Co to jest ruchoma opłata?

Ruchomy ładunek jest nieformalnym sposobem na odniesienie do ładowanego obiektu zmieniającego swoją pozycję względem konkretnego obserwatora. Ładunki ruchome różnią się znacznie od stacjonarnych, ponieważ wytwarzają pola magnetyczne. Ponieważ obiekt może poruszać się względem jednego obserwatora, pozostając nieruchomy w stosunku do drugiego, różni obserwatorzy mogą mierzyć różne wartości dla tego samego pola magnetycznego. Ta obserwacja była jedną z motywacji, które skłoniły Alberta Einsteina do sformułowania swojej specjalnej teorii względności w 1905 roku.

Prąd elektryczny jest powszechnym przykładem ruchomego ładunku. Kiedy drut jest podłączony do akumulatora, pole elektryczne utrzymywane przez akumulator naturalnie powoduje ruch elektronów w przewodzie. Podczas gdy elektrony są odpowiedzialne za przenoszenie ładunku wzdłuż przewodów, większe jony przenoszą ładunek wewnątrz akumulatora. Jony ujemne przemieszczają się od dodatniego bieguna akumulatora do ujemnego bieguna, a jony dodatnie poruszają się w przeciwnym kierunku. W ten sposób bateria działa jak pompa przepychająca prąd wokół obwodu.

Ruch ładunków w obwodzie generuje pole magnetyczne. Chociaż uczniowie często mają wrażenie, że moc obwodu elektrycznego leży w ruchu elektronów w przewodzie, przydatność obwodu we wszystkich, poza najbardziej podstawowymi zastosowaniami, znajduje się w wytwarzanych polach elektromagnetycznych. Nowoczesna technologia wykorzystuje te pola na niezliczone sposoby, w szczególności do zasilania elektromagnesów o kluczowym znaczeniu dla działania silników elektrycznych.

Ładunki ruchome są nie tylko przyczyną pól magnetycznych, ale również na nie wpływają. Pole magnetyczne powoduje zakrzywienie ruchomego ładunku i im większa jest jego prędkość, tym większa siła wywiera pole magnetyczne na ruchomy ładunek. W ten sposób prąd w jednym obwodzie może wpływać na prąd w innym. Transformatory wykorzystują ten efekt, wykorzystując prąd w jednym przewodzie do generowania innego prądu w innym przewodzie. Elektrownie wykorzystują odmianę tego pomysłu do wytwarzania energii elektrycznej.

Cząstki naładowane elektrycznie wywierają na siebie siłę, dlatego konieczna jest praca, aby przenieść się względem siebie nawet przy braku pól magnetycznych. Praca wymagana do zgromadzenia zbioru ładunków równa się energii elektrycznej układu. Dwa dodatnio naładowane obiekty odpychają się nawzajem, a wysiłek wymagany do popchnięcia ich ku sobie można porównać do energii wymaganej do ściśnięcia sprężyny. Akumulator można jakościowo rozumieć jako parę takich sprężyn, a reakcje chemiczne wewnątrz akumulatora powodują gromadzenie się ładunków podobnych znaków na obu końcach.