Електричний заряд – це фізична величина, що характеризує властивість частинок або тіл вступати в електромагнітні силові взаємодії

Електричний заряд. Закон Кулона

Електричне поле

Електродинаміка

Багато фізичних явищ, спостережуваних в природі і житті, що оточує нас, не можуть бути пояснені тільки на основі законів механіки, молекулярно-кінетичної теорії і термодинаміки. У цих явищах виявляються сили, що діють між тілами на відстані, причому ці сили не залежать від мас взаємодіючих тіл і, отже, не є гравітаційними. Ці сили називають електромагнитними силами.

Про існування електромагнітних сил знали ще стародавні греки. Але систематичне, кількісне вивчення фізичних явищ, в яких виявляється електромагнітна взаємодія тіл, почалося тільки в кінці XVIII століття. Працями багатьох учених в XIX столітті завершилося створення стрункої науки, що вивчає електричні і магнітні явища. Ця наука, яка є одним з найважливіших розділів фізики, отримала назву електродинаміки.

Основними об'єктами вивчення в електродинаміці є електричні і магнітні поля, що створюються електричними зарядами і струмами.

Подібно до поняття гравітаційної маси тіла в механіці Ньютона, поняття заряду в електродинаміці є первинним, основним поняттям.

Електричний заряд зазвичай позначається буквами q або Q.

Сукупність всіх відомих експериментальних фактів дозволяє зробити наступні виводи:

· Існує два роди електричних зарядів, умовно названих позитивними і негативними.

· Заряди можуть передаватися (наприклад, при безпосередньому контакті) від одного тіла до іншого. На відміну від маси тіла електричний заряд не є невід'ємною характеристикою даного тіла. Одне і те ж тіло в різних умовах може мати різний заряд.

· Однойменні заряди відштовхуються, різнойменні – притягуються. У цьому також виявляється принципова відмінність електромагнітних сил від гравітаційних. Гравітаційні сили завжди є силами тяжіння.

Одним з фундаментальних законів природи є експериментально встановлений закон збереження електричного заряду.

У ізольованій системі сума алгебри зарядів всіх тіл залишається постійною:

q₁ + q₂ + q₃ +... + q_n = const.

Закон збереження електричного заряду стверджує, що в замкнутій системі тіл не можуть спостерігатися процеси народження або зникнення зарядів тільки одного знаку.

З сучасної точки зору, носіями зарядів є елементарні частинки. Всі звичайні тіла складаються з атомів, до складу яких входять позитивно заряджені протони, негативно заряджені електрони і нейтральні частинки – нейтрони. Протони і нейтрони входять до складу атомних ядер, електрони утворюють електронну оболонку атомів. Електричні заряди протона і електрона по модулю в точності однакові і рівні елементарному заряду e.

У нейтральному атомі число протонів в ядрі рівне числу електронів в оболонці. Це число називається атомним номером. Атом даної речовини може втратити один або декілька електронів або придбати зайвий електрон. У цих випадках нейтральний атом перетворюється на позитивно або негативно заряджений іон.

Заряд може передаватися від одного тіла до іншого тільки порціями, що містять ціле число елементарних зарядів. Таким чином, електричний заряд тіла – дискретна величина:

Фізичні величини, які можуть приймати тільки дискретний ряд значень, називаються квантованими. Елементарний заряд e є квантом (найменшою порцією) електричного заряду. Слід зазначити, що в сучасній фізиці елементарних частинок передбачається існування так званих кварков – частинок з дробовим зарядом і Проте, у вільному стані кварки до цих пір спостерігати не вдалося.

У звичайних лабораторних дослідах для виявлення і вимірювання електричних зарядів використовується електрометрія – прилад, що складається з металевого стрижня і стрілки, яка може обертатися навколо горизонтальної осі (мал. 1). Стрижень із стрілкою ізольований від металевого корпусу. При зіткненні зарядженого тіла із стрижнем електрометрії, електричні заряди одного знаку розподіляються по стрижню і стрілці. Сили електричного відштовхування викликають поворот стрілки на деякий кут, по якому можна судити про заряд, переданий стрижню електрометрії.

Малюнок 1. Перенесення заряду із зарядженого тіла на електрометрію

Електрометрія є достатньо грубим приладом; він не дозволяє досліджувати сили взаємодії зарядів. Вперше закон взаємодії нерухомих зарядів був відкритий французьким фізиком Ш. Кулоном в 1785 р. У своїх дослідах Кулон вимірював сили тяжіння і відштовхування заряджених кульок за допомогою сконструйованого ним приладу – крутильних вагів (мал. 2), що відрізнялися надзвичайно високою чутливістю. Так, наприклад, коромисло вагів поверталося на 1° під дією сили порядка 10^–9 Н.

Ідея вимірювань ґрунтувалася на блискучій здогадці Кулона про те, що якщо заряджену кульку привести в контакт з точно таким же незарядженим, то заряд першого розділиться між ними порівну. Таким чином, був вказаний спосіб змінювати заряд кульки два, три і т. д. раз. У дослідах Кулона вимірювалася взаємодія між кульками, розміри яких багато менше відстані між ними. Такі заряджені тіла прийнято називати точковими зарядами.

Дата добавления: 2015-05-08