Elektrisk laddning är en grundläggande fysisk egenskap hos materien och i synnerhet de subatomära partiklarna protoner och elektroner. Precis som atomer har massa har dessa partiklar laddning, och det finns en elektrisk kraft och ett elektriskt fält förknippat med denna laddning.
Egenskaper för elektrisk laddning.

Elektrisk laddning finns i två varianter: positiv laddning och negativ laddning , som, liksom deras namn antyder, har motsatta tecken (till skillnad från massa, som bara har en sort). Föremål med elektrisk laddning utövar en elektrisk kraft på varandra, precis som föremål med massa gör via gravitationskraften. Men istället för att alltid vara en attraktiv kraft, som med massa, lockar motsatta laddningar medan lika laddningar avvisar.

SI-laddningsenheten är coulomb (C). En coulomb definieras som den mängd laddning som kan överföras med en ampere elektrisk ström på en sekund. De grundläggande laddningsbärarna är protonen, med laddningen + e
, och elektronen, med laddningen -e
, där elementärladdningen e
\u003d 1,602 × 10 < sup> -19 C.

Nettoladden på ett objekt är antalet protoner N _{p
minus antalet elektroner N e
times e
:
\\ text {nettoladd} \u003d (N_p - N_e) e}

De flesta atomer är elektriskt neutrala, vilket betyder att de har lika många protoner och elektroner, så deras nettoladdning är 0 C. Om en atom får eller förlorar elektroner, kallas den en jon och har en nettoladdning som inte är noll. Objekt med nettoladdning uppvisar statisk elektricitet och kan hålla fast vid varandra som ett resultat med en kraft beroende på laddningsmängden. i föremålens massa. Detta beror på att även om protoner och elektroner har samma laddningsstorlek har de mycket olika massor. Elektronens massa är 9,11 × 10 <-up> -31 kg medan massan för en proton är 1,67 × 10 <-up> -27 kg. En proton är mer än 1 000 gånger tyngre än en elektron!
Coulomb's Law: Formula

Coulomb's Law ger den elektrostatiska kraften F
mellan två laddningar, q _{1
och q 2 och ett avstånd r
från varandra:
F \u003d k \\ frac {q_1q_2} {r ^ 2}}

Var k
är Coulomb-konstanten \u003d 8,99 × 10 ^{9 Nm 2 /C 2.}

Observera att denna kraft är en vektor som pekar längs en linje riktad bort från andra partiklar om laddningarna är desamma och mot den andra partikeln om laddningarna är motsatta.

Coulombs lag, precis som tyngdkraften mellan två massor, är en omvänd kvadratisk lag. Detta betyder att det minskar när det omvända kvadratet av avståndet mellan två laddningar. Med andra ord, laddningar som är dubbelt så långt ifrån varandra upplever en fjärdedel av kraften. Men medan denna laddning minskar med avståndet, går den aldrig till noll och har så oändligt intervall. av 0,25 cm. Vad är storleken på Coulomb-kraften mellan dem?

Med hjälp av Coulombs lag och att se till att konvertera cm till m får du:
F \u003d k \\ frac {q_1q_2} {r ^ 2} \u003d (8,99 \\ gånger10 ^ 9) \\ frac {(2 \\ gånger 1,602 \\ gånger10 ^ {- 19}) (- 4 \\ gånger 1,602 \\ gånger 10 ^ {- 19})} {0,0025 ^ 2} \u003d 2,95 \\ gånger 10 ^ {-22} \\ text {N}

Exempel 2: Antag att en elektron och en proton är separerade med ett avstånd på 1 mm. Hur jämför gravitationskraften mellan dem med den elektrostatiska kraften?

Gravitationskraften kan beräknas från ekvationen:
F_ {grav} \u003d G \\ frac {m_pm_e} {r ^ 2}

Där gravitationskonstanten G
\u003d 6,67 × 10 ^{-11 m 3 /kgs 2.}

Pluggning i siffror ger:
F_ {grav } \u003d (6,67 \\ gånger 10 ^ {- 11}) \\ frac {(1,67 \\ gånger 10 ^ {- 27}) (9.11 \\ gånger 10 ^ {- 31})} {(1 \\ gånger 10 ^ {- 3} ) ^ 2} \u003d 1.015 \\ gånger 10 ^ {- 61} \\ text {N}

Den elektrostatiska kraften ges av Coulombs lag:
F_ {elec} \u003d k \\ frac {q_1q_2} {r ^ 2} \u003d (8,99 \\ gånger10 ^ 9) \\ frac {(1,602 \\ gånger 10 ^ {- 19}) (- 1,602 \\ gånger 10 ^ {- 19})} {(1 \\ gånger 10 ^ {- 3}) ^ 2} \u003d 2.307 \\ gånger 10 ^ {- 22} \\ text {N}

Den elektrostatiska kraften mellan proton och elektron är mer än 10 ^{39 gånger större än gravitationskraften!}