Φορτισμένο σωματίδιο στο ηλεκτρικό πεδίο

Φορτισμένο σωματίδιο είναι κάθε αντικείμενο που έχει αποκτήσει ή χάσει ηλεκτρόνια. Τα θετικά φορτισμένα σωματίδια και τα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια είναι οι δύο κύριες μορφές φορτισμένων σωματιδίων. Τα κατιόντα είναι θετικά φορτισμένα σωματίδια, ενώ τα ανιόντα είναι αρνητικά φορτισμένα σωματίδια. Αντικείμενα όπως χαρτί, χτένα και άχυρο μπορούν να προσελκύσουν άλλα αντικείμενα ενώ τρίβονται. Το τρίψιμο μπορεί να αλλάξει τις ιδιότητες αυτών των αντικειμένων και να τα μετατρέψει σε φορτισμένα αντικείμενα με φορτισμένα σωματίδια, τα οποία προσελκύουν άλλα σωματίδια. Ας δούμε μια βασική εργασία για να δούμε πώς λειτουργεί αυτό. Απλώς πάρτε ένα κομμάτι χαρτί και κόψτε το σε μικρά κομμάτια. Τώρα σιδερώστε τα και βάλτε τα μπροστά στην οθόνη της τηλεόρασης ή της οθόνης. Θα παρατηρήσετε ότι αυτά τα σιδερωμένα κομμάτια χαρτιού έλκονται για λίγο από την οθόνη ή την οθόνη της τηλεόρασης. Αυτή η μικρή δραστηριότητα αποδεικνύει ότι ορισμένα σωματίδια μπορούν να ενεργοποιηθούν σε φορτισμένα σωματίδια. Για να κατανοήσουμε το αποτέλεσμα των φορτισμένων σωματιδίων σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, πρέπει να κατανοήσουμε την έννοια και τις υποθέσεις.

Τι είναι το ηλεκτρικό πεδίο;

•   Ένα ηλεκτρικό πεδίο είναι μια δύναμη που ασκείται μεταξύ δύο τεμαχίων μετάλλου ή άλλου υλικού που συνδέονται με ένα ηλεκτρικό καλώδιο. Ένα ηλεκτρικό πεδίο αναγκάζει τα φορτισμένα σωματίδια (όπως τα ηλεκτρόνια) στο σύρμα να κινηθούν προς το θετικό άκρο του σύρματος.
•     Τα ηλεκτρικά πεδία που δημιουργούνται από μια μπαταρία είναι συνήθως μικροσκοπικά. Ωστόσο, μπορεί να είναι συναρπαστικές. Τα φορτισμένα σωματίδια σε ηλεκτρικά πεδία μπορούν να έλκονται στο πεδίο και μπορούν να επιταχυνθούν σε υψηλές ταχύτητες. Γι' αυτό είναι σημαντικό να διατηρείτε τις μπαταρίες σας καθαρές – εάν η μπαταρία περιέχει πολλά βρώμικα σωματίδια, τα ηλεκτρικά πεδία θα τα προσελκύσουν και θα τα επιταχύνουν προς τους ακροδέκτες.
•     Ορισμένες κοινές πηγές ηλεκτρικών πεδίων περιλαμβάνουν ηλεκτρικά ρεύματα, μαγνήτες και φορτισμένα σωματίδια (όπως ηλεκτρόνια ή ιόντα).

Ιδιότητες των φορτισμένων σωματιδίων στο ηλεκτρικό πεδίο (EF)

Τα φορτισμένα σωματίδια έχουν μοναδικές ιδιότητες που τα καθιστούν συναρπαστικά αντικείμενα προς μελέτη. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία μικρότερων, πιο αποτελεσματικών και ισχυρότερων συσκευών από αυτές που δημιουργούνται με αφόρτιστα σωματίδια. Αυτές οι πέντε ιδιότητες παρέχουν μια βασική κατανόηση των φορτισμένων σωματιδίων και της συμπεριφοράς τους.

Πυκνότητα φόρτισης – Η πυκνότητα φορτίου ενός φορτισμένου σωματιδίου είναι ο αριθμός των φορτίων ανά μονάδα όγκου.

Ηλεκτρικό πεδίο – Το ηλεκτρικό πεδίο είναι μια δύναμη που έλκει φορτία το ένα προς το άλλο. Μετριέται σε μονάδες βολτ ανά μέτρο (V/m).

Μαγνητισμός – Ο μαγνητισμός είναι η ικανότητα των φορτισμένων σωματιδίων να έλκονται και να απωθούν το ένα το άλλο. Μετριέται σε μονάδες μαγνητισμού (A/m).

Κυκλική κίνηση – Τα σωματίδια κινούνται γύρω από ένα κεντρικό σημείο με κυκλική κίνηση, σαν μια περιστρεφόμενη κορυφή. Η δύναμη ενός ηλεκτρικού πεδίου προκαλεί αυτή την κίνηση.

Σταθερότητα: Η σταθερότητα των φορτισμένων σωματιδίων οφείλεται στη συλλογική τους συμπεριφορά. Τα σωματίδια θα παραμείνουν μαζί σε μια σταθερή διαμόρφωση όσο παραμένει το ηλεκτρικό πεδίο.

Όλες αυτές οι παραπάνω ιδιότητες πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά τη μελέτη της συμπεριφοράς φορτίου σε ένα ηλεκτρικό πεδίο.

Παραδείγματα φορτισμένων σωματιδίων σε ηλεκτρικό πεδίο

Υπάρχουν μερικά παραδείγματα με τα οποία μπορείτε εύκολα να κατανοήσετε την έννοια των φορτισμένων σωματιδίων στο EF (Ηλεκτρικό πεδίο) –

•   Ένα παράδειγμα αυτού είναι το πώς τα φορτισμένα σωματίδια αλληλεπιδρούν με τα ηλεκτρικά πεδία. Όταν ένα φορτισμένο σωματίδιο τοποθετηθεί σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, θα βιώσει τη δύναμη Coulomb. Αυτή η δύναμη είναι υπεύθυνη για τη συγκράτηση του φορτισμένου σωματιδίου και εξηγεί γιατί τα αντικείμενα κοντά το ένα στο άλλο τείνουν να ελκύουν το ένα το άλλο.
•   Το τρίψιμο ενός μπαλονιού μπορεί να ενεργοποιήσει τα φορτία του και λόγω αυτής της χωρητικότητας, το μπαλόνι μπορεί εύκολα να προσκολληθεί στους τοίχους. Από την άλλη πλευρά, όταν ένα παρόμοιο τριμμένο μπαλόνι τοποθετηθεί κοντά σε ένα προηγουμένως τρίψιμο μπαλόνι, και τα δύο θα απωθούν και θα πετάξουν σε ακριβώς αντίθετες κατευθύνσεις. Αυτό το παράδειγμα αποδεικνύει ότι τα φορτισμένα σωματίδια των ίδιων φορτίων θα απωθούνται στο EF.
•   Τα ηλεκτρικά πεδία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ενέργειας προκαλώντας τη ροή ρευμάτων ηλεκτρικής ενέργειας μέσω καλωδίων ή άλλων αγωγών. Αυτό γίνεται δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό πεδίο που προκαλεί τα ηλεκτρόνια στο σύρμα να κινούνται γύρω.

Κίνηση φορτισμένων σωματιδίων σε ηλεκτρικό πεδίο

Όταν έχετε ένα φορτισμένο σωματίδιο που κινείται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, η δύναμη είναι πάντα προς την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου. Αυτός είναι ο λόγος που αν κρατήσετε ένα μεταλλικό αντικείμενο μέχρι ένα ηλεκτρικό καλώδιο, το μέταλλο θα ωθηθεί προς το θετικό άκρο του σύρματος. Αυτό συμβαίνει επειδή το ηλεκτρικό πεδίο ωθεί τα φορτισμένα σωματίδια στο μέταλλο προς το θετικό άκρο του σύρματος.

Κάθε φορτισμένο σωματίδιο, καθώς και φορτισμένο στοιχείο, δέχεται μια δύναμη σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Εάν αυτή η δύναμη είναι σε μη ισορροπημένη μορφή, θα δημιουργήσει κίνηση στο αντικείμενο και θα αρχίσει να κινείται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο.

Υπάρχουν συνέπειες που πρέπει να σημειώσετε:

Όταν τοποθετείται στο ηλεκτρικό πεδίο, το φορτισμένο σωματίδιο αισθάνεται πάντα τη δύναμη και δεν έχει σημασία ότι τα φορτισμένα σωματίδια βρίσκονται σε κίνηση ή σε κατάσταση ηρεμίας. Η δύναμη μπορεί να συμβολιστεί με –

F =qE

Πού,

F =δύναμη που επενεργεί στο φορτισμένο σωματίδιο,

q =φορτία στα σωματίδια, ή μπορείτε να πείτε φορτισμένα σωματίδια

E =ηλεκτρικό πεδίο

Οποιοσδήποτε μπορεί να αναγνωρίσει γρήγορα την κατεύθυνση της δύναμης κοιτάζοντας την τιμή φόρτισης. Εάν το σωματίδιο είναι θετικά φορτισμένο, τότε η ενεργούσα δύναμη είναι παράλληλη με το ηλεκτρικό πεδίο. Εάν το μόριο είναι αρνητικά φορτισμένο, η ασκούμενη δύναμη είναι αντίστροφη προς το ηλεκτρικό πεδίο[2].

Για θετικά φορτισμένα σωματίδια, F =EF (Η κατεύθυνση της δύναμης είναι παράλληλη)

Για αρνητικά φορτισμένα σωματίδια, F =EF (Η κατεύθυνση της δύναμης είναι αντίθετη από το πεδίο)

Συμπέρασμα

Η μελέτη των φορτισμένων σωματιδίων σε ένα ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να είναι αρκετά συναρπαστική. Τα θετικά φορτισμένα σωματίδια και τα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια είναι οι δύο κύριες μορφές φορτισμένων σωματιδίων. Τα κατιόντα είναι θετικά φορτισμένα σωματίδια, ενώ τα ανιόντα είναι αρνητικά φορτισμένα σωματίδια. Ένα φορτισμένο σωματίδιο σε ένα ηλεκτρικό πεδίο θα έχει διάφορα αποτελέσματα ανάλογα με το φορτίο και τη θέση. Επιπλέον, τα αποτελέσματα ενός φορτισμένου σωματιδίου στο ηλεκτρικό πεδίο εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το περιβάλλον ηλεκτρικό πεδίο. Τα ηλεκτρικά πεδία είναι απαραίτητα σε πολλές πτυχές της φυσικής, καθώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία δύναμης, την προσέλκυση ηλεκτρονίων και πολλά άλλα.