Електричний заряд

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Електричне поле позитивного і негативного точкових зарядів
Класична електродинаміка
VFPt Solenoid correct2.svg
Електрика · Магнетизм

Електри́чний заря́д — скалярна фізична величина, квантована та інваріантна, яка є кількісною мірою властивості фізичних тіл або частинок речовини вступати в електромагнітну взаємодію. Електричний заряд звичайно позначають латинськими літерами q або великою буквою Q. Одиницею вимірювання електричного заряду в системі одиниць СІ є кулон.

Електричний заряд у макроскопічному світі[ред.ред. код]

У звичному для нас макроскопічному світі електричний заряд виникає внаслідок процесу електризації, наприклад, електризації тертям, 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 Мілетський. Досліди з електроскопом 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.

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 - 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.

Кількісно сили, які виникають при взаємодії зарядів, описуються законом Кулона. Взаємодія між зарядами опосередкована електричним полем, що виникає навколо будь-якого зарядженого тіла.

Рух зарядів призводить до виникнення електричного струму. Рухомі заряди, тобто електричний струм, створюють навколо себе не тільки електричне, а й магнітне поле.

Електричний заряд у мікроскопічному світі[ред.ред. код]

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[ред.ред. код]

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[1].

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,  \pm 1 , 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:  \pm 1/3 або  \pm 2/3 від елементарного заряду.

Закон збереження[ред.ред. код]

Докладніше у статті 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[ред.ред. код]

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.

Джерела[ред.ред. код]

  • І.М. Кучерук, І.Т. Горбачук, П.П. Луцик (2006). Загальний курс фізики: Навчальний посібник у 3-х т. Т.2. Електрика і магнетизм. Київ: Техніка. 
  • Сивухин Д.В. (1977). Общий курс физики. т III. Электричество. Москва: Наука. 

Див. також[ред.ред. код]

Виноски[ред.ред. код]


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.