Ηλεκτρικό φορτίο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια

Ηλεκτρομαγνητισμός
Ηλεκτρισμός · Μαγνητισμός
Ηλεκτροστατική
Ηλεκτρικό φορτίο
Νόμος του Κουλόμπ
Ηλεκτρικό πεδίο
Νόμος του Γκάους
Ηλεκτρικό δυναμικό
Ηλεκτρική διπολική ροπή
Μαγνητοστατική
Νόμος του Αμπέρ
Μαγνητικό πεδίο
Μαγνητική ροή
Νόμος των Μπιο-Σαβάρ
Μαγνητική διπολική ροπή
Ηλεκτροδυναμική
Ηλεκτρικό ρεύμα
Νόμος της δύναμης Λόρεντζ
Ηλεκτροκινητήρια δύναμη
Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή
Νόμος των Φαραντέι-Λενζ
Ρεύμα μετατόπισης
Εξισώσεις Μάξουελ
Ηλεκτρομαγνητικό πεδίο
Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία
Ηλεκτρικό δίκτυο
Ηλεκτρική αγωγιμότητα
Ηλεκτρική αντίσταση
Χωρητικότητα
Αυτεπαγωγή
Εμπέδηση
Κοιλότητες συντονισμού
Κυματοδηγοί
Τανυστές στη Σχετικότητα
Τανυστής ηλεκτρομαγνητικού πεδίου
Τανυστής πίεσης-ενέργειας

Σήμερα όταν παρατηρούμε ηλεκτρικά φαινόμενα, όπως αυτό που παρατήρησε ο Θαλής ο Μιλήσιος, λέμε ότι τα υλικά που παρατηρούμε, όπως για παράδειγμα το ήλεκτρο (αν το τρίψουμε με ξηρό ύφασμα) ή το γυαλί (αν το τρίψουμε με μετάξι), αποκτούν ηλεκτρικό φορτίο ή αλλιώς, φορτίζονται. Με κριτήριο το αν κάποιο υλικό επιτρέπει στα ηλεκτρικά φορτία να περνά από μέσα του ή όχι μπορούμε να το χαρακτηρίσουμε ως αγωγό, μονωτή ή ημιαγωγό.

Αγωγός είναι κάθε υλικό το οποίο αφήνει τα ηλεκτρικά φορτία να περνούν ελεύθερα από μέσα του. Μερικοί αγωγοί του ηλεκτρισμού είναι τα μέταλλα, το ανθρώπινο σώμα και η γη.

Μονωτής (ή διηλεκτρικό) είναι κάθε υλικό το οποίο δεν επιτρέπει την ελεύθερη διέλευση του ηλεκτρικού φορτίου από το σώμα του. Τέλειοι μονωτές που να απαγορεύουν εντελώς τη διέλευση του ηλεκτρικού φορτίου από μέσα τους δεν υπάρχουν, αλλά μερικά υλικά τις περισσότερες φορές συμπεριφέρονται σαν τέλειοι μονωτές. Μερικοί μονωτές είναι τα πλαστικά, το γυαλί και ο εβονίτης.

Ημιαγωγός είναι κάθε υλικό που επιτρέπει να περνά το ηλεκτρικό φορτίο από μέσα του με κάποιες προϋποθέσεις, όπως αύξηση της θερμοκρασίας ή πρόσπτωση φωτός. Τέτοια υλικά είναι το γερμάνιο και το πυρίτιο.

Μέσα από διάφορα πειράματα έχουμε αποδείξει ότι υπάρχουν δύο είδη ηλεκτρικού φορτίου, που ονομάστηκαν αυθαίρετα αρνητικό και θετικό (δηλαδή θα μπορούσαν να είχαν ονομαστεί και ανάποδα - "θετικό" το "αρνητικό" και "αρνητικό" το "θετικό") από τον Βενιαμίν Φραγκλίνο. Τα σωματίδια-φορείς τους είναι τα ηλεκτρόνια για το αρνητικό φορτίο και τα πρωτόνια για το θετικό. Όταν λέμε ότι ένα σώμα είναι φορτισμένο αρνητικά εννοούμε ότι ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε αυτό είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των πρωτονίων ενώ όταν λέμε ότι είναι θετικά φορτισμένο, εννοούμε ότι ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε αυτό 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. Όταν ανεξάρτητα άτομα ενώνονται για να σχηματίσουν ένα μεταλλικό στερεό, τα εξωτερικά ηλεκτρόνια των ατόμων δεν παραμένουν προσκολλημένα στα άτομα αλλά μπορούν να κινηθούν ελεύθερα σε όλο τον όγκο του στερεού. Οι φορείς του φορτίου στα μέταλλα είναι αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, τα οποία ονομάζονται και ηλεκτρόνια σθένους. Τα θετικά φορτία δεν μπορούν να κινηθούν ελεύθερα, όπως συμβαίνει στο γυαλί και σε άλλους μονωτές. Σε ορισμένους αγωγούς, όμως, όπως οι ηλεκτρολύτες (οξέα, βάσεις, άλατα), μπορούν να κινηθούν τόσο τα θετικά όσο και τα αρνητικά φορτία, επειδή η διαλυμένη ουσία μέσα σε αυτούς βρίσκεται σε μορφή ιόντος (όπως για παράδειγμα σε διάλυμα χλωριούχου νατρίου (άλας), έχουμε κατιόντα νατρίου και ανιόντα χλωρίου).

Το ηλεκτρικό φορτίο είναι μία ποσότητα που διατηρείται: σε κάθε αντίδραση στην οποία συμμετέχουν φορτισμένα σωματίδια ο ολικός αριθμός των φορτίων πριν και μετά την αντίδραση είναι πάντοτε ο ίδιος.

Το ηλεκτρικό φορτίο είναι μία ποσότητα που είναι κβαντισμένη. Δηλαδή υπάρχει μόνο σε διακριτές οντότητες, ακέραια πολλαπλάσια του θεμελιώδους φορτίου e.

Μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου στο S.I. είναι το Κουλόμπ προς τιμή του Γάλλου φυσικού Τσαρλς Κουλόμπ για το πολύ σημαντικό έργο του στον τομέα του ηλεκτρισμού. Το ηλεκτρικό φορτίο του πρωτονίου είναι κατά απόλυτη τιμή ίσο με το αντίστοιχο του ηλεκτρονίου και ισούται με

|e|= 1.6*\; 10^{-19} Cb

Κατά την περιγραφή της κατανομής του φορτίου σε μακροσκοπικά σώματα, η διακριτή φύση του φορτίου μπορεί να αγνοηθεί και είναι συνήθως αρκετό να θεωρήσουμε το φορτίο ως ένα συνεχές ρευστό με πυκνότητα φορτίου (\frac{Cb}{m^3}) που μεταβάλλεται λίγο ή πολύ ομαλά συναρτήσει της θέσης.

Το φορτίο είναι η πηγή της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης, η οποία είναι υπεύθυνη για τα ηλεκτρικά και τα μαγνητικά φαινόμενα.