Τι είναι η κινητή χρέωση;

Ένα κινούμενο φορτίο είναι ένας άτυπος τρόπος αναφοράς σε ένα φορτισμένο αντικείμενο που αλλάζει τη θέση του σε σχέση με έναν συγκεκριμένο παρατηρητή. Τα κινούμενα φορτία διαφέρουν σημαντικά από τα σταθερά στο ότι δημιουργούν μαγνητικά πεδία. Δεδομένου ότι ένα αντικείμενο μπορεί να κινείται σε σχέση με έναν παρατηρητή ενώ παραμένει ακίνητο σε σχέση με έναν άλλο, είναι δυνατό για διαφορετικούς παρατηρητές να μετρήσουν διαφορετικές τιμές για το ίδιο μαγνητικό πεδίο. Αυτή η παρατήρηση ήταν ένα κίνητρο που οδήγησε τον Άλμπερτ Αϊνστάιν να διατυπώσει την ειδική θεωρία της σχετικότητας το 1905.

Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ένα συνηθισμένο παράδειγμα κίνησης φορτίου. Όταν ένα καλώδιο συνδέεται με μια μπαταρία, το ηλεκτρικό πεδίο που διατηρείται από την μπαταρία προκαλεί φυσικά την κίνηση των ηλεκτρονίων στο καλώδιο. Ενώ τα ηλεκτρόνια είναι υπεύθυνα για τη μεταφορά φορτίου κατά μήκος των καλωδίων, τα μεγαλύτερα ιόντα μετακινούν το φορτίο μέσα στη μπαταρία. Τα αρνητικά ιόντα μετακινούνται από τον θετικό πόλο μιας μπαταρίας στον αρνητικό πόλο της και τα θετικά ιόντα κινούνται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Με αυτόν τον τρόπο μια μπαταρία λειτουργεί σαν μια αντλία που σπρώχνει ρεύμα γύρω από ένα κύκλωμα.

Η κίνηση των φορτίων στο κύκλωμα δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Αν και συχνά δίνεται στους μαθητές η εντύπωση ότι η ισχύς ενός ηλεκτρικού κυκλώματος βρίσκεται στην κίνηση των ηλεκτρονίων στο καλώδιο, η χρησιμότητα ενός κυκλώματος σε όλες εκτός από τις πιο βασικές εφαρμογές βρίσκεται στα ηλεκτρομαγνητικά πεδία που παράγονται. Η σύγχρονη τεχνολογία χρησιμοποιεί αυτά τα πεδία με μυριάδες τρόπους, κυρίως για να τροφοδοτήσει ηλεκτρομαγνήτες κρίσιμους για τη λειτουργία των ηλεκτροκινητήρων.

Τα κινούμενα φορτία δεν είναι μόνο η αιτία των μαγνητικών πεδίων αλλά επηρεάζονται και από αυτά. Ένα μαγνητικό πεδίο προκαλεί την καμπύλη ενός κινούμενου φορτίου και όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητά του, τόσο περισσότερη δύναμη ασκεί το μαγνητικό πεδίο στο κινούμενο φορτίο. Με αυτόν τον τρόπο, το ρεύμα σε ένα κύκλωμα μπορεί να επηρεάσει το ρεύμα σε ένα άλλο. Οι μετασχηματιστές χρησιμοποιούν αυτό το εφέ, χρησιμοποιώντας το ρεύμα σε ένα καλώδιο για να δημιουργήσουν διαφορετικό ρεύμα σε άλλο. Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής χρησιμοποιούν μια παραλλαγή αυτής της ιδέας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Τα ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια ασκούν δύναμη το ένα στο άλλο, επομένως απαιτείται εργασία για να μετακινηθεί το ένα σε σχέση με το άλλο ακόμη και απουσία μαγνητικών πεδίων. Η εργασία που απαιτείται για τη συναρμολόγηση μιας συλλογής φορτίων ισούται με την ηλεκτρική ενέργεια του συστήματος. Δύο θετικά φορτισμένα αντικείμενα απωθούν το ένα το άλλο και η προσπάθεια που απαιτείται για να ωθηθούν το ένα προς το άλλο μπορεί να παρομοιαστεί με την ενέργεια που απαιτείται για τη συμπίεση ενός ελατηρίου. Μια μπαταρία μπορεί να γίνει ποιοτικά κατανοητή ως ένα ζεύγος τέτοιων ελατηρίων και οι χημικές αντιδράσεις στο εσωτερικό της μπαταρίας προκαλούν τη συσσώρευση φορτίων παρόμοιας πινακίδας και στα δύο άκρα.