varaus (sähkövaraus)

, Author

Fysiikassa varaus, joka tunnetaan myös nimellä sähkövaraus, sähkövaraus tai sähköstaattinen varaus ja jota symbolisoidaan q:lla, on aineen yksikön ominaisuus, joka ilmaisee, missä määrin siinä on enemmän tai vähemmän elektroneja kuin protoneja. Atomeissa elektronilla on negatiivinen alkeis- tai yksikkövaraus; protonilla on positiivinen varaus. Nämä kaksi varaustyyppiä ovat yhtä suuria ja vastakkaisia.

Aineen atomissa syntyy sähkövaraus aina, kun ytimessä olevien protonien lukumäärä eroaa ydintä ympäröivien elektronien lukumäärästä. Jos elektroneja on enemmän kuin protoneja, atomilla on negatiivinen varaus. Jos elektroneja on vähemmän kuin protoneja, atomilla on positiivinen varaus. Atomin kantaman varauksen määrä on aina alkeisvarauksen eli yksittäisen elektronin tai yksittäisen protonin kantaman varauksen moninkertainen määrä. Hiukkasella, atomilla tai esineellä, jolla on negatiivinen varaus, sanotaan olevan negatiivinen sähköinen polariteetti; hiukkasella, atomilla tai esineellä, jolla on positiivinen varaus, sanotaan olevan positiivinen sähköinen polariteetti.

Monista atomeista koostuvassa kappaleessa nettovaraus on yhtä suuri kuin kaikkien atomien yhteenlaskettujen varausten aritmeettinen summa, polariteetti huomioon ottaen. Massiivisessa näytteessä tämä voi olla huomattava määrä alkeisvarauksia. Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä sähkövarauksen yksikkö on coulomb (symboli C), jossa 1 C vastaa noin 6,24 x 1018 alkeisvarausta. Ei ole epätavallista, että reaalimaailman esineissä on monien coulombien varauksia.

Sähkökenttä, jota kutsutaan myös sähkökentäksi tai sähköstaattiseksi kentäksi, ympäröi mitä tahansa esinettä, jossa on varaus. Sähkökentän voimakkuus tietyllä etäisyydellä esineestä on suoraan verrannollinen esineen varauksen määrään. Minkä tahansa esineen lähellä, jolla on kiinteä sähkövaraus, sähkökentän voimakkuus pienenee suhteessa esineen etäisyyden neliöön (eli se noudattaa käänteisen neliön lakia).

Kun kaksi esinettä, joilla on sähkövaraus, tuodaan toistensa läheisyyteen, niiden välille syntyy sähköstaattinen voima. (Tätä voimaa ei pidä sekoittaa sähkömotoriseen voimaan, joka tunnetaan myös nimellä jännite). Jos sähkövaraukset ovat saman napaisuuden omaavia, sähköstaattinen voima on hylkivä. Jos sähkövaraukset ovat vastakkaisen napaisuuden omaavia, sähköstaattinen voima on vetovoimainen. Vapaassa avaruudessa (tyhjiössä), jos kahden lähekkäisen kappaleen varaukset coulombeina ovat q1 ja q2 ja kappaleiden keskipisteiden välissä on etäisyys r metreinä, kappaleiden välinen nettovoima F newtoneina saadaan seuraavan kaavan avulla:

F = (q1q2) / (4 or2)

missä o on vapaan avaruuden permittiivisyys, fysikaalinen vakio, ja on ympyrän kehän ja halkaisijan suhde, dimensioton matemaattinen vakio. Positiivinen nettovoima on hylkivä ja negatiivinen nettovoima on vetovoimainen. Tämä suhde tunnetaan nimellä Coulombin laki.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.