Elektrische lading is een fundamentele fysische eigenschap van materie en in het bijzonder de protonen en elektronen van de subatomaire deeltjes. Net zoals atomen massa hebben, hebben deze deeltjes lading en is er een elektrische kracht en elektrisch veld verbonden aan deze lading.
Eigenschappen van elektrische lading

Elektrische lading komt in twee varianten: positieve lading en negatieve lading , die, zoals hun namen suggereren, tegengestelde tekens hebben (in tegenstelling tot massa, die slechts één variëteit heeft). Objecten met elektrische lading oefenen een elektrische kracht op elkaar uit, net zoals objecten met massa via de zwaartekracht. Maar in plaats van altijd een aantrekkelijke kracht te zijn, zoals bij massa, trekken tegengestelde ladingen aan terwijl soortgelijke ladingen afstoten.

De SI-eenheid van lading is de coulomb (C). Eén coulomb wordt gedefinieerd als de hoeveelheid lading die kan worden overgedragen door één ampère elektrische stroom in één seconde. De fundamentele ladingsdragers zijn het proton, met lading + e
, en het elektron, met lading -e
, waarbij de elementaire lading e
\u003d 1.602 × 10 < sup> -19 C.

De netto lading op een object is het aantal protonen N _{p
minus het aantal elektronen N e
keer e
:
\\ text {netto lading} \u003d (N_p - N_e) e}

De meeste atomen zijn elektrisch neutraal, wat betekent dat ze een gelijk aantal protonen en elektronen hebben, dus hun netto lading is 0 C. Als een atoom elektronen wint of verliest, wordt het een ion genoemd en krijgt het een niet-nul netto lading. Objecten met netlading vertonen statische elektriciteit en kunnen daardoor aan elkaar kleven met een kracht die afhankelijk is van de hoeveelheid lading.

Merk op dat deze overdracht van elektronen tussen atomen of tussen objecten niet ook leidt tot een significante verandering in massa van de objecten. Dit komt omdat, terwijl protonen en elektronen dezelfde grootte hebben, ze een heel verschillende massa hebben. De massa van een elektron is 9,11 x 10 <31 kg terwijl de massa van een proton 1,67 x 10 <27 kg is. Een proton is meer dan 1000 keer zwaarder dan een elektron!
Wet van Coulomb: Formule

Wet van Coulomb geeft de elektrostatische kracht F
tussen twee ladingen, q _{1
en q 2
een afstand r
uit elkaar:
F \u003d k \\ frac {q_1q_2} {r ^ 2}}

Waar k
is de Coulomb-constante \u003d 8,99 × 10 ^{9 Nm 2 /C 2.}

Merk op dat deze kracht een vector is, die wijst langs een lijn weg van de ander deeltje als de ladingen hetzelfde zijn en naar het andere deeltje als de ladingen tegengesteld zijn.

De wet van Coulomb is, net als de zwaartekracht tussen twee massa's, een omgekeerde vierkante wet. Dit betekent dat het afneemt als het omgekeerde vierkant van de afstand tussen twee ladingen. Met andere woorden, ladingen die twee keer zo ver uit elkaar liggen ervaren een kwart van de kracht. Maar hoewel deze lading met afstand afneemt, gaat deze nooit naar nul en heeft dus een oneindig bereik.
Voorbeelden om te bestuderen

Voorbeeld 1: Een lading van + 2_e_ en een lading van -4_e_ worden gescheiden door een afstand van 0,25 cm. Wat is de grootte van de Coulomb-kracht tussen hen?

Met behulp van de wet van Coulomb en zeker dat je cm naar m converteert, krijg je:
F \u003d k \\ frac {q_1q_2} {r ^ 2} \u003d (8.99 \\ times10 ^ 9) \\ frac {(2 \\ times 1.602 \\ times10 ^ {- 19}) (- 4 \\ times 1.602 \\ times 10 ^ {- 19})} {0.0025 ^ 2} \u003d 2.95 \\ times 10 ^ {-22} \\ text {N}

Voorbeeld 2: Stel dat een elektron en een proton worden gescheiden door een afstand van 1 mm. Hoe verhoudt de zwaartekracht daartussen zich tot de elektrostatische kracht?

De zwaartekracht kan worden berekend uit de vergelijking:
F_ {grav} \u003d G \\ frac {m_pm_e} {r ^ 2}

Waar de zwaartekrachtconstante G
\u003d 6,67 × 10 ^{-11 m 3 /kgs 2.}

Het inpluggen van cijfers geeft:
F_ {grav } \u003d (6.67 \\ keer 10 ^ {- 11}) \\ frac {(1.67 \\ keer 10 ^ {- 27}) (9.11 \\ keer 10 ^ {- 31})} {(1 \\ keer 10 ^ {- 3} ) ^ 2} \u003d 1.015 \\ keer 10 ^ {- 61} \\ text {N}

De elektrostatische kracht wordt gegeven door de wet van Coulomb:
F_ {elec} \u003d k \\ frac {q_1q_2} {r ^ 2} \u003d (8.99 \\ times10 ^ 9) \\ frac {(1.602 \\ times 10 ^ {- 19}) (- 1.602 \\ times 10 ^ {- 19})} {(1 \\ times 10 ^ {- 3}) ^ 2} \u003d 2.307 \\ keer 10 ^ {- 22} \\ text {N}

De elektrostatische kracht tussen het proton en het elektron is meer dan 10 <39 maal groter dan de zwaartekracht!