Т. Заряд

Электрический заряд

Из всех известных фундаментальных типов взаимодействия наиболее распространенными являются электромагнитные. Простейший пример этих взаимодействий — притяжение и отталкивание наэлектризованных тел.

Впервые его наблюдал Фал ее (VII в. до н.э.), используя янтарную палочку, потертую о шерсть. Позже В.Гильберт (XVI в.) обнаружил, что свойством притягивать легкие предметы обладают, кроме янтаря, фарфор и многие другие тела, предварительно натертые кожей или другими мягкими материалами. Это явление В. Гильберт назвал электризацией (electron по-гречески — янтарь).

О телах, способных к таким взаимодействиям, говорят, что они электрически заряжены, т.е. им сообщен электрический заряд.

Электрический заряд q — это количественная мера способности тел к электромагнитным взаимодействиям.

Единицей электрического заряда в СИ является кулон. 1 кулон есть электрический заряд, переносимый через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока 1 А.

Опыты по электризации тел трением, взаимодействию незаряженной станиолевой гильзы с заряженной палочкой показывают, что:

1. существуют два рода электрических зарядов, которые условно называют положительными и отрицательными; заряд элементарных частиц — протонов, входящих в состав любого ядра, называют положительным, а заряд электронов — отрицательным;
2. при взаимодействии одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются. На этом свойстве зарядов основано действие простейших приборов — электроскопа и электрометра;
3. современная физика приводит к выводу о существовании элементарного заряда, являющегося неотъемлемым свойством ряда элементарных частиц. Впервые немецкий физик Г. Гельмгольц в 1881 г. высказал гипотезу, объясняющую электрические явления существованием электрически заряженных элементарных частиц. Впоследствии эта гипотеза подтвердилась открытием электрона (в 1897 г. английским физиком У. Томсоном) и протона (в 1919 г. Э. Резерфордом).
   Электрон — это элементарная частица, заряд которой е = -1,6·10^-19 Кл, масса m_e = 9,1·10^-31 кг. Протон имеет положительный заряд е = 1,6·10^-19 Кл, а масса протона в 1836 раз больше массы электрона;
4. электрический заряд дискретен (это доказано опытным путем американским физиком Р. Милликеном и русским физиком А. Ф. Иоффе). Это значит, что любой заряд, больший элементарного, состоит из целого числа элементарных зарядов q = ±N·e, где N = 1, 2, 3...
   В теле, электрически нейтральном, число протонов и электронов одинаково и они равномерно распределены по объему. Если число электронов в теле меньше числа протонов, то оно заряжено положительно, а если заряд обусловлен избытком электронов, то тело заряжено отрицательно.
   Именно этот избыточный заряд определяет собой электрические свойства тела, и его называют зарядом тела, q = (N₊ - N_-) e, где N₊ — число протонов, N_- — число электронов.
   Процесс, приводящий к появлению на телах или разных частях тела избыточного заряда, называют электризацией;
5. заряд инвариантен, т.е. не зависит от характера движения заряженной частицы, ни от ее взаимодействия с другими частицами, ни от выбора системы отсчета. Об этом свидетельствуют многие факты. Так, неионизированный атом и молекула нейтральны: заряды электронной оболочки атома и ядра в точности равны друг другу. А между тем характер движения электронов и ядер совершенно различен. Кроме того, при химических превращениях движение электронов в оболочках атомов изменяется, что приводит к изменению характера спектров атомов. Если бы заряд зависел от скорости движения частиц, то в химических реакциях могли бы появиться нескомпенсированные электрические заряды, но это не обнаружено.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 209-210.