Más tarde, la gente desarrolló su comprensión de la electricidad, pero el nombre de carga eléctrica permaneció.
La carga es la cantidad de electricidad transportada por una sustancia, átomo o electrón. La unidad es Coulomb (marcada como C), abreviada como Coulomb.
A menudo nos referimos a las "partículas cargadas" como cargas, pero las cargas en sí no son "partículas". Sólo para facilitar la descripción, a menudo las imaginamos como partículas. Por lo tanto, las personas con más cargas tienen más cargas y la cantidad de carga determina el tamaño del campo de fuerza (fuerza de Coulomb). Además, según la direccionalidad de la fuerza del campo eléctrico, las cargas se pueden dividir en positivas y negativas, y los electrones tienen carga negativa.
Según la ley de Coulomb, los objetos con la misma carga eléctrica se repelen entre sí, y los objetos con cargas eléctricas diferentes se atraen entre sí. La fuerza de repulsión o atracción es proporcional al producto de las cargas.
Carga Puntual
La carga puntual es un modelo ideal de partículas cargadas. No hay cargos de puntos reales. Sólo cuando la distancia entre las partículas cargadas es mucho mayor que el tamaño de las partículas, o la forma y el tamaño de las partículas cargadas tienen un impacto insignificante en la fuerza de interacción, este cuerpo cargado puede denominarse "carga puntual". Propiedades inherentes de la materia. Hay dos tipos de carga: carga positiva y carga negativa. Debido a la fricción, el calentamiento, la radiación y los cambios químicos, un objeto se carga positivamente cuando pierde algunos electrones y se carga negativamente cuando gana algunos electrones. Los objetos con demasiada carga positiva o negativa se llaman cuerpos cargados, a veces también llamados cargas eléctricas.
Existe una interacción entre cargas. Las cargas estáticas crean campos electrostáticos en el espacio circundante, mientras que las cargas en movimiento crean campos magnéticos y eléctricos. Por lo tanto, tanto las cargas estáticas como las dinámicas están sujetas a las fuerzas del campo eléctrico, y sólo las cargas dinámicas están sujetas a las fuerzas del campo magnético.
Si el cuerpo cargado real puede considerarse como una carga puntual no solo está relacionado con el cuerpo cargado en sí, sino que también depende de la naturaleza y precisión del problema. La carga puntual es un concepto abstracto necesario a la hora de establecer leyes básicas, y también es una herramienta analítica indispensable a la hora de analizar problemas complejos. Por ejemplo, el establecimiento de la ley de Coulomb y la ley de Lorentz, la investigación cuantitativa sobre la interacción entre campos eléctricos y cuerpos cargados y la introducción de cargas experimentales. , todos aplican el concepto de cargo puntual.
Carga de Partículas
En la física de partículas, muchas partículas están cargadas eléctricamente. La carga es un número cuántico aditivo en la física de partículas y la ley de conservación de la carga también se aplica a las partículas. La suma de las cargas de las partículas antes de la reacción es igual a la suma de las cargas de las partículas después de la reacción, lo cual es estrictamente cierto para la interacción fuerte, la interacción débil y la interacción electromagnética.
Características
Solo existen dos tipos de cargas en la naturaleza, a saber, cargas positivas y cargas negativas. La carga en la varilla de vidrio frotada con alambre se llama carga positiva, y la carga en la varilla de goma frotada con cabello se llama carga negativa. La propiedad más básica de las cargas eléctricas es: las cargas iguales se repelen y las cargas diferentes se atraen. Una de las propiedades inherentes a la materia. Fue el primer descubrimiento de que el ámbar puede atraer luz y objetos pequeños después de la fricción. Luego se descubrió que los rayos, la inducción, el calentamiento, la irradiación, etc. pueden electrificar los objetos. La electricidad se divide en positiva y negativa. Los mismos signos se repelen, los diferentes signos se atraen. Los positivos y los negativos se combinan para neutralizarse. La electricidad se puede transferir, pero la cantidad total permanece sin cambios.
La unidad básica de la materia es el átomo. Un átomo está compuesto por electrones y un núcleo atómico El núcleo atómico está compuesto por protones y neutrones. Los electrones tienen carga negativa, los protones tienen carga positiva y son las unidades básicas de cargas positivas y negativas, y los neutrones no tienen carga. El llamado objeto sin carga significa que el número de electrones es igual al número de protones, y el objeto cargado significa la destrucción de este equilibrio. En la naturaleza no existe ninguna carga que exista independientemente de la materia. En un sistema aislado, pase lo que pase, el número total de electrones y protones permanece sin cambios, sólo cambia el modo de combinación o la posición, por lo que la carga debe conservarse.
Para explicar las características de la carga eléctrica, también podríamos hacer algunas analogías con la masa. Hay cargas positivas y negativas, por lo que la repulsión y la atracción de la electricidad son diferentes. Sólo hay un tipo de masa y siempre se atraen entre sí. Es esta diferencia la que permite proteger la electricidad pero no la gravedad. Einstein describió el efecto relativista en el que la masa cambia con el movimiento pero la carga eléctrica de los electrones, los protones y todos los objetos cargados no cambia debido al movimiento, y la carga eléctrica es una invariante relativista.
La carga es cuántica y cualquier carga es un múltiplo entero de la carga del electrón e. El valor exacto de e (valor recomendado 1986) es: e = 1,60217733×10-20e-19. La diferencia (en valor absoluto) entre las cargas de protones y electrones es menor que 65438. Los electrones son muy estables, con una vida útil estimada de más de 10.100 millones de años, mucho más de lo que se predice actualmente para la edad del universo.
La denominada carga fraccionaria [1] hace referencia a una carga menor que la carga de un electrón. Si existe, sacudirá el estatus de los electrones y protones como elementos de carga, lo cual tiene un importante significado teórico. En 1964, M. Gail-Mann propuso la teoría de que los hadrones están compuestos de quarks y predijo que hay muchos tipos de quarks y que sus cargas son diferentes. Pero no existe ningún proyecto sobre la existencia de cargas fraccionarias que pertenezca al campo de la investigación teórica en física de partículas. La simetría de paridad de yugo de carga (CP) implica las simetrías básicas del espacio y la materia y siempre ha estado a la vanguardia de la investigación en física de partículas. Cronin y Fitch ganaron el Premio Nobel por su descubrimiento de la destrucción del CP. Pero lo que encontraron fue sólo destrucción indirecta de CP, que puede explicarse por efectos débiles o ultradébiles. Para distinguirlos tenemos que estudiar la violación directa del CP. Esto no sólo es importante para explorar nuevas fuerzas y teorías en la naturaleza, sino que también juega un papel clave en la comprensión del origen del daño del CP. Los físicos han estado trabajando en el estudio del daño directo a la PC desde 1964.
La destrucción directa de CP en los últimos 40 años ha sido explorada, dando predicciones teóricas más precisas y consistentes, y ha sido utilizada por dos importantes investigadores, NA48 en el Centro Nuclear Europeo y KTeV en Fermilab. en los Estados Unidos. Confirmado por el laboratorio. Por lo tanto, los experimentos y la teoría establecieron por primera vez la existencia de falla directa de CP en la naturaleza, probaron con éxito el mecanismo de falla de CP del modelo estándar y descartaron la teoría de la interacción ultradébil. Al mismo tiempo, el proyecto explica la llamada regla δ I = 1/2 que ha plagado el campo de la física de partículas durante casi 50 años. Es reconocido como el "Grupo de Beijing" por sus pares internacionales y reconocido y citado por los principales expertos teóricos y experimentales internacionales. Este proyecto estudia sistemáticamente algunos fenómenos físicos importantes en el modelo binario doble hegeliano (S2HDM) de ruptura espontánea de simetría CP, y señala que S2HDM puede convertirse en un nuevo modelo físico para el origen de la ruptura CP. Wu Yueliang ha publicado docenas de artículos en importantes revistas internacionales, con una tasa total de citas de más de 1.000 veces. Es el principal autor de investigaciones teóricas sobre la violación de la simetría de la paridad de carga y la física del sabor quark-leptón. Los artículos publicados en Physical Review Letters (PRL) han sido citados más de 90 veces.
Experimento de carga
Experimento de dos tipos de carga eléctrica para estudiantes: Divida a los estudiantes en grupos.
El equipo experimental incluye:
(1), dos varillas de vidrio y dos varillas de goma;
(2) dos piezas de piel y dos piezas de seda. ;
(3), de pie; para evitar la pérdida de carga durante el experimento, es mejor que dos estudiantes lo operen al mismo tiempo;
Proceso experimental:
p>(1), dos estudiantes Dos estudiantes frotan simultáneamente una varilla de vidrio con alambre para electrificarla. Pon uno en el soporte. Nota: Recuerde qué extremo está cargando. No toques el extremo vivo con las manos. Coloque el extremo cargado de otra varilla de vidrio cerca del extremo cargado de esta varilla de vidrio y observe lo que sucede.
(2) Frote la varilla de goma con el pelaje y repita el experimento ahora.
(3) El experimento de ahora se realizó con una varilla de vidrio frotada y una varilla de goma frotada; .
Resumen experimental; la gente ha realizado muchos experimentos con diversos materiales. Se descubrió que los objetos cargados que se atraen con una varilla de vidrio frotada con seda deben repelerse con una barra de pegamento frotada con lana. Todas las varillas de caucho y las pieles se atraerán entre sí, y las varillas de vidrio y la seda se repelerán. Es decir, la carga de un objeto es la misma que la carga de una varilla de vidrio frotada con seda o la carga de una varilla de caucho frotada con piel. No existe una tercera posibilidad. Sólo existen dos tipos de cargos en la naturaleza. El científico estadounidense Franklin definió estos dos tipos de cargas: la carga de una varilla de vidrio frotada con seda se llama carga positiva, y la carga de una varilla de caucho frotada con piel se llama carga negativa. 1. La ley de interacción de cargas: las cargas del mismo sexo se repelen y las cargas del sexo opuesto se atraen. El tamaño se calcula mediante la ley de Coulomb. 2. La fuerza de carga puntual es un par de fuerzas que interactúan y sigue la tercera ley de Newton. 3. Las condiciones aplicables de la ley de Coulomb: la fuerza de interacción entre cargas puntuales estáticas en el vacío (incluso un cuerpo cargado, incluso una cápsula esférica cargada).
Historial de carga
La carga del asfalto es 65,438+0,785, Coulomb (C.A. Coulomb, 65,438+0,736-65,438+0,806) pasa por él. El experimento del equilibrio de torsión obtuvo la ley de interacción electrostática. , y la humanidad entró en la investigación cuantitativa sobre los fenómenos electromagnéticos.
En 1820, H.C. Oersted (1771-1851) descubrió el efecto magnético de la corriente eléctrica.
En 1820, A. M. Ampère (1775-1836) descubrió la ley de interacción entre corrientes eléctricas.
En 1831, M. Faraday (1791-1867) descubrió la ley de la inducción electromagnética.
En 1864, J.C. Maxwell (1831-1879) propuso un sistema de ecuaciones del campo electromagnético basado en resumir reglas experimentales anteriores, y predijo la existencia de ondas electromagnéticas a partir de su sistema de ecuaciones, para luego señalar las ondas electromagnéticas. naturaleza de la luz.
En 1887, Hertz (1857-1894) demostró experimentalmente la existencia de ondas electromagnéticas y simplificó las ecuaciones de Maxwell.
En 1895, H.A. Lorenz (1853-1928) publicó "La Teoría de los Electrones", que daba la fórmula de la fuerza de las cargas en el campo electromagnético. En este punto se han establecido las bases de la teoría electromagnética clásica.
En 1897, J.J. Thompson (1856-1940) descubrió el electrón (e-) en un tubo de rayos catódicos, que fue la primera partícula elemental descubierta en la historia de la humanidad. Los físicos han descubierto una gran cantidad de partículas cargadas o eléctricamente neutras, incluidos protones (P), positrones (e+) y neutrones (N).
Descubrimiento de acusaciones
Las nanopartículas liberan carga eléctrica En 1897, J.J. Thompson descubrió el electrón en el experimento de los rayos catódicos, que fue la primera partícula elemental descubierta por la humanidad. En 2003, R.A. Millikan utilizó experimentos con "gotas de aceite" muchas veces para medir la relación carga-masa de los electrones.
1911E. Rutherford propuso el modelo de nucleación atómica basado en el experimento de dispersión de colisión de partículas con láminas metálicas en 1920, especuló que además de los "protones" cargados positivamente, debería haber una partícula neutra en el núcleo;
1930 A.M. Dirac introdujo la teoría de la relatividad en la mecánica cuántica, propuso la teoría relativista del electrón y predijo la existencia del positrón antipartícula del electrón (también predijo la existencia de monopolos magnéticos).
1932 C.D. Anderson descubre los positrones en los rayos cósmicos, confirmando la predicción de Dirac J. Chadwick descubre el neutrón, confirmando la conjetura de Rutherford W.K. Heisenberg e Ivan Nico establecen la hipótesis de que el núcleo atómico está formado por protones y neutrones respectivamente.
En 1935 H. Yukawa propuso la teoría del mesón de interacción fuerte; en 1950, C.F. Powell descubrió los mesones P en los rayos cósmicos.
1937 C.D. Anderson descubre las partículas M en los rayos cósmicos.
1947-Se descubren muchas partículas extrañas en los rayos cósmicos y en los aceleradores: hiperones L, mesones K, hiperones X, hiperones W 1955 O. Chamberlain y E. G. Segre descubren antiprotones en los aceleradores.
1964 M.Gell-Mann y G.Zweig propusieron el modelo de quarks de estructura hadrónica. A partir de la década de 1980, se descubrieron quarks y antiquarks de tres colores y seis sabores teóricamente predichos en experimentos de colisión electrón-protón en aceleradores (el quark T más pesado no se descubrió hasta 1995).
En 1964, un grupo de científicos descubrió un antideuterio compuesto de antiprotones y antineutrones en el acelerador del CERN.
1983 C. Rubbia y otros descubrieron en el CERN las partículas W y Z0 predichas por la teoría unificada electrodébil.