Ηλεκτρικό Φορτίο

Εισαγωγή στο Ηλεκτρικό Φορτίο

Το ηλεκτρικό φορτίο είναι μια θεμελιώδης ιδιότητα της ύλης που καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο τα σωματίδια αλληλεπιδρούν ηλεκτρομαγνητικά. Υπάρχουν δύο είδη ηλεκτρικού φορτίου: θετικό και αρνητικό.

Βασικές Ιδιότητες

Είδη Φορτίων

• Θετικό φορτίο (+): Φέρεται από τα πρωτόνια
• Αρνητικό φορτίο (-): Φέρεται από τα ηλεκτρόνια

Αλληλεπίδραση Φορτίων

• Ομώνυμα φορτία (ίδιου είδους) απωθούνται
• Ετερώνυμα φορτία (διαφορετικού είδους) έλκονται

Στοιχειώδες Φορτίο

Το ηλεκτρικό φορτίο είναι κβαντισμένο, δηλαδή εμφανίζεται πάντα σε ακέραια πολλαπλάσια του στοιχειώδους φορτίου $e$:

$$e = 1,6 \times 10^{-19} \, \text{C}$$

Το φορτίο ενός σώματος δίνεται από:

$$q = n \cdot e$$

όπου $n$ είναι ακέραιος αριθμός (θετικός ή αρνητικός).

Μονάδα Μέτρησης

Η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου στο SI είναι το Coulomb (C).

$$1 \, \text{C} = 6,25 \times 10^{18} \, e$$

Αρχή Διατήρησης του Φορτίου

Σε κάθε κλειστό σύστημα, το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο παραμένει σταθερό. Αυτό σημαίνει ότι:

$$\sum q_{\text{αρχικό}} = \sum q_{\text{τελικό}}$$

Το φορτίο δεν μπορεί να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί, μόνο να μεταφερθεί από ένα σώμα σε άλλο.

Ηλέκτριση Σωμάτων

Υπάρχουν τρεις τρόποι ηλέκτρισης ενός σώματος:

1. Τριβή

Όταν δύο σώματα τρίβονται μεταξύ τους, ηλεκτρόνια μεταφέρονται από το ένα στο άλλο. Το σώμα που χάνει ηλεκτρόνια φορτίζεται θετικά, ενώ αυτό που κερδίζει φορτίζεται αρνητικά.

2. Επαφή

Όταν ένα φορτισμένο σώμα έρχεται σε επαφή με ένα αφόρτιστο, μέρος του φορτίου μεταφέρεται στο αφόρτιστο σώμα.

3. Επαγωγή

Ένα φορτισμένο σώμα μπορεί να προκαλέσει ανακατανομή φορτίων σε ένα αφόρτιστο σώμα χωρίς να το ακουμπήσει.

Αγωγοί και Μονωτές

• Αγωγοί: Υλικά στα οποία τα ηλεκτρόνια κινούνται ελεύθερα (π.χ. μέταλλα)
• Μονωτές: Υλικά στα οποία τα ηλεκτρόνια δεν κινούνται ελεύθερα (π.χ. γυαλί, πλαστικό)

Πυκνότητα Φορτίου

Γραμμική Πυκνότητα

Για φορτίο κατανεμημένο κατά μήκος γραμμής:

$$\lambda = \frac{q}{L}$$

Επιφανειακή Πυκνότητα

Για φορτίο κατανεμημένο σε επιφάνεια:

$$\sigma = \frac{q}{A}$$

Χωρική Πυκνότητα

Για φορτίο κατανεμημένο σε όγκο:

$$\rho = \frac{q}{V}$$