Zajmijmy się jednostkami ładunku elektrycznego. To podstawowy temat w fizyce.
Czym jest ładunek elektryczny?
To fizyczna właściwość materii. Decyduje o tym, jak materia oddziałuje z polem elektromagnetycznym.
Może być dodatni lub ujemny.
Podstawową jednostką ładunku elektrycznego w układzie SI jest kulomb (C).
1 kulomb to bardzo duża ilość ładunku!
Podstawowe Jednostki Ładunku
Przyjrzyjmy się bliżej niektórym jednostkom ładunku elektrycznego.
Kulomb (C)
Jak wspomnieliśmy, kulomb jest jednostką podstawową w układzie SI.
Definiuje się go poprzez prąd elektryczny.
Jeden kulomb to ładunek przenoszony przez prąd o natężeniu jednego ampera w ciągu jednej sekundy.
Czyli: 1 C = 1 A * 1 s
Ładunek Elementarny (e)
To najmniejsza jednostka ładunku elektrycznego występująca w naturze. Jest to wartość bezwzględna ładunku pojedynczego protonu lub elektronu.
Wartość ładunku elementarnego wynosi około:
e = 1.602 x 10-19 C
Każdy ładunek obserwowany w przyrodzie jest całkowitą wielokrotnością ładunku elementarnego.
Na przykład, ładunek jądra atomu helu (zawierającego dwa protony) wynosi +2e.
Inne Jednostki (rzadziej używane)
Czasami, szczególnie w starszej literaturze, można spotkać inne jednostki ładunku, takie jak:
- Statkulomb (statC): Używany w układzie jednostek CGS (centymetr, gram, sekunda).
- Franklina (Fr): Synonim statkulomba.
Jednak kulomb jest zdecydowanie najczęściej stosowaną jednostką w nowoczesnej fizyce i inżynierii.
Przykłady Zastosowań
Zrozumienie jednostek ładunku jest kluczowe w wielu dziedzinach.
Elektrostatyka
W elektrostatyce, gdzie badamy ładunki w spoczynku, znajomość kulomba pozwala obliczać siły oddziaływania między naładowanymi obiektami.
Prawo Coulomba opisuje tę siłę:
F = k * |q1 * q2| / r2
Gdzie:
- F to siła elektrostatyczna
- k to stała Coulomba
- q1 i q2 to ładunki oddziałujących obiektów (w kulombach)
- r to odległość między ładunkami
Elektronika
W elektronice, ładunek elementarny odgrywa kluczową rolę w zrozumieniu działania tranzystorów i innych elementów półprzewodnikowych.
Przepływ elektronów (nośników ładunku) przez te elementy reguluje działanie obwodów elektronicznych.
Chemia
W chemii, ładunek elektryczny jonów decyduje o ich oddziaływaniach i zdolności do tworzenia wiązań chemicznych.
Na przykład, jony sodu (Na+) mają ładunek +e, a jony chlorkowe (Cl-) mają ładunek -e. Przyciągają się elektrostatycznie, tworząc chlorek sodu (sól kuchenną).
Wybór Zestawu Jednostek Ładunku
Wracając do pierwotnego pytania, musimy zidentyfikować zbiór zawierający *tylko* jednostki ładunku elektrycznego.
Oto kilka przykładów i analiza:
Zestaw A: Amper, Volt, Kulomb.
Ten zestaw zawiera kulomb (jednostka ładunku), ale także amper (jednostka prądu) i volt (jednostka napięcia). Nie spełnia warunku.
Zestaw B: Kulomb, Ładunek elementarny, Statkulomb.
Ten zestaw zawiera kulomb, ładunek elementarny (e), i statkulomb (rzadziej używaną jednostkę, ale wciąż jednostkę ładunku). Ten zestaw spełnia warunek.
Zestaw C: Wat, Dżul, Kulomb.
Ten zestaw zawiera kulomb, ale także wat (jednostka mocy) i dżul (jednostka energii). Nie spełnia warunku.
Zestaw D: Niuton, Farad, Kulomb.
Ten zestaw zawiera kulomb, ale także niuton (jednostka siły) i farad (jednostka pojemności elektrycznej). Nie spełnia warunku.
Podsumowanie
Zatem, zbiór zawierający tylko jednostki ładunku elektrycznego to zbiór B: Kulomb, Ładunek elementarny, Statkulomb.
Pamiętajmy, że kulomb jest podstawową jednostką ładunku w układzie SI, a ładunek elementarny to fundamentalna wartość ładunku związanego z protonem lub elektronem.
