Sarcina electrică, sau cantitatea de electricitate, este o mărime fizică ce exprimă din punct de vedere macroscopic o proprietate fundamentală a materiei, determinând interacțiunile acesteia prin intermediul câmpului electromagnetic. Există două tipuri de sarcină electrică: pozitivă și negativă, asociate particulelor subatomice precum electronii și protonii. Materia încărcată electric este influențată de câmpul electric și, în același timp, produce câmp electric. Interacțiunea dintre o sarcină în mișcare și un câmp electromagnetic este sursa forței electromagnetice, una dintre cele patru forțe fundamentale ale naturii.
O „distrugere” a sarcinilor electrice nu este posibilă; se vorbește mai degrabă despre „conservarea” sarcinilor și a energiei asociate acestora. Sarcina electrică este o caracteristică a unor particule subatomice și este cuantificată, fiind exprimată ca multiplu al așa-numitei sarcini elementare (e), a cărei valoare este de aproximativ 1,602 × 10-19 C (coulombi). Există sarcini pozitive și sarcini negative; cele două tipuri de sarcini, (+) și (-), au valori egale în modul (simetrie valorică). Electronii au, prin convenție, sarcina -1, iar protonii au sarcina opusă, +1. Quarkurile posedă o sarcină fracționară, de -1/3 sau +2/3.
În general, particulele cu sarcină de același semn se resping, în timp ce cele de semne opuse se atrag. Sarcina electrică a unui obiect macroscopic reprezintă suma sarcinilor electrice ale componentelor sale. Adesea, sarcina electrică netă este zero, deoarece numărul de electroni din fiecare atom este egal cu numărul de protoni, iar sarcinile acestora se anulează reciproc. Situațiile în care sarcina netă este nenulă sunt denumite electricitate statică.
Mai mult, chiar și atunci când sarcina netă este zero, aceasta poate fi distribuită neuniform (de exemplu, din cauza unui câmp electric extern). În acest caz, se spune despre material că este polarizat, iar sarcinile asociate polarizării sunt numite sarcini legate (în timp ce sarcinile în exces aduse din exterior se numesc sarcini libere).
O mișcare ordonată a particulelor încărcate într-o anumită direcție (în metale, aceste particule sunt electronii) este cunoscută sub numele de curent electric.
Unitatea de măsură în Sistemul Internațional pentru sarcina electrică este coulombul (C). Acesta reprezintă aproximativ 6,024 × 1018 sarcini elementare (egale cu sarcina unui singur proton sau electron). Coulombul este definit ca fiind sarcina electrică sau cantitatea de electricitate care trece prin secțiunea transversală a unui conductor electric parcurs de un amper timp de o secundă.
Simbolul Q este frecvent utilizat pentru a nota cantitatea de sarcină electrică. Formal, sarcina electrică a unui corp trebuie să fie un multiplu al sarcinii elementare (e), deci sarcina este cuantificată. Cu toate acestea, deoarece se lucrează adesea cu cantități macroscopice, cu multe ordine de mărime mai mari decât sarcina elementară, sarcina poate lua practic orice valoare reală.
Tipuri de materiale în funcție de comportamentul electric:
- Conductoare: materiale prin care sarcinile electrice se pot deplasa cu ușurință (ex: metalele).
- Izolante (dielectrici): materiale care se opun puternic mișcării sarcinilor electrice (ex: rășinile, ebonita, aerul uscat).
- Semiconductoare: materiale cu proprietăți intermediare între cele ale conductoarelor și izolatoarelor.
Ecuația de continuitate pentru sarcina electrică este o lege fundamentală a electrodinamicii, care afirmă că sarcina electrică nu poate fi creată sau distrusă, ci doar transferată sau conservată. Aceasta poate fi exprimată matematic prin relația dintre densitatea de sarcină electrică (ρ) și densitatea curentului electric (J):
∂ρ/∂t + ∇ · J = 0
unde:
- ∂ρ/∂t reprezintă rata de variație a densității de sarcină în timp.
- ∇ · J este divergența densității curentului, indicând ieșirea netă de sarcină dintr-o regiune.
Această ecuație exprimă faptul că orice scădere a densității de sarcină într-o regiune (∂ρ/∂t < 0) trebuie să fie compensată de un flux net de sarcină care iese din acea regiune (∇ · J > 0), și viceversa. Altfel spus, sarcina electrică se conservă.
SARCINA ELECTRICA
Referințe bibliografice:
- Vasile Tutovan, Electricitate și magnetism, vol. I, Editura Tehnică, 1984.
- Igor Tamm, (1952) Bazele teoriei electricității, Editura Tehnică.
- Theodor V. Ionescu (1968).
- Martin Uman, (1987) All About Lightning. Dover Publications. ISBN 0-486-25237-X.
- W.J. Duffin, Tyson Sewell (1902), The Elements of Electrical Engineering, Lockwood.
- L. Solymar, W.J. Duffin.
tags: #ecuatia #de #continuitate #pentru #sarcina #electrica