קתודה בצינורות ואקום וכו '

חלקיקים יסודיים בעלי מטענים חשמליים של סימנים שונים מושכים ועם מטענים של אותם סימנים דוחים זה את זה. כאשר החלקיקים נעים סביבם, נצפה בשדה מגנטי.

נושאי המטען העיקריים בחומר, כלומר, חלקיקים בעלי תכונות חשמליות, הם אלקטרונים בעלי מטען שלילי ופרוטונים בעלי מטען חיובי. הם חלק מהאטומים של כל החומרים, בהיותם היסודות המבניים העיקריים שלהם.

מכלול כל התופעות החשמליות נקבע על ידי מטענים של החלקיקים המרכיבים את האטומים ושדותיהם. בהקשר זה הבה נתעכב על המבנה הפנימי של אטומים במידה שיש צורך להבין את התופעות הנחשבות בהנדסת חשמל.

מבנה האטומים של יסודות כימיים: מבנה האטומים - חלקיקים יסודיים של חומר, אלקטרונים, פרוטונים, נויטרונים

תכונות חשמליות של גופים

למוצקים בדרך כלל מבנה גבישי: האטומים שלהם מסודרים בחלל ברצף קפדני במרחק מסוים זה מזה, ויוצרים את מה שנקרא סריג מרחבי או גבישי. אתרי סריג מכילים יונים חיוביים.

בגלל המרחקים הקטנים יחסית, אטומים שכנים פועלים על האלקטרונים של מעטפת הערכיות של אטום נתון, וזו הסיבה שאלקטרוני הערכיות משתתפים ישירות בחילופי האלקטרונים של כל אטום עם האטומים השכנים שמסביב.זה מוביל לעובדה שרמות האנרגיה מחולקות למספר רמות מרווחות הדוקות היוצרות אזורים של מצבי אנרגיית אלקטרונים מתמשכים.

המאפיינים החשמליים של גופים נקבעים על פי המבנה של אזורים אלה ומספר האלקטרונים הממלאים את האזורים בהתאם לעקרון ההדרה. במתכות הכוללות, למשל, נחושת, רצועת הערכיות מלאה למחצה באלקטרונים, בעוד שכל רצועות האנרגיה התחתונות מתמלאות לחלוטין.

נוכחות של אזור מלא חלקית אופיינית לכל המתכות.כדי לעורר את אלקטרון הערכיות של אטום מבודד לרמה גבוהה יותר, נדרשים חלקים נפרדים של אנרגיה.

במתכות, רצועת ההולכה מלאה חלקית. לכן, האלקטרונים שבו תופסים בקלות מצבים חופשיים, ולמעשה כל כמות קטנה של אנרגיה מספיקה כדי להעלות אלקטרון לרמה חופשית גבוהה יותר וליצור חַשְׁמַל.

מכיוון שמוליכות במתכות נובעת מהניידות של אלקטרונים, היא נקראת מוליכות אלקטרונית... המוליכות של אלקטרוליטים נקבעת על ידי נוכחות של יונים חיוביים ושליליים ניידים בקלות בתמיסות שבהן חלק מהמולקולות המומסות מפורקות. מוליכות זו נקראת מוליכות יונית.

מוליכות יונית משמעותית אופיינית לכמה מלחים במצב מותך ו גזים במצב מיונן... גזים מיוננים בהשפעת טמפרטורה גבוהה, מתח גבוה וכו'. גז בעל צפיפות גבוהה של אלקטרונים ומולקולות חופשיים במצב מיונן נקרא פְּלַסמָה.

ראה גם: מתכות ודיאלקטריות - מה ההבדל?

חוק קולומב

חוק קולומב (1785) היה הראשון שקבע קשר כמותי בין ערכי המטענים החשמליים והאינטראקציה ביניהם. חוק זה מילא וממלא תפקיד חשוב בהקמת יחידת המטען והכוח של השדה האלקטרוסטטי. לפרטים נוספים ראה כאן:חוק קולומב ויישומו בהנדסת חשמל