Калькулятор избытка электронов

Электрический заряд квантован: обычное вещество приобретает суммарный отрицательный заряд, когда электронов в нём больше, чем протонов, и положительный заряд, когда электроны удалены. По определению СИ модуль заряда одного электрона составляет ровно 1.602176634e-19 кулона. Поэтому деление модуля измеренного суммарного заряда на этот элементарный заряд позволяет оценить число электронов, вызывающих дисбаланс. Если введено округлённое экспериментальное значение, результат не обязательно будет целым числом. Калькулятор показывает величину электронного дисбаланса. Отрицательный заряд объекта соответствует избытку электронов, а положительный физически соответствует такому же числу недостающих электронов. Поскольку поле ввода запрашивает модуль заряда, при вычислениях значение с любым знаком берётся по модулю. Инструмент не подразумевает существования дробных электронов: десятичные знаки возникают из-за точности измерений и округления при отображении. Дополнительные результаты предполагают изолированную проводящую сферу с равномерным распределением заряда по внешней поверхности. Её площадь равна четырём пи, умноженным на квадрат радиуса, поэтому средняя поверхностная плотность заряда равна заряду, делённому на эту площадь. Непосредственно снаружи сферического проводника напряжённость поля равна постоянной Кулона, умноженной на заряд и делённой на квадрат радиуса. Это то же поле, что и у точечного заряда в центре сферы, но лишь на сферической поверхности и за её пределами. Реальные объекты могут не соответствовать этим допущениям. Заряд концентрируется у острых краёв и вершин, соседние проводники искажают поле, изоляторы могут сохранять неоднородно заряженные участки, а окружающая среда меняет электрический отклик за счёт диэлектрической проницаемости. При очень сильных полях ионизация воздуха, коронный разряд или пробой диэлектрика могут приводить к утечке заряда. Поэтому рассчитанные плотность и поле являются идеальными справочными значениями, а не подробной электростатической моделью или пределом безопасности. Используйте кулоны для заряда и метры для радиуса. Научная запись удобна, поскольку электростатические заряды могут быть очень малы: один микрокулон равен 1e-6 C, а один нанокулон — 1e-9 C. Радиус не влияет на число электронов, так как оно зависит только от заряда. При удвоении радиуса средняя поверхностная плотность и поле у поверхности уменьшаются в четыре раза, поскольку обе величины обратно пропорциональны квадрату радиуса. Калькулятор подходит для задач по физике, проверки правдоподобия лабораторных данных, электростатических демонстраций и сравнения заряженных сфер. Показания электрометра или цилиндра Фарадея можно быстро перевести в дисбаланс числа частиц. Для точных расчётов сохраняйте знак отдельно, учитывайте неопределённость измерений, при необходимости используйте диэлектрическую проницаемость материала и решайте задачу для реальной геометрии аналитическими или численными методами электростатики.