电荷——定义、历史、类型和性质

物质的最基本单位是原子，事实证明，原子不能分解成更小的碎片。后来证明，原子可以进一步分解成电子、质子和中子。电子和质子分别是负电荷和正电荷。在日常生活中也可以看到和注意到这些电荷的存在。例如，如果将鳞片/气球擦在干燥的头发上，或者放在它附近，它就会开始吸引那些发丝。这是因为气球和干发都带相反的电荷。

电荷的历史

电这个词来自电子这个词，它来自一个名为“Elektron”的希腊词，在希腊语中意为琥珀。 1600 年，哲学家威廉吉尔伯特在他的书中提到了“琥珀效应”，解释了用于制作珠宝的矿物琥珀如何不断地附着在其上的小布纤维使其难以作为装饰品佩戴。

18世纪后期，本杰明·富兰克林进行实验，推断出电荷存在，并将电荷命名为正电荷和负电荷。引入电池后，电荷的概念就完全出现了。

电荷

电荷是物质的一种特性，它使物质置于电场中时会受到一定的力。静电荷会产生电场，当这些电荷开始移动并变为动态时，它们也会产生磁场，移动的电荷也负责产生电，确切地说，是电子的运动产生了电。

收费单位

电荷的 SI 单位是库仑，用“C”表示。单次充电（无论是正电荷还是负电荷）的值是1.6× 10 ^-19 C。

公式

如果需要计算在产生电流的电路中流动的电荷，用于相同的公式将是，

q = I × T

Where, I = current flowing inside the circuit

T = Time for which the current is flowing.

定义 1 库仑电荷

1 Coulomb of charge can be defined as the amount of charge transferred in one second.

电荷类型

只有两种类型的电荷存在，正电荷和负电荷。它们都具有相同数量的电荷，但符号相反。

正电荷

正电荷也称为质子，电场线来自正电荷。质子上的电荷为+1.6 × 10 ^-19 C。如果物体带正电，则可以得出结论，该物体的质子多于电子。

由正电荷产生的电场线

负电荷

负电荷也称为电子。电场线来自负电荷内部的无穷大。电子上的电荷量为-1.6 × 10 ^-19 C 。如果已知物体带负电，则意味着该物体的电子多于质子。

负电荷上显示的电场线

笔记：

One of the important properties of electric charge states that like charges (Positive and positive charge, or negative and negative charge) repel each other while unlike charge (a positive and a negative charge) attract each other.

电荷的性质

• 电荷的可加性

在隔离系统中，系统内的总电荷是所有电荷的代数和（请记住，在添加时要考虑电荷的符号）。

Q = q₁+ q₂+ q₃+….. q_n

• 费用守恒

据说电荷总是守恒的。这意味着电荷既不能被创建也不能被破坏。电荷可以从一个物体转移到另一个物体，它们可以在闭合回路中流动。

• 电荷量化

电荷不能用小数定义。它们总是作为它们的整数倍出现。因此，在任何系统中，费用都定义为，

q = ne

Where, n = Integer numbers

e = value of the charge (1.6× 10^-19 C)

库仑定律

库仑定律用于定义两个电荷之间的力。两个电荷之间可以具有吸引力或排斥力。

假设有两个电荷放置在距离 'r' 处。电荷被命名为 q1 和 q2，它们是放置在真空/自由空间中的固定电荷，

力将被定义为，

$F= \frac{1}{4\pi\epsilon_o}\frac{q_1q_2}{r^2}$

Where,$\frac{1}{4\pi\epsilon_o}$is a Constant

$\frac{1}{4\pi\epsilon_o} = 9 \times10^9N-m^2/C^2$

Here, ε_o = 8.854× 10^-12 C²/N-m²

当两个电荷 q ₁和 q ₂放置在自由空间以外的任何其他介质中时，它们之间的力，

$F= \frac{1}{4\pi\epsilon}\frac{q_1q_2}{r^2}$

Where, ε = Absolute permittivity

如果取出自由空间中的力与介质中的力的比值，则可以找到绝对介电常数和相对介电常数（ ε _r ）之间的关系，

  ε/ε _o = ε _r

ε _r = 相对介电常数或介电常数

示例问题

问题1：1库仑电荷中有多少电子？

解决方案：

In a single electron, charge is equal to 1.6 × 10^-19C

1.6× 10^-19C = 1 electron

1C = 1/(1.6 × 10^-19) electrons

1C = 0.625 × 10¹⁹ electrons

1C = 6.25 × 10¹⁸ electrons

问题2：电荷是标量还是向量？

回答：

Electric charge is a Scalar quantity and this means that electric charge has magnitude but no direction. The additivity property of electric charge is a good way to prove that charges are scalar in nature. The algebraic sum do not take into account the directions of any charge placed in the system.

问题 3：10 C 的电荷中有多少个质子？

解决方案：

According to the Quantization of charge,

Q = ne

Q = 10C, n = number of protons, e = 1.6 × 10^-19C

10 = n × 1.6× 10^-19

n = 625 × 10¹⁷ protons.

问题4：在一个系统中，存在的电荷是+5C、-7C、+1C、+9C、-15C。系统的总费用是多少？

解决方案：

According to the Additivity property of Electric charges,

Q = q₁+ q₂+ q₃+ q₄+ q₅

Q = +5C + (-7C) + 1C+ 9C+ (-15C)

Q = -7C

问题 5：两个电荷 +5C 和 +3C 在自由空间中相距 1 米。找到作用于它们的力，并说明力的类型。

解决方案：

Force acting on +5C and +3C in free space is given by,

$F= \frac{1}{4\pi\epsilon_o}\frac{q_1q_2}{r^2}\\ F= 9\times10^9\frac{(5\times3)}{1^2}\\ F= 135\times10^9\\ F= 1.35\times10^{11}N$

Since, the charge +5C and +3C are alike in nature, that is, they are both positive, hence, the force acting between them is the Repulsive Force.