Електричний заряд: відмінності між версіями

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Інтерактивний перегляд історії
[перевірена версія][перевірена версія]
← Попереднє редагуванняНаступне редагування →
Вилучено вміст Додано вміст
ВізуальнийВікірозмітка
історія
Рядок 17: Рядок 17:
}}
}}
{{Електродинаміка}}
{{Електродинаміка}}
'''Електричний заряд'''&nbsp;— [[фізична величина]], яка характеризує здатність тіл створювати [[Електромагнітне поле|електромагнітні поля]] та брати участь в [[Електромагнітна взаємодія|електромагнітній взаємодії]]. Електричний заряд звичайно позначають латинськими літерами <math>q</math> або великою буквою <math>Q</math>. Одиницею вимірювання електричного заряду в [[Система СІ|системі одиниць СІ]] є [[Кулон (одиниця СІ)|кулон]].
'''Електричний заряд'''&nbsp;— [[фізична величина]], яка характеризує здатність тіл створювати [[Електромагнітне поле|електромагнітні поля]] та брати участь в [[Електромагнітна взаємодія|електромагнітній взаємодії]]. Електричний заряд звичайно позначають латинськими літерами <math>q</math> або великою буквою <math>Q</math>. Одиницею вимірювання електричного заряду в [[Система СІ|системі одиниць СІ]] є [[Кулон (одиниця СІ)|кулон]]. Взаємодію електричних зарядів без врахування їх руху вивчає [[електростатика]], а зарядів, що рухаються — електродинаміка.


== Історія ==
== Електричний заряд у макроскопічному світі ==
Ще у давній Греції було відомо, що при натиранні бурштину шерстю він отримує здатність притягувати предмети. По Аристотелю, у 600-х роках до н.є. подібне явище спостерігав [[Фалес|Фалес Мілетський]] (оскільки текстів написаних самим Фалесом не знайдено, підтвердити цю історію наразі неможливо). Саме від давньогрецької назви бурштину (''ηλεκτρον'') і отримали назву електричні явища. Китайські та перські вчені також описували подібні явища{{sfn | Baigrie | 2007 | с=1}}. Зараз електризація тертям (насправді — дотиком) відома як [[трибоелектричний ефект]].
[[Файл:Gilberts versorium needle electroscope.png|міні|Версоріум Гілберта]]
Довгий час притягання при натиранні вважалося особливістю бурштину, аж допоки [[Вільям Гілберт]] у своїй праці "Про магніт, магнітні тіла та про великий магніт — Землю" не показав, що це не так. Він створив прилад під назвою "версоріум"({{lang-la|versorium}}), що дозволяв йому фіксувати навіть слабку електризацію. Версоріум являв собою металевий стержень, подібний до компаса, проте не намагнічений, що починав обертатися при піднесенні наелектризованного об'єкту. Фактично, Гілберт винайшов перший [[електроскоп]].За допомогою свого приладу він виявив цілий ряд речовин, які мали ті ж властивості що бурштин: діамант, скло, сірка і багато інших. Такі речовини він назвав електриками (зараз вони відомі як [[діелектрики]]){{sfn | Baigrie | 2007 | с=10}}. Ймовірно, на дослідження електричних і магнітних явищ Гілберта надихнули роботи [[Джироламо Кардано]], який в середині 16 століття написав кілька робіт, присвячених порівнянню макнітного і електричного притягання{{sfn | Baigrie | 2007 | с=11}}.


У 1660-х [[Отто фон Ґеріке]] створив прилад, що дозволяв йому отримувати значні заряди. Його прилад являв собою кулю з сірки, насаджену на вісь. Куля оберталася, и натиралася сухими руками, накопичуючи заряд. Ґеріке першим описав електростатичне відштовхування — він помітив, що предмети, що торкалися кулі самі отримували заряд, але починали відштовхуватися один від одного{{sfn | Greiner | 2012 | с=25}}. Також Ґеріке показав, що заряд може передаватися по лляним ниткам на відстань до метра. Цікаво, що Ґеріке ставив свої досліди, бо спочатку думав, що гравітація має електричну природу, тобто, Земля має електричний заряд, і через це притягає до себе оточуючі предмети<ref>[http://galileo.phys.virginia.edu/classes/109N/more_stuff/E&M_Hist.pdf Historical Beginnings of Theories of Electricity and Magnetism]{{ref-en}}</ref>.
У звичному для нас макроскопічному світі електричний заряд виникає внаслідок процесу [[електризація|електризації]], наприклад, електризації [[тертя]]м, і проявляється у притяганні або відштовхуванні заряджених тіл. Те, що при натиранні [[бурштин]] отримує властивість притягати до себе легкі предмети, описував в 600-х роках до Р. Х. [[Фалес|Фалес Мілетський]]. Досліди з [[електроскоп]]ом свідчать про те, що ця можливість може проявлятися слабше або сильніше, тобто, що електричний заряд можна характеризувати кількісно. Електричний заряд може перетікати з одного тіла на інше.


У 1675 році [[Роберт Бойль]] встановив, що електричне притягання діє в тому числі і у вакуумі<ref>[https://books.google.com.ua/books?id=XPrqOr7P0QwC&pg=PA339 The Oxford Guide to the History of Physics and Astronomy]{{ref-en}}</ref>.
Електричні заряди бувають двох типів, їх називають ''додатніми'' й ''від'ємними'' зарядами (позитивними й негативними). Існування двох типів зарядів пояснює різницю у взаємодії наелектризованих тіл. Однойменні заряди відштовхуються, різнойменні&nbsp;— притягуються. Контакт від'ємно зарядженого тіла з додатньо зарядженим призводить до перерозподілу зарядів тіл. Тіла, в яких електричні заряди повністю компенсовані називаються ''нейтральними''. Такими є більшість тіл у природі, оскільки сили взаємодії між електричними зарядами дуже значні, й призводять до руху зарядів, при якому вони компенсуються, й тіла розряджаються.


У 1729 році [[Стівен Ґрей]] показав, що електричний заряд може бути переданий за допомогою лляних ниток на значну відстань (до 300 метрів). Крім того він з'ясував, що деякі речовини (метали) проводили заряд значно краще ніж інші (шовкові нитки)<ref>[http://histoires-de-sciences.over-blog.fr/2018/04/history-of-electricity.the-discovery-of-conductors-and-insulators-by-gray-dufay-and-franklin.html History of electricity. The discovery of conductors and insulators by Gray, Dufay and Franklin.]</ref>.
Кількісно [[сила|сили]], які виникають при взаємодії зарядів, описуються [[закон Кулона|законом Кулона]]. Взаємодія між зарядами опосередкована [[електричне поле|електричним полем]], що виникає навколо будь-якого зарядженого тіла.


У 1733 році [[Шарль Франсуа Дюфе]] відкрив, що існує два вида заряду. Він назвав їх "скляним" і "смоляним", і показав, що одноіменні заряди відштовхуються, а різноіменні — притягуються{{sfn | Greiner | 2012 | с=25}}.
Рух зарядів призводить до виникнення [[електричний струм|електричного струму]]. Рухомі заряди, тобто електричний струм, створюють навколо себе не тільки електричне, а й [[магнітне поле]].

У 1746 році [[Пітер ван Мушенбрук]] винайшов [[Лейденська банка|"лейденську банку"]] — перший [[конденсатор]]{{sfn | Greiner | 2012 | с=25}}.

У 1747 році [[Бенджамін Франклін]] показав електричну природу блискавки.

У 1775 році [[Шарль Огюстен Кулон]] сконструював [[крутильні терези]], і відкрив з їх допомогою закон зворотніх квадратів, якому підкоряється взаємодія електричних зарядів, відомий зараз як [[закон Кулона]]{{sfn | Greiner | 2012 | с=26}}. Тільки через сто років після цього стало відомо, що [[Генрі Кавендіш]] відкрив цей закон на 10 років раніше, але не опублікував свої результати.

У 1800 році Вольта сконструював першу електричну батарею що призвело до швидкого розвитку у 19 столітті теорії електричного струму а також встановлення зв'язку між електрикою і магнетизмом.

У 1843 році [[Майкл Фарадей]] довів [[закон збереження електричного заряду]]<ref>[https://books.google.com.ua/books?id=IeTEDwAAQBAJ&pg=PA123 High Energy Physics]{{ref-en}}</ref>. Крім того він відкрив [[електромагнітна індукція|електромагнітну індукцію]] і створив перший генератор постійного струму.

У 1861 році [[Джеймс Максвелл]] записав [[Рівняння Максвелла|свої рівняння]], що повністю описували електричну і магнітну взаємодію у класичній формі.

У 1897 році [[Джозеф Джон Томсон]] відкрив [[електрон]].


== Електричний заряд у мікроскопічному світі ==
== Електричний заряд у мікроскопічному світі ==
Рядок 83: Рядок 100:
|видавництво=Наука
|видавництво=Наука
|знаходження=Москва}}
|знаходження=Москва}}
* {{книгаGreiner
⚫
* {{книга
|автор = Яворський Б. М., Детлаф А. А., Лебедєв А. К.
|автор = Яворський Б. М., Детлаф А. А., Лебедєв А. К.
|заголовок = Довідник з фізики для інженерів та студентів вищих навчальних закладів
|заголовок = Довідник з фізики для інженерів та студентів вищих навчальних закладів
Рядок 95: Рядок 112:
|автор = Brian Scott Baigrie
|автор = Brian Scott Baigrie
|заголовок = Electricity and Magnetism: A Historical Perspective
|заголовок = Electricity and Magnetism: A Historical Perspective
|посилання = https://books.google.com.ua/books?id=3XEc5xkWxi4C
|рік = 2007
|рік = 2007
|видавництво = Greenwood Press
|видавництво = Greenwood Press
Рядок 100: Рядок 118:
|isbn = 9780313333583
|isbn = 9780313333583
|ref = Baigrie
|ref = Baigrie
}}
⚫
* {{книга
|автор = Walter Greiner
|заголовок = Classical Electrodynamics
|посилання = https://books.google.com.ua/books?id=acjcBwAAQBAJ
|рік = 2012
|видавництво = Springer
|сторінок = 556
|isbn = 9781461205876
|ref = Greiner
}}
}}


Версія за 21:39, 10 травня 2020

Електричний заряд
Електричне поле позитивного і негативного точкових зарядів
Символи: Q
Одиниці вимірювання
У базових величинах SI: 1 Кл = 1 А·с
Розмірність: T I
CMNS: Електричний заряд у Вікісховищі
Класична електродинаміка
Електрика · Магнетизм
Див. також: Портал:Фізика

Електричний заряд — фізична величина, яка характеризує здатність тіл створювати електромагнітні поля та брати участь в електромагнітній взаємодії. Електричний заряд звичайно позначають латинськими літерами або великою буквою . Одиницею вимірювання електричного заряду в системі одиниць СІ є кулон. Взаємодію електричних зарядів без врахування їх руху вивчає електростатика, а зарядів, що рухаються — електродинаміка.

Історія

Ще у давній Греції було відомо, що при натиранні бурштину шерстю він отримує здатність притягувати предмети. По Аристотелю, у 600-х роках до н.є. подібне явище спостерігав Фалес Мілетський (оскільки текстів написаних самим Фалесом не знайдено, підтвердити цю історію наразі неможливо). Саме від давньогрецької назви бурштину (ηλεκτρον) і отримали назву електричні явища. Китайські та перські вчені також описували подібні явища[1]. Зараз електризація тертям (насправді — дотиком) відома як трибоелектричний ефект.

Версоріум Гілберта

Довгий час притягання при натиранні вважалося особливістю бурштину, аж допоки Вільям Гілберт у своїй праці "Про магніт, магнітні тіла та про великий магніт — Землю" не показав, що це не так. Він створив прилад під назвою "версоріум"(лат. versorium), що дозволяв йому фіксувати навіть слабку електризацію. Версоріум являв собою металевий стержень, подібний до компаса, проте не намагнічений, що починав обертатися при піднесенні наелектризованного об'єкту. Фактично, Гілберт винайшов перший електроскоп.За допомогою свого приладу він виявив цілий ряд речовин, які мали ті ж властивості що бурштин: діамант, скло, сірка і багато інших. Такі речовини він назвав електриками (зараз вони відомі як діелектрики)[2]. Ймовірно, на дослідження електричних і магнітних явищ Гілберта надихнули роботи Джироламо Кардано, який в середині 16 століття написав кілька робіт, присвячених порівнянню макнітного і електричного притягання[3].

У 1660-х Отто фон Ґеріке створив прилад, що дозволяв йому отримувати значні заряди. Його прилад являв собою кулю з сірки, насаджену на вісь. Куля оберталася, и натиралася сухими руками, накопичуючи заряд. Ґеріке першим описав електростатичне відштовхування — він помітив, що предмети, що торкалися кулі самі отримували заряд, але починали відштовхуватися один від одного[4]. Також Ґеріке показав, що заряд може передаватися по лляним ниткам на відстань до метра. Цікаво, що Ґеріке ставив свої досліди, бо спочатку думав, що гравітація має електричну природу, тобто, Земля має електричний заряд, і через це притягає до себе оточуючі предмети[5].

У 1675 році Роберт Бойль встановив, що електричне притягання діє в тому числі і у вакуумі[6].

У 1729 році Стівен Ґрей показав, що електричний заряд може бути переданий за допомогою лляних ниток на значну відстань (до 300 метрів). Крім того він з'ясував, що деякі речовини (метали) проводили заряд значно краще ніж інші (шовкові нитки)[7].

У 1733 році Шарль Франсуа Дюфе відкрив, що існує два вида заряду. Він назвав їх "скляним" і "смоляним", і показав, що одноіменні заряди відштовхуються, а різноіменні — притягуються[4].

У 1746 році Пітер ван Мушенбрук винайшов "лейденську банку" — перший конденсатор[4].

У 1747 році Бенджамін Франклін показав електричну природу блискавки.

У 1775 році Шарль Огюстен Кулон сконструював крутильні терези, і відкрив з їх допомогою закон зворотніх квадратів, якому підкоряється взаємодія електричних зарядів, відомий зараз як закон Кулона[8]. Тільки через сто років після цього стало відомо, що Генрі Кавендіш відкрив цей закон на 10 років раніше, але не опублікував свої результати.

У 1800 році Вольта сконструював першу електричну батарею що призвело до швидкого розвитку у 19 столітті теорії електричного струму а також встановлення зв'язку між електрикою і магнетизмом.

У 1843 році Майкл Фарадей довів закон збереження електричного заряду[9]. Крім того він відкрив електромагнітну індукцію і створив перший генератор постійного струму.

У 1861 році Джеймс Максвелл записав свої рівняння, що повністю описували електричну і магнітну взаємодію у класичній формі.

У 1897 році Джозеф Джон Томсон відкрив електрон.

Електричний заряд у мікроскопічному світі

За сучасними уявленнями електричний заряд є властивістю частинок, з яких складаються атоми й молекули. Ядра атомів мають додатній заряд, а електрони — від'ємний. Атоми нейтральні, оскільки в кожному з них стільки електронів, щоб компенсувати додатній заряд ядра. Закони квантової механіки зумовлюють те, що важкі ядра оточені наче хмарою легких електронів. У випадку надлишку або відсутності електронів атоми стають від'ємно або додатньо зарядженими йонами.

Здебільшого електричний струм пояснюється рухом електронів, однак, у деяких випадках, наприклад, в електролітах електричний струм зумовлений рухом іонів.

Крім електронів електричний заряд мають багато інших елементарних частинок. Ядро атома складається з додатньо заряджених протонів та нейтральних нейтронів. Крім того, електричний заряд мають інші частинки: мюони, тауони, мезони, каони тощо. Для кожної частинки, крім фотона, існує античастинка із оберненим електричним зарядом. Так, для електрона античастинкою є позитрон, зяряд якого додатній, для протона — антипротон із від'ємним зарядом тощо.

Дискретність електричного заряду

Важлива особливість заряду полягає в тому, що він квантований (дискретний). Експериментально квантування заряду було виявлено Робертом Ендрусом Міллікеном в експерименті з олійними краплями. Існує найменший електричний заряд, на який можна збільшити, або зменшити сукупний заряд тіла. Цей заряд називають одиничним або елементарним і часто позначають латинською літерою е.

e = -1.602 176 487(40) ×10−19 Кл[10].

Таким чином, електричний заряд частинки можна розглядати в двох сутностях: здатності частинки створювати електричне поле і взаємодіяти з ним: дискретної величини, яка приймає цілі значення, наприклад, , і сталої, яка характеризує інтенсивність цієї взаємодії, кількісне значення якої — величина e. В безрозмірних одиницях інтенсивність взаємодії можна виразити сталою тонкої структури, розділивши квадрат величини e на добуток двох інших фундаментальних сталих: швидкості світла і сталої Планка.

Носіями заряду бувають стійкі (стабільні) і нестійкі (нестабільні) частинки. Серед найстабільніших частинок електрон має одиничний негативний заряд, протон — одиничний позитивний заряд. Заряд ядер атомів визначається кількістю протонів у них.

Теорія кварків стверджує, що кварки мають дробний електричний заряд: або від елементарного заряду.

Закон збереження

Докладніше: Закон збереження електричного заряду

Один із фундаментальних законів фізики стверджує, що електричний заряд не виникає і не зникає. В макроскопічному світі це означає, що заряд певного тіла може збільшитися або зменшитися тільки внаслідок перетікання його на інші тіла й компенсацією зарядом іншого знаку. Ізольована фізична система зберігає свій заряд. У світі елементарних частинок закон збереження означає, що при будь-яких перетвореннях частинок алгебраїчна сума зарядів частинок зберігається.

Жаргон

Часто користуються висловом заряд рухається, при цьому мають на увазі, що рухається носій заряду (тобто елементарна частинка, що має заряд), або тіло, що має надлишок тих чи інших носіїв заряду. Нейтральність тіл свідчить, що такі тіла мають однакову кількість позитивних і негативних зарядів.

Див. також

Виноски

  1. ↑ Baigrie, 2007, с. 1.
  2. ↑ Baigrie, 2007, с. 10.
  3. ↑ Baigrie, 2007, с. 11.
  4. ↑ а б в Greiner, 2012, с. 25.
  5. ↑ Historical Beginnings of Theories of Electricity and Magnetism(англ.)
  6. ↑ The Oxford Guide to the History of Physics and Astronomy(англ.)
  7. ↑ History of electricity. The discovery of conductors and insulators by Gray, Dufay and Franklin.
  8. ↑ Greiner, 2012, с. 26.
  9. ↑ High Energy Physics(англ.)
  10. ↑ CODATA Value: elementary charge. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. US NIST. June 2011. Процитовано 23 червня 2011.

Джерела

Тематичні сайти
Словники та енциклопедії
Довідкові видання
Нормативний контроль
Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.
Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Електричний_заряд&oldid=27973031