В каких единицах измеряется электрический заряд

Что такое электрический заряд в каких единицах он измеряется

История открытий

Еще в древности было замечено, что если потереть янтарь о шелковую материю, то камень начнет притягивать к себе легкие предметы. Уильям Гильберт изучал эти опыты до конца XVI века. В отчете о проделанной работе предметы, которые могут притягивать другие тела, назвал наэлектризованными.

Следующие открытия в 1729 году сделал Шарль Дюфе, наблюдая за поведением тел при их трении об разные материи. Таким образом он доказал существование двух видов зарядов: первые образуются при трении смолы о шерсть, а вторые – при трении стекла о шелк. Следуя логике, он назвал их «смоляными» и «стеклянными». Бенджамин Франклин также исследовал этот вопрос и ввел понятия положительного и отрицательного заряда. На иллюстрации – Б. Франклин ловит молнию.

Шарлем Кулоном, портрет которого изображен ниже, был открыт закон, который впоследствии был назван Законом Кулона. Он описывал взаимодействие двух точечных зарядов. Также смог измерить величину и изобрел для этого крутильные весы, о которых мы расскажем позже.

И уже в начале прошлого века Роберт Милликен, в результате проведенных опытов, доказал их дискретность. Это значит, что заряд каждого тела равен целому кратному элементарного электрического заряда, а элементарным является электрон.

Теоретические сведения

Электрическим зарядом называется способность тел создавать электромагнитное поле. В физике раздел электростатики изучает взаимодействия неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отчета зарядов.

В чем измеряется

Единица измерения в системе СИ называется «Кулон» – это электрический заряд, проходящий через сечение проводника 1 Ампер за 1 секунду.

Буквенное обозначение – Q или q. Может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Название носит в честь физика Шарля Кулона, он вывел формулу для нахождения сил взаимодействия между ними, она называется «Закон Кулона»:

В ней q1, q2 – модули зарядов, r – расстояние между ними, k – коэф-т пропорциональности.

Формула похожа на закон притяжения, в принципе она и описывает подобное взаимодействие. Он имеет наименьшую массу. Его электрический заряд отрицателен и он равен:

-1.6*10^(-19) Кл

Позитрон – это противоположная величина электрону, также состоит из одного положительного элементарного заряда.

Кроме того, что он дискретен, квантуется или измеряется порциями, для него еще и справедлив Закон сохранения зарядов, который говорит о том, что в замкнутой системе могут возникать только одновременно заряды обоих знаков. Простым языком – алгебраическая (с учетом знаков) сумма зарядов частиц и тел, в замкнутой (изолированной) системе всегда остается неизменной. Он не изменяется со временем или при движении частицы, он постоянен в течение её времени жизни. Простейшие заряженные частицы условно сравнивают с электрическими зарядами.

Закон сохранения электрических зарядов впервые подтвердил Майкл Фарадей в 1843 году. Это один из фундаментальных законов физики.

Проводники, полупроводники и диэлектрики

В проводниках есть много свободных зарядов. Они свободно перемещаются по всему объему тела. В полупроводниках свободных носителей почти нет, но если передать телу небольшую энергию они образуются, в результате чего тело начинает проводить электрический ток, т.е. электрические заряды начинают движение. Диэлектриками называют вещества, где число свободных носителей минимально, поэтому ток через них протекать не может или может при определенных условиях, например, очень высокое напряжение.

В чем выражается взаимодействие

Электрические заряды притягиваются и отталкиваются друг от друга. Это похоже на взаимодействие магнитов. Всем знакомо, что если потереть линейку или шариковую ручку о волосы – она наэлектризуется. Если в этом состоянии поднести её к бумаге, то она прилипнет к наэлектризованному пластику. При электризации происходит перераспределение зарядов, так что на одной части тела их становится больше, а на другой меньше.

По этой же причине вас иногда бьёт током шерстяной свитер или другие люди, когда вы их касаетесь.

Вывод: электрические заряды с одним знаком стремятся друг к другу, а с разными – отталкиваются. Они перетекают с одного тела на другое, когда касаются друг друга.

Способы измерения

Существует ряд способов измерения электрического заряда, давайте рассмотрим некоторые из них. Измерительный прибор называется крутильными весами.

Весы Кулона – это крутильные весы его изобретения. Смысл заключается, в том, что в сосуде на кварцевой нити подвешена легкая штанга с двумя шариками на концах, и один неподвижный заряженный шарик. Вторым концом нить закреплена за колпак. Неподвижный шарик вынимается, для того чтобы сообщить ему заряд, после этого нужно установить его обратно в сосуд. После этого подвешенная на нити часть начнет движение. На сосуде нанесена проградуированная шкала. Принцип его действия отражен на видео.

Другой прибор для измерения электрического заряда – электроскоп. Он, как и предыдущие, представляет собой стеклянный сосуд с электродом, на котором закреплено два металлических листочка из фольги. Заряженное тело подносят к верхнему концу электрода, по которому заряд стекает на фольгу, в результате оба листочка окажутся одноименно заряженными и начнут отталкиваться. Величину заряда определяют по тому, насколько сильно они отклонятся.

Электрометр – еще один измерительный прибор. Состоит из металлического стержня и вращающейся стрелки. При прикосновении к электрометру заряженным телом, заряды стекают по стержню к стрелке, стрелка отклоняется и указывает на шкале определенную величину.

Напоследок рекомендуем просмотреть еще одно полезное видео по теме:

Мы рассмотрели важную физическую величину. Учения о ней позволили значительно расширить знания об электричестве в целом. Вклад в науку и технику достаточно весомый, а область применения этих знаний связана и с медициной. Ионизаторы воздуха положительно воздействуют на организм человека: ускоряют процесс доставки кислорода из воздуха к клеткам. Примером такого прибора является люстра Чижевского. Теперь вы знаете, что такое электрический заряд и как его измеряют.

Материалы по теме:

Единица измерения напряжения

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 192.

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 192.

Одной из физических величин, которая была введена для характеристики действия электрического поля, является напряжение. Электрическое поле, оказывая силовое воздействие на заряженные частицы, приводит их в движение, создает электрический ток. При перемещении зарядов совершается работа, что приводит к изменению энергии.

В каких единицах измеряют напряжение

Отношение работы, совершаемой произвольным электрическим полем при перемещении положительного заряда из одной точки поля в другую, к величине заряда называется напряжением между этими точками:

Значит работа электрического поля при перемещении заряда равняется произведению напряжения U между точками на заряд q:

При величине заряда равной 1 Кл будет выполняться равенство $ U = A $.

Единица измерения напряжения называется вольт. В кратком написании пишется с заглавной буквы В. Свое название единица получила в честь итальянского ученого Алессандро Вольта (1745-1827г.г.), внесшего значительный вклад в понимание природы электрических явлений.

Из соображений размерности величин и формулы (1) следует, что:

Таким образом, единица напряжения (1 Вольт) — это такое напряжение на участке цепи или на концах проводника, при котором совершается работа по передвижению электрического заряда величиной 1 Кл (1 кулон) равная 1 Дж (1 Джоулю).

Читайте также  Как выбрать электрический полотенцесушитель для ванной

Кратные единицы измерения напряжения

Реальные значения измеряемых напряжений могут быть в десятки тысяч раз как больше, так и меньше одного вольта. Поэтому для удобства записи (фиксации) дополнительно были введены следующие кратные и дольные единицы:

  • 1 нановольт — 1 нВ=10 -9 В;
  • 1 микровольт — 1 мкВ=10 -6 В;
  • 1 милливольт — 1 мВ=10 -3 В;
  • 1 киловольт — 1 кВ=10 3 В;
  • 1 мегавольт — 1 МВ=10 6 В.

Необходимо помнить, что высокое напряжение представляет большую опасность для здоровья человека. Безопасным значением для человеческого организма считается напряжение 42 В в нормальных условиях и 12 В в условиях с повышенной опасностью (влажность, металлические полы, большая температура).

Как измеряют напряжение

Напряжение измеряется с помощью прибора называемого вольтметром. Различные модели вольтметров могут внешне отличаться друг от друга, но общим для них является принцип работы, основанный на электромагнитном действии тока. Латинская буква V используется для обозначения прибора на электрических схемах и на измерительных шкалах вольтметров.

Рис. 2. Обозначение вольтметра и схема включения вольтметра для измерения напряжения.

При проведении измерений необходимо учитывать следующие моменты:

    Вольтметры для измерения постоянного напряжения отличаются от вольтметров, предназначенных для измерений переменного напряжения. У вольтметров для измерения постоянных напряжений на измерительной шкале должен присутствовать знак “—”, а для переменного напряжения знак “

”. В последнее время часто используется обозначение с помощью аббревиатур из букв английского алфавита AC/DC (Alternative Current — переменный ток, Direct Current — постоянный ток);

  • Клеммы вольтметров для постоянного напряжение помечены знаками “+” и “—” или выделены цветом (плюс — красный, минус — синий). При измерениях полярность следует соблюдать, иначе индикаторная стрелка отклонится в другую сторону;
  • Вольтметр всегда подключается параллельно к участку цепи, где производятся измерения;
  • Рекомендуется вначале провести монтаж всех элементов электрической цепи, а вольтметр подключать в самом конце.
  • Рис. 3. Примеры различных вольтметров

    Все измерительные приборы не должны влиять на результат измерения, то есть должны иметь минимальную измерительную погрешность. Чтобы соответствовать этому требованию, вольтметры имеют очень большое входное сопротивление, поэтому ток, текущий через них, намного меньше тока на измеряемом участке цепи. Тогда падение напряжения на вольтметре становится не существенным.

    Что мы узнали?

    Итак, мы узнали что напряжение — это физическая величина, равная работе по перемещению заряда 1 Кл в электрическом поле. Напряжение измеряется в единицах, которые называются вольтами. Для измерения напряжения используются вольтметры.

    Закон Кулона и единица измерения электрического заряда

    Закон Кулона очень напоминает закон всемирного тяготения, только применимо к зарядам, а не к массам тел. Открыт он был экспериментально в 1785 году французским ученым Шарлем Кулоном.

    Позднее он получил блестящее экспериментальное подтверждение. Для формулирования закона Кулона вначале надо ввести такое понятие как «точечный заряд».

    Введение понятия «точечный заряд»

    Точечными зарядами можно считать заряженные тела, в случае, когда их форма и размеры не оказывают сколько-нибудь существенного влияния на взаимодействие между этими телами.

    Такое возможно, когда речь идет о телах, удаленных друг от друга на расстояния, много большие их размеров. Также следует учитывать, что закон Кулона применим в случае, когда среда, в которую помещены оба тела вакуум.

    В случае, когда мы имеем воздух вместо вакуума, можно приближенно считать закон Кулона выполняющимся, так как воздух оказывает очень малое влияние на силу взаимодействия точечных зарядов.

    Формулировка закона Кулона

    Итак, закон Кулона гласит: сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

    Можно записать закон Кулона в виде формулы:

    F=k |q_1 ||q_2 | / r^2,

    где |q_1 | и |q_2 | модули зарядов,

    r расстояние между зарядами,

    k коэффициент пропорциональности, зависящий от принятой системы единиц, численно он равен силе взаимодействия единичных зарядов на расстоянии, принятом за единицу длины.

    Силу взаимодействия между точечными зарядами называют кулоновской.

    Формула закона Кулона имеет тот же вид, что и закон всемирного тяготения, только вместо масс стоят модули зарядов, а вместо гравитационной постоянной коэффициент пропорциональности.

    Стоит также отметить, что, как и в случае с законом тяготения, кулоновские силы действуют вдоль прямой, соединяющей эти заряды.

    Единица измерения заряда — Кулон

    За единицу заряда приняли кулон (1 Кл) в честь Шарля Кулона. Так как существует известная величина единичного элементарного заряда заряда электрона (протона), то можно было принять величину заряда, равной ей.

    Но это слишком маленькая величина, и она не подходит для многих бытовых и промышленных расчетов, так как расчеты могли бы стать слишком громоздкими и неудобными. Такая величина принята и пригодна в ядерной физике.

    Для классической же физики требовалось ввести иную величину. Поэтому, исходя из уже известных и используемых величин, приняли величину заряда в 1 Кл, равную заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока в 1 А.

    Заряд в 1 Кл очень большая величина. В случае, когда два точечных заряда обладают каждый таким зарядом, сила их взаимодействия будет примерно равна силе, с которой Земля притягивает груз весом в 1 т.

    Поэтому придать такой заряд маленькому телу невозможно, так как по закону Кулона одноименные заряды будут отталкивать кулоновскими силами.

    Однако в проводнике протекание такого заряда возможно. Например, через спираль лампочки мощностью 60 Вт за 1 с проходит заряд чуть меньший 1 Кл.

    Поэтому всегда следует помнить, что электричество это не шутка, а мощная сила, и относиться с предосторожностями к электроприборам под напряжением.

    Единица измерения электрического заряда. Электричества. Кулон. Coulomb. Доли. Соотношения. Значение. Величина.

    Единица измерения электрического заряда. Кулон. Соотношение с другими физическими величинами. (10+)

    Единица измерения электрического заряда. Кулон (Coulomb)

    1 2

    Материал является пояснением и дополнением к статье:
    Единицы измерения физических величин в радиоэлектронике
    Единицы измерения и соотношения физических величин, применяемых в радиотехника.

    Электрический заряд тела — разница между количеством заряженных частиц одной полярности и другой полярности, находящихся в этом теле (с некоторыми допущениями). Электрический заряд может иметь положительную или отрицательную полярность. Тела имеющие заряд одной полярности отталкиваются, а разных полярностей притягиваются.

    Электрический заряд измеряется в Кулонах (Coulomb). Обозначение К. Международное обозначение C. Заряд в формулах обычно обозначается буквой Q.

    Электрический заряд электрона равен около 1.602176E-19 Кулона, имеет отрицательный знак. Заряд протона равен той же величине, но положителен. В веществе обычно электроны и протоны присутствуют в равных количествах, так что суммарный заряд равен нулю. В некоторых случаях количество электронов может увеличиваться, тогда мы говорим, что тело заряжено отрицательно, или уменьшаться, тогда тело заряжено положительно.

    Вашему вниманию подборка материалов:

    Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

    Тело имеет положительный заряд в один Кулон, если в нем приблизительно на 6.24E18 больше протонов, чем электронов и наоборот.

    Читайте также  Электрические обогреватели нового поколения

    Основные соотношения между зарядом (Кулон) и другими физическими величинами

    Электрический ток силой один Ампер, проходящий в течение одной секунды, переносит один Кулон.

    [Перенесенный заряд, К] = [Сила электрического тока, А] * [Время протекания тока, с]

    Поступление заряда в один кулон в конденсатор емкостью один Фарад приводит к росту напряжения на этом конденсаторе на 1 Вольт.

    [Заряд, К] = [Напряжение на конденсаторе, В] * [Емкость конденсатора, Ф]

    Доли Кулона (Coulomb)

    Вообще 1 Кулон — довольно большая величина. Обычно используются доли Кулона.

    милликулон мК mC 1E-3 К 0.001 К
    микрокулон мкК mсC 1E-6 К 0.000001 К
    нанокулон нК nC 1E-9 К 0.000000001 К
    пикокулон пК pC 1E-12 К 0.000000000001 К
    1 2

    К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

    Если что-то непонятно, обязательно спросите!
    Задать вопрос. Обсуждение статьи.

    Обратноходовый импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Пода.
    Как рассчитать обратноходовый импульсный преобразователь напряжения. Как подавит.

    Отрицательное сопротивление, импеданс. Схема. Преобразователь в против.
    Понятие отрицательного сопротивления. Схемы с отрицательным сопротивлением.

    Понижающий импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Подавлен.
    Как рассчитать понижающий импульсный преобразователь напряжения. Как подавить пу.

    Трансформатор розжига, поджига. Запальный блок. Искра, искровой разряд.
    Схема самодельного трансформатора розжига, источника искр для горелки и не тольк.

    Микроконтроллеры. Составление программы. Инструменты проектирования сх.
    Как и с помощью чего программировать и отлаживать микро-контроллеры, проектирова.

    Что такое сила тока?

    Сила тока — это скорость, с которой электроны проходят через определенную точку в замкнутой электрической цепи. Если все максимально упростить, сила тока = расход.

    Ампер или А — это международная единица измерения силы тока. Он обозначает количество электронов (иногда именуемых «электрическим зарядом»), которое проходит через определенную точку в цепи за определенное время.

    Ток силой 1 ампер означает, что 1 кулон электронов — то есть 6,24 миллиарда миллиардов (6,24 x 10 18 ) электронов — проходит через одну точку в цепи за 1 секунду. Расчет аналогичен измерению расхода воды: сколько галлонов проходит через одну точку в трубе за 1 минуту (галлоны в минуту или галлон/мин).

    Символы, используемые для обозначения ампер:

    A = амперы, для большого количества тока (1,000).
    мА = миллиамперы, одна тысячная ампера (0,001).
    мкА = микроамперы, одна миллионная ампера (0,000001).

    В таких формулах, как закон Ома, сила тока также обозначается буквой «I».

    Амперы названы в честь французского математика/физика Андре-Мари Ампера (1775-1836), который доказал следующее:

    • При прохождении тока через проводник вокруг него образуется магнитное поле.
    • Сила этого поля прямо пропорциональна количеству протекающего тока.

    Электроны проходят через проводник (как правило, металлический провод, обычно медный), когда соблюдаются два условия электрической цепи:

    1. В цепи присутствует источник энергии (например батарея), который создает напряжение. Без напряжения электроны перемещаются в случайном порядке и достаточно равномерно по проводу, и ток не может течь. Напряжение создает давление, благодаря которому электроны движутся в одном направлении.
    2. Цепь образует замкнутый, проводящий контур, через который могут проходить электроны и который обеспечивает подачу энергии на любое устройство (нагрузку), подключенное к цепи. Цепь замыкается, когда переключатель находится во включенном или замкнутом положении (см. схему в верхней части этой страницы).

    Ток, как и напряжение, может быть постоянным или переменным.

    Постоянный ток (dc):

    • На цифровом мультиметре обозначается символами или .
    • Протекает только в одном направлении.
    • Обычный источник: батареи или генератор постоянного тока.

    Переменный ток (ac):

    • На цифровом мультиметре обозначается символами или .
    • Протекает по синусоиде (показано ниже); меняет направление с регулярными интервалами.
    • Распространенный источник: бытовые электрические розетки, получающие питание от местной энергосети.

    Выше: Переменный ток в форме синусоиды.

    Большинство цифровых мультиметров может измерять постоянный и переменный ток силой не более 10 А. Более сильный ток должен быть уменьшен с помощью дополнительных токовых клещей, которые измеряют силу тока (от 0,01 А и меньше до 1000 А) путем измерения напряженности магнитного поля вокруг проводника. Это позволяет выполнять измерения, не размыкая цепь.

    Любой узел (лампа, электродвигатель, нагревательный элемент), который преобразует электрическую энергию в какую-либо другую форму энергии (свет, вращательное движение, тепло), использует ток.

    Когда к цепи подключается дополнительная нагрузка, цепь должна обеспечивать больше тока. Количество тока, которое может пройти через цепь, определяется сечением проводников, предохранителей и самих узлов.

    Обычно измерения силы тока выполняются, чтобы узнать степень нагрузки на цепь или состояние нагрузки. Измерение силы тока — это стандартная процедура в ходе поиска и устранения неисправностей.

    Ток протекает, только когда напряжение создает необходимое давление, которое приводит электроны в движение. Различные источники напряжения создают ток различной силы. Стандартные бытовые батареи (AAA, AA, C и D) имеют напряжение 1,5 В каждая, в то время как более крупные батареи способны давать больше тока.

    Рекомендуемые ресурсы:

    • Внутренний вид токоизмерительных клещей с трансформатором тока (ac)
    • Проверка двигателя на наличие перегрузки
    • Лучшие приборы для электриков
    • Лучшие приборы для солнечной энергетики
    • Подберите подходящие токоизмерительные клещи Fluke

    Ссылка: Digital Multimeter Principles by Glen A. Mazur, American Technical Publishers.