Lad os snakke lidt om hvad jeg synes er en af
de mere mærkelige kræfter i universet.
Faktisk synes jeg alle typer kræfter i universet er
ret mærkelige, så lad os snakke
lidt om ladning.
Og vi har alle hørt om ladning.
Lad batteriet op.
Denne partikel har ladning.
Men når du tænker efter, så er alt hvad ladning betyder,
at der er denne egenskab kaldet ladning, og vi ved
at hvis noget indeholder en positiv ladning - og at kalde
den positiv er lidt tilfældigt -
Det er jo ikke sådan, at protonen har et lille "plus" skrevet på sig.
Vi kunne kaldt dem negativ.
Men hvis noget har en positiv ladning og når
noget andet har en positiv ladning, så
frastødes de.
Vi ved også, at hvis jeg havde noget andet, en anden
partikel som tilfældigvis er en negativ ladning, og igen
ordet "negativ" som bruges, er
aldeles tilfældig.
De kunne have kaldet den blå ladning og rød ladning, men alt
vi ved er, at når et andet objekt har den modsatte ladning -
i dette tilfælde kalder vi det negativ - så bliver den
tiltrukket til en positiv ladning.
Så hvad ved vi om ladning?
Ladning er en egenskab som partikler har, og hvis du samler
nok partikler sammen, så har vel hele objekter
de samme egenskaber, også.
Så det er altså bare en egenskab.
Og det er bare en anden måde at sige, at jeg egentlig
ikke ved hvad det er.
Og helt ærligt - ingen ved hvad
det egentlig er.
Faktisk ved ingen egentlig noget om noget.
Men ladning er en egenskab for partikler og
objekter, ligesom masse.
Jeg mener, hvis du tænker over det, så er masse bare en egenskab.
Og til en vis grad, så virker det lidt mere virkeligt end
ladning, fordi vor hjerner er lavet så den på en måde
fatter hvad masse er - men vi opfatter nok
endnu bedre vægt og volumen bedre end masse, men vi kan tænke
mere over dette en anden gang.
Ladning er lidt mere abstrakt fordi, inden vi
begyndte at gnubbe rav i vort hår, så oplevede vi ikke
meget ladning med mindre vi blev ramt af lynet.
Så ladning er en egenskab som partikler eller objekter har, og
vi ved at der er to slags ladning, hvilket vi har
navngivet lidt tilfældigt positiv og negativ.
Og vi ved at ens ladninge frastøder og modsatte ladninge
tiltrækkes, eller ulige ladninge tiltrækkes, ik'?
Så hvad kan vi udføre med dette?
Vel, hvis vi har denne egenskab, så vil det være brugbart
at kunne måle egenskaben, og derfor
skal vi bruge enheder, og enheden for ladning er
coulomb.
Den er opkaldt efter en videnskabsmand fra sidste ende af 1700-tallet, som
legede en del med ladning.
Du kan slå op mere om ham på Wikipedia.
Men det er kaldet coulomb, og coulomb - der er en
flok definitioner, men jeg kan lide at tænke på det som
elementarpartikler, kun fordi, til en vis grad,
med mindre man går ind i kvante teori og begynder at blande
kvarker og lignende ind, så er elementarladningen lig
ladningen for en proton (oa: korrekt) eller en neutron. (oa: forkert!)
Så jeg vil gå ind i flere detaljer i fremtiden om den egentlige
opbygning af atomer og den slags, men lad mig lige
tegne et lille eksempel.
Så et atom har det med at have nogle neutroner i sig, som ikke
har disse ladning-egenskaber.
De vil have nogle protoner i sig, som
har en positiv ladning.
Igen, det er lidt en
tilfældig defineret positiv.
Vi kunne havde kaldet en rød ladning.
Og så har den disse ting svævende rundt som er meget,
meget, meget lettere end protonerne og neutronerne i
kernen, og de kaldes elektroner.
Det er ikke en gang klart om de er egentlige objekter.
De er næsten ligesom energi, men nogle gange er det brugbart at
betragte dem som objekter.
Nogle gange er det brugbart at betragte dem som -
vel, ikke som objekter.
Og vi vil gå mere ind i dette senere, men elektroner har
en negativ ladning.
Og den mindste enhed for ladning, så vidt vi
arbejder med, inden vi begynder at tale om kvarker og
andre mulige subatomare partikler, er den ladning som
en elektron eller proton har.
Og de har nøjagtig den samme ladning, og denne mindste
ladning skrives e.
Og for at være ærlig, så er jeg ikke sikker på hvad e står for
elementar eller e står for elektron.
Men faktisk er e lig protonens ladning, så
sandsynligvis står det for elementar ladningen for en proton.
Og elektronens ladning er det negative af dette, så
minus e er elektronens ladning.
Men hvis vi var ligeglade med fortegn, så
er størrelsen den samme.
Så det er den mindste, så vidt vi ved eller så langt
i vor fysik.
Det er elementarladningen.
Den mindste mulige ladning er præcis protonens ladning.
eller neutron (oa: FORKERT!)
Så hvor stor er en coulomb i forhold til det?
Vel en coulomb, som vi skriver med et C, er lig - og
dette er lidt et tilfældigt tal, men når vi begynder
at gøre ting med elektricitet, vil vi se hvorfor coulomb blev
defineret på den måde, men en coulomb er 6.24 gange 10
i attende e'er.
Eller du kan sige det er 6.24 gange 10 i attende gange
elektronens ladning - eller - gange protonens
ladning, og underforstået, talværdien
Fordi hvis jeg kun siger coulomb, giver jeg
egentlig ikke nogen retning.
Så hvis man ser på det modsat, kan man sige
at elementarladningen er lig med - i det mindste talværdien -
1.6 gange 10 i minus nittende coulomb.
Så fair nok.
Dette er nok et godt tal at huske, men det
normalt blive opgivet hvis du skal bruge det.
Så hvad kan vi gøre?
Vi siger at disse objekter har denne egenskab kaldet ladning.
Lige ladninger frastødes
Ulige ladninger tiltrækkes.
Hvis vi har tilstrækkelig antal protoner samlet, så har
hele objektet ladning.
Hvis der er flere protoner end elektroner, så har vi en
positiv ladning.
Hvis der er flere elektroner end protoner, så
har vi en negativ ladning.
Og vi ved vi har defineret denne enhed for ladning kaldet
coulomb, hvilket består af en flok elementarladninger.
Så lad os lege lidt med dette og se om
vi kan måle ladning.
Så en del af den første - jeg antager vi kunne kalde det -
definition på hvad ladning er, sagde jeg at lige ladninger
frastødes, ik'?
Lige ladninger frastødes så begge disse er positive.
De vil støde hinanden væk.
Og ulige ladninger .. hvis denne er negativ, så er denne positiv
De vil tiltrække hinanden, ik'?
Så pr. definition, hvis de skubber hinanden, så vil
disse to partikler accelerere
væk fra hinanden.
Disse to partikler vil accelerere
mod hinanden.
Ladningen mellem disse partikler eller ladningen i
hver af disse partikler må generere en slags
kraft, ik'?
Hvis der ikke blev genereret nogen kraft, ville de ikke
støde eller tiltrække hinanden, og det er her vi kommer til
Coulombs Lov, dette er grunden til vi opkaldte
ladninger efter Coulomb.
Coulomb forstod, at kraften mellem to ladninger
er lig med - og dette bliver en vektor, og
om ca. 30 sekunder fortæller jeg hvad der sker med
retningen - er lig med en konstant ganget med den første ladning
ganget med den anden ladning divideret med afstanden
mellem dem, i anden.
Og dette er ret smukt, for det ligner
ret meget - så hvis jeg kalder dette kraften, den elektriske kraft,
det ligner ret meget ligningen for gravitationskraften.
Lad mig skrive det.
Kraften fra gravitation mellem to masser er lige med
gravitationskonstanten ganget med m1 ganget med m2 divideret med
afstanden mellem dem, i anden.
Så langt har vi arbejdet med gravitation, og
nu med elektrisk kraft og vi vil senere
udvide dette til elektromagnetisk kraft, ser det ud til
at de opfører sig ens med hensyn til afstand, og begge
kræfter virker i vakuum.
Så det spiller ingen rolle at du ikke har luft, hvis du ikke har
et stof mellem de to partikler, så ser det ud til
de kommunikerer med hinanden, hvilket er
lidt imponerende, ik'?
Der kan være ingenting mellem de to partikler, men
på en eller anden måde så ved denne partikel at den anden er der og
den partikel ved at den partikel er der, og de
begynder at bevæge sig uden nogen - det er jo ikke fordi
der er et reb mellem dem og nogen fortæller den
anden partikel, hey, der er en partikel der.
Begynd at bevæge dig!
Så jeg ved ikke om du synes det er lige imponerende som jeg, men
tænk over det, og måske vil du.
Og det helt ligesom gravitation.
Jeg mener, de to masser er ikke i kontakt.
De kan sidde i et vakuum, men på en eller anden måde ved de,
at den anden partikel er der.
Og når vi begynder at lære om speciel relativitet og
alt det, vil vi lære, at der er intet der, men
måske former masserne på en eller anden måde hele universet.
Og måske sker det med
de elektriske ladninger også.
Men alt vi ved lige nu, er, at vi har disse ladninger
og at de skaber en kraft på hinanden som er proportional
med produktet af deres respektive ladning divideret med
afstanden mellem dem, i anden.
Og denne konstant lige her, den er .. jeg glemmer den altid.
Hvad var den?
Jeg tror den er 6 .. jeg glemmer altid hvad den er.
Den er 9 gange 10 i niende.
Det er afrundet, selvfølgelig.
Det ville være imponerende hvis den var præcis 9.
9 gange 10 i niende, og enheden er newton meter
i anden pr. coulomb i anden.
Hvorfor er dette enheden?
Vel, mere eller mindre fordi vi skal, vi har coulomb,
coulomb, så vi skal have coulomb i anden divideret
med meter i anden, og vi ønsker at ende op med newton, så vi
ønsker at forkorte coulomb ud ved sætte det
i nævneren.
Vi ønsker at meter forkortes ud ved at sætte det i
tælleren, dermed ender vi op med newton som giver
kraften, så det derfra enhederne kommer.
Så når vi har det, lad os beregne
kraften mellem to partikler.
Lad os sige jeg har - og jeg har brugt 10 minutter med en ret
lang forklaring, mens det egentlige problem vil du opdage
i dit fysik-hold, er ret ligetil når det
kommer til Coulombs Lov.
Så de vil sige, hey, vi har en positiv - vi har en partikel
her som har en positiv ladning på - lad mig tænke
et godt tal - plus 5 gange 10 i minus tredje
coulomb, så det er en positiv ladning.
Og så har vi en negativ ladning her, lad os sige
at - jeg ved ikke ..
Hvor langt fra hinanden vil jeg sætte dem?
Lad os sige at de er en halv meter, 0.5 meter fra hinanden
og så har jeg en negativ ladning som er minus 10
gange 10 i minus anden coulomb.
Så hvad er kraften mellem disse to ladninger?
Hvis vi sætter tallene ind i Coulombs Lov, får vi
kraften fra de elektriske ladninger.
Den elektriske kraft.
Ikke fra elektricitet.
Det har vi ikke arbejdet med, endnu.
Den statiske elektriske kraft mellem to partikler er
lig med konstanten 9 gange 10 i niende ganget med
den første ladning - ganget 5 gange 10 i minus tredje ganget med
den anden ladning - lad mig skrive i en anden farve - gange
minus 10 gange 10 i minus anden - jeg skrev det lige om
selvom du nok ikke kan se det - divideret med
afstanden i anden, så 0.5 i anden,
Vi har lige indsat i formelen.
Så det giver - lad mig se
9 ganget med 0.5 ganget med 10
Jeg regner 10-potenserne separat
Så det giver minus 10
dette er 0.5 ganget minus 10 er minus 5 ganget med 9 er minus 45
og derefter 10 i niende minus 3, altså 10 i sjette, og
så minus 2, så 10 i fjerde - ganget 10 i
fjerde - divideret med - og hvad er 0.5 i anden?
Det er 0.25 ik'?
Og dette giver hvad?
Det giver 4 ganget dette - 160 - plus dette er lig med
minus 180 ganget med 10 i fjerde newton.
Og det kan faktisk se ud som et stort tal, men disse
ladninger som jeg benyttede er faktisk ret store ladninger,
og forhåbentlig vil du få en fornemmelse for hvad som er en stor eller en
lille ladning senere.
Men disse er ret store ladninger, og det er derfor
der er en relativ stor kraft mellem disse
to partikler
Vi fik et negativt svar, så hvad betyde det?
Vel, vi ved at ulige ladninger tiltrækkes, ik'?
Næsten pr. definition.
I dette tilfælde havde vi en positiv og en negativ, så
når vi ender med en negativ kraft når vi bruger Coulombs
Lov, så betyder det at kraften vil trække de to partikler til
hinanden langs den korteste afstand mellem dem.
Jeg mener, det får dem ikke til at bevæge sig i en kurve.
Det giver lidt mening.
Hvis vi havde en positiv der, ville det betyde at kraften
frastødte de to partikler.
Og hvis du bliver forvirret, så tænk over det.
Hvis de begge er negative, vil de frastødes.
Hvis de begge er positive, vil de tiltrækkes.
Vi ses i næste video.