Что такое электрический заряд определение: Электрический заряд. Закон Кулона – что это такое, его свойства и единицы измерения

Электрический заряд — Википедия

Электри́ческий заря́д (коли́чество электри́чества) — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году.

Единица измерения заряда в Международной системе единиц (СИ) — кулон — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника с током 1 А за время 1 с. Заряд в один кулон очень велик. Если бы два носителя заряда (q1 = q2 = 1 Кл) расположили в вакууме на расстоянии 1 м, то они взаимодействовали бы с силой 9·109H, то есть с силой, с которой гравитация Земли притягивает предмет массой порядка 1 миллиона тонн.

История

Бенджамин Франклин проводит свой знаменитый опыт с летающим змеем, в котором доказывает, что молния — это электричество.

Ещё в глубокой древности было известно, что янтарь (др.-греч. ἤλεκτρον — электрон), потёртый о шерсть, притягивает лёгкие предметы. А уже в конце XVI века английский врач Уильям Гильберт назвал тела, способные после натирания притягивать лёгкие предметы, наэлектризованными.

В 1729 году Шарль Дюфе установил, что существует два рода зарядов. Один образуется при трении стекла о шёлк, а другой — смолы о шерсть. Поэтому Дюфе назвал заряды «стеклянным» и «смоляным» соответственно. Понятие о положительном и отрицательном заряде ввёл Бенджамин Франклин.

В начале XX века американский физик Роберт Милликен опытным путём показал, что электрический заряд дискретен, то есть заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда.

Электростатика

Электростатикой называют раздел учения об электричестве, в котором изучаются взаимодействия и свойства систем электрических зарядов, неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отсчета.

Величина электрического заряда (иначе, просто электрический заряд) может принимать и положительные, и отрицательные значения; она является численной характеристикой носителей заряда и заряженных тел. Эта величина определяется таким образом, что силовое взаимодействие, переносимое полем между зарядами, прямо пропорционально величине зарядов, взаимодействующих между собой частиц или тел, а направления сил, действующих на них со стороны электромагнитного поля, зависят от знака зарядов.

Электрический заряд любой системы тел состоит из целого числа элементарных зарядов, равных примерно 1,6·10−19Кл[1] в системе СИ или 4,8·10−10ед. СГСЭ[2]. Носителями электрического заряда являются электрически заряженные элементарные частицы. Наименьшей по массе устойчивой в свободном состоянии частицей, имеющей один отрицательный элементарный электрический заряд, является электрон (его масса равна 9,11·10

−31 кг). Наименьшая по массе устойчивая в свободном состоянии античастица с положительным элементарным зарядом — позитрон, имеющая такую же массу, как и электрон[3]. Также существует устойчивая частица с одним положительным элементарным зарядом — протон (масса равна 1,67·10−27 кг) и другие, менее распространённые частицы. Выдвинута гипотеза (1964 г.), что существуют также частицы с меньшим зарядом (±⅓ и ±⅔ элементарного заряда) — кварки; однако они не выделены в свободном состоянии (и, по-видимому, могут существовать лишь в составе других частиц — адронов), в результате любая свободная частица несёт лишь целое число элементарных зарядов.

Электрический заряд любой элементарной частицы — величина релятивистски инвариантная. Он не зависит от системы отсчёта, а значит, не зависит от того, движется этот заряд или покоится, он присущ этой частице в течение всего времени её жизни, поэтому элементарные заряженные частицы зачастую отождествляют с их электрическими зарядами. В целом, в природе отрицательных зарядов столько же, сколько положительных. Электрические заряды атомов и молекул равны нулю, а заряды положительных и отрицательных ионов в каждой ячейке кристаллических решеток твёрдых тел скомпенсированы.

Взаимодействие зарядов

Взаимодействие зарядов: одноимённо заряженные тела отталкиваются, разноимённо — притягиваются друг к другу

Самое простое и повседневное явление, в котором обнаруживается факт существования в природе электрических зарядов, — это электризация тел при соприкосновении

[4]. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух различных видов зарядов[5]. Один вид электрического заряда называют положительным, а другой — отрицательным. Разноимённо заряженные тела притягиваются, а одноимённо заряженные — отталкиваются друг от друга.

При соприкосновении двух электрически нейтральных тел в результате трения заряды переходят от одного тела к другому. В каждом из них нарушается равенство суммы положительных и отрицательных зарядов, и тела заряжаются разноимённо.

При электризации тела через влияние в нём нарушается равномерное распределение зарядов. Они перераспределяются так, что в одной части тела возникает избыток положительных зарядов, а в другой — отрицательных. Если две эти части разъединить, то они будут заряжены разноимённо.

Закон сохранения электрического заряда

Электрический заряд замкнутой системы[6] сохраняется во времени и квантуется — изменяется порциями, кратными элементарному электрическому заряду, то есть, другими словами, алгебраическая сумма электрических зарядов тел или частиц, образующих электрически изолированную систему, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе.

В рассматриваемой системе могут образовываться новые электрически заряженные частицы, например, электроны — вследствие явления ионизации атомов или молекул, ионы — за счёт явления электролитической диссоциации и др. Однако, если система электрически изолирована, то алгебраическая сумма зарядов всех частиц, в том числе и вновь появившихся в такой системе, всегда сохраняется.

Закон сохранения электрического заряда — один из основополагающих законов физики. Он был впервые экспериментально подтверждён в 1843 году английским учёным Майклом Фарадеем и считается на настоящее время одним из фундаментальных законов сохранения в физике (подобно законам сохранения импульса и энергии). Всё более чувствительные экспериментальные проверки закона сохранения заряда, продолжающиеся и поныне, пока не выявили отклонений от этого закона.

Свободные заряды

В зависимости от концентрации свободных зарядов тела делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники.

  • Проводники — это тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объёму. Проводники делятся на две группы: 1) проводники первого рода (металлы), в которых перенос зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями; 2) проводники второго рода (например, расплавленные соли, растворы кислот), в которых перенос зарядов (положительных и отрицательных ионов) ведёт к химическим изменениям.
  • Диэлектрики (например стекло, пластмасса) — тела, в которых практически отсутствуют свободные заряды.
  • Полупроводники (например, германий, кремний) занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

Измерение

Простейший электроскоп

Для обнаружения и измерения электрических зарядов применяется электроскоп, который состоит из металлического стержня — электрода и подвешенных к нему двух листочков фольги. При прикосновении к электроду заряженным предметом заряды стекают через электрод на листочки фольги, листочки оказываются одноимённо заряженными и поэтому отклоняются друг от друга.

Также может применяться электрометр, в простейшем случае состоящий из металлического стержня и стрелки, которая способна вращаться вокруг горизонтальной оси. При соприкосновении заряженного тела со стержнем электрометра электрические заряды распределяются по стержню и стрелке, и силы отталкивания, действующие между одноимёнными зарядами на стержне и стрелке, вызывают её поворот. Для измерения малых зарядов используются более чувствительные электронные электрометры.

См. также

Литература

Примечания

  1. ↑ Или, более точно, 1,602176487(40)·10−19 Кл.
  2. ↑ Или, более точно, 4,803250(21)·10−10 ед СГСЭ.
  3. ↑ Обычная для позитрона неустойчивость, связанная с аннигиляцией электрон-позитронной пары, при этом не рассматривается
  4. ↑ Но это далеко не единственный способ электризации тел. Электрические заряды могут возникнуть, например, под действием света
  5. Сивухин Д. В. Общий курс физики. —
    М.
    : Физматлит; Изд-во МФТИ, 2004. — Т. III. Электричество. — С. 16. — 656 с. — ISBN 5-9221-0227-3.
  6. ↑ Электрически замкнутая система — это система, у которой через ограничивающую её поверхность не могут проникать электрически заряженные частицы (система, не обменивающаяся зарядами с внешними телами).

электрический заряд — это… Что такое электрический заряд?

величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия заряженных частиц; источник электромагнитного поля. Электрический заряд любых заряженных тел — целое кратное элементарного электрический заряда е. Электрический заряд составляющих адронов — кварков — дробные (кратны 1/3 е). Полный электрический заряд замкнутой системы сохраняется при всех взаимодействиях.

ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ ЗАРЯ́Д, источник электромагнитного поля (
см.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ), связанный с материальным носителем; внутренняя характеристика элементарной частицы, определяющая ее электромагнитные взаимодействия.
Электрический заряд является физической величиной, характеризующей свойство тел или частиц вступать в электромагнитные взаимодействия, и определяющей значения сил и энергий при таких взаимодействиях. Электрический заряд — одно из основных понятий учения об электричестве. Вся совокупность электрических явлений есть проявление существования, движения и взаимодействия электрических зарядов. Электрический заряд является неотъемлемым свойством некоторых элементарных частиц (см. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ).
Фундаментальными свойствами электрического заряда являются: существование двух видов заряда, его инвариантность (см. ИНВАРИАНТНОСТЬ), дискретность (см. ДИСКРЕТНОСТЬ), аддитивность (см. АДДИТИВНОСТЬ) и подчинение закону сохранение заряда.
Имеется два вида электрических зарядов, условно называемых положительными и отрицательными. Заряды одного знака отталкиваются, разных знаков — притягиваются друг к другу. Заряд наэлектризованной стеклянной палочки условно стали считать положительным, а смоляной (в частности, янтарной) — отрицательным. В соответствии с этим условием электрический заряд электрона (см. ЭЛЕКТРОН (частица)) отрицателен (греч. «электрон» — янтарь).
Заряд макроскопического тела определяется суммарным зарядом элементарных частиц, из которых состоит это тело. Чтобы зарядить макроскопическое тело нужно изменить число содержащихся в нем заряженных элементарных частиц, т. е. перенести на него или удалить с него некоторое количество зарядов одного знака. В реальных условиях такой процесс обычно связан с перемещением электронов. Тело считают заряженным только в том случае, если на нем находится избыток зарядов одного знака, составляющий заряд тела, обозначаемый обычно буквой q или Q .Если заряды размещены на точечных телах, то сила взаимодействия между ними может быть определена по закону Кулона (
см.
КУЛОНА ЗАКОН). Единицей заряда в СИ является кулон (см. КУЛОН (единица количества электричества))— Кл.
Электрический заряд Q любого тела дискретен, существует минимальный, элементарный электрический заряд (см. ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД) е, которому кратны все электрические заряды тел:
Q = n.е.
Простейший прибор для измерения заряда — электроскоп (см. ЭЛЕКТРОСКОП).
Минимальный заряд, существующий в природе, — это заряд элементарных частиц. В единицах СИ модуль этого заряда равен: е = 1,6.10-19Кл. Любые электрические заряды в целое число раз больше элементарного. Элементарным электрическим зарядом обладают все заряженные элементарные частицы. В конце 19 в. был открыт электрон — носитель отрицательного электрического заряда, а в начале 20 в, — протон, обладающий таким же по величине положительным зарядом; таким образом, было доказано, что электрические заряды существуют не сами по себе, а связаны с частицами, являются внутренним свойством частиц (позднее были открыты и другие элементарные частицы, несущие положительный или отрицательный заряд той же величины). Заряд всех элементарных частиц (если он не равен нулю) одинаков по абсолютной величине. Элементарные гипотетические частицы — кварки, заряд которых равен 2/3е или +1/3е, не наблюдались, однако в теории элементарных частиц предполагается их существование.
Инвариантность электрического заряда установлена экспериментально: величина заряда не зависит от скорости, с которой он движется (т. е. величина заряда инвариантна относительно инерциальных систем отсчета, и не зависит от того, движется он или покоится).
Электрический заряд аддитивен, т. е. заряд любой системы тел (частиц) равен сумме зарядов тел (частиц), входящих в систему.
Электрический заряд подчиняется закону сохранения, который был установлен после проведения множества опытов. В электрически замкнутой системе полный суммарный заряд сохраняется и остается постоянным при любых физических процессах, происходящих в системе. Этот закон справедлив для изолированных электрических замкнутых систем, в которые заряды не вносятся и из которых они не выносятся. Этот закон действует и для элементарных частиц, которые рождаются и аннигилируют парами, суммарных заряд которых равен нулю.
Связь электрического заряда с электромагнитным полем определяется Максвелла уравнениями (см. МАКСВЕЛЛА УРАВНЕНИЯ).

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД — это… Что такое ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД?


ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД

        источник эл.-магн. поля, связанный с матер. носителем; внутр. хар-ка элем. ч-цы, определяющая её электромагнитное взаимодействие. Вся совокупность электрич. и магн. явлений есть проявление существования, движения и вз-ствия Э. з. Различают два вида Э. з., условно наз. положительными и отрицательными; при этом одноимённо заряж. тела (ч-цы) отталкиваются, а разноимённо заряженные — притягиваются. Заряд наэлектризованной стеклянной палочки назвали положительным, а смоляной (в частности, янтарной) — отрицательным. В соответствии с этим условием Э. з. эл-на (эл-н по-греч. янтарь) — отрицателен. Э. з. дискретен: существует минимальный элементарный электрический заряд, к-рому кратны все Э. з. ч-ц и тел. Полный Э. з. замкнутой физ. системы, равный алгебр. сумме зарядов слагающих систему элем. ч-ц (для обычных макроскопич. тел — протонов и эл-нов), строго сохраняется во всех вз-ствиях и превращениях ч-ц этой системы (см. ЗАРЯДА СОХРАНЕНИЯ ЗАКОН). Сила вз-ствия между покоящимися заряж. телами (ч-цами) подчиняется Кулона закону. Связь Э. з. с эл.-магн. полем определяется Максвелла уравнениями.

В СИ Э. з. измеряется в кулонах.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

.

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В ГАЗАХ
  • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

Смотреть что такое «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД» в других словарях:

  • Электрический заряд — q, Q Размерность T I …   Википедия

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД — ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД, источник электромагнитного поля; величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия заряженных частиц. В СИ измеряется в кулонах (кл). Существует 2 вида электрических зарядов (впервые установлено… …   Современная энциклопедия

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД — величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия заряженных частиц; источник электромагнитного поля. Электрический заряд любых заряженных тел целое кратное элементарного электрического заряда е. Электрические заряды… …   Большой Энциклопедический словарь

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД — (обозначение q или Q), качество, присущее некоторым ЭЛЕМЕНТАРНЫМ ЧАСТИЦАМ. Электрические заряды (которые измеряются в КУЛОНАХ) могут быть положительными или отрицательными. Если две частицы имеют положительный (или отрицательный) заряд, они… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД — (4) …   Большая политехническая энциклопедия

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД — количество электричества, находящегося в каком нибудь теле (см. Кулон). Технический железнодорожный словарь. М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство. Н. Н. Васильев, О. Н. Исаакян, Н. О. Рогинский, Я. Б. Смолянский, В. А.… …   Технический железнодорожный словарь

  • электрический заряд — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN electric charge …   Справочник технического переводчика

  • электрический заряд — величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия заряженных частиц; источник электромагнитного поля. Электрический заряд любых заряженных тел  целое кратное элементарного электрический заряда е. Электрический заряд… …   Энциклопедический словарь

  • электрический заряд —  Charge  Электрический заряд   Количественная характеристика, показывающая степень возможного участия тела в электромагнитных взаимодействиях Носителями электрического заряда являются электрически заряженные элементарные частицы электрон (один… …   Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. — М.

  • Электрический заряд —         источник электромагнитного поля, связанный с материальным носителем; внутренняя характеристика элементарной частицы, определяющая её Электромагнитные взаимодействия. Э. з. одно из основных понятий учения об электричестве. Вся совокупность …   Большая советская энциклопедия

Книги

  • Унитарная квантовая теория и новые источники энергии, Л. Г. Сапогин, Ю. А. Рябов, В. А. Бойченко. Изложена новая квантовая теория, рассматривающая микрочастицу как сгусток некоторого поля. Решается проблема корпускулярно-волнового дуализма. В теории нет законов сохранения для одиночных… Подробнее  Купить за 1258 руб
  • Природа микромира, А. П. Щеголев. В книге автор пытается дать ответы на проблемные вопросы физической сущности микромира. 1. В чем заключается общность всех физических полей? 2. Какова структура элементарных частиц? 3. Что… Подробнее  Купить за 177 руб
  • Физика. 8 класс. Рабочая тетрадь № 2., Хижнякова Л.С., Синявина А.А., Холина С.А., Шилова С.Ф.. Рабочие тетради № 1 и 2 вместе с учебником, тетрадью для лабораторных работ, методическим пособием для учителя составляют учебно-методический комплект по физике для 8 класса… Подробнее  Купить за 170 руб
Другие книги по запросу «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД» >>

ЗАРЯД — это… Что такое ЗАРЯД?

— физ. величина, являющаяся источником поля, посредством к-рого осуществляется взаимодействие частиц, обладающих этой характеристикой (электрич. 3., слабый 3., цветовой заряд).3. наз. также нек-рые аддитивные физ. величины, сохраняющиеся (точно или приближённо) в процессах превращения частиц, обусловленных определёнными типами взаимодействия (напр., барионное число, лептонное число, гиперзаряд, странность). При операции зарядового сопряжения все 3. меняют свой знак (т. е. частица и античастица обладают равными по величине, но противоположными по знаку 3.). Законам сохранения 3. отвечает инвариантность теории относительно глобальных калибровочных преобразований (т. е. преобразований в пространстве внутренних симметрии). Для того чтобы сохраняющаяся величина выступала в качестве источника поля, теория должна быть инвариантной относительно л о к а л ь н ы х калибровочных преобразований (см. Калибровочная инвариантность). Создаваемые в этом случае поля являются векторными полями, а отвечающие им частицы — кванты полей — обладают спином 1 и должны быть безмассовыми. Взаимодействие между 3., осуществляемое посредством таких полей, должно быть, вообще говоря, дальнодействующим (если нет спонтанного нарушения симметрии, благодаряк-рому кванты полей могут приобретать массу). В электродинамике электрич. 3. играет именно эту двоякую роль, являясь, с одной стороны, сохраняющейся величиной (см. Заряда сохранения закон), а с другой — источником электромагн. поля и его безмассовых квантов (фотонов).Барионному числу, странности и т. п. не соответствует к.-л. дальнодействующее поле. Эти 3. могут быть связаны только с глобальной калибровочной симметрией. Если в природе реализуется только строгая локальная калибровочная симметрия, то глобальная симметрия может быть приближённой и эти 3. не должны быть строго сохраняющимися. Калибровочные поля)3. являются генераторами группы внутр. симметрии в пространстве состояний. Однако не все они могут характеризовать состояние физ. системы, а только коммутирующая друг с другом часть. квантовой электродинамике имеется только одно калибровочное поле — электромагнитное, отвечающее теории инвариантности относительно локальных калибровочных преобразований с абелевой группой симметрии U(1). В случае группы симметрии SU(п )существует n2-1 разл. типов калибровочных полей и зарядов, из к-рых п-1 коммутируют друг с другом, т. е. могут характеризовать состояние физ. системы. При этом кванты полей обладают 3. и обязательно взаимодействуют между собой. Закон взаимодействия соответствующих полей однозначно задаётся условием калибровочной инвариантности. Если локальные калибровочные преобразования отведают простой или полупростой группе Ли, например группе SU(n), то взаимодействие всех 3. характеризуется одной и той же константой взаимодействия. Примерами теорий с неск. 3. являются калибровочная теория электрослабого взаимодействия (ЭСВ), основанная на калибровочной группе SU(2) X U(1), и калибровочная теория сильного взаимодействия — квантовая хромодинамика (КХД), основанная на калибровочной группе цветовой симметрии SU(З)C. В теории ЭСВ имеются две константы, связь между к-рыми характеризуется параметром теории sin2qW (где qW Вайнберга угол). В КХД есть всего одна константа взаимодействия всех восьми цветовых 3. (и квантов соответствующих цветовых полей — глюонов)aS. Величины констант из-за радиац. поправок, обусловленных поляризаций вакуума, слабо (логарифмически) зависят от квадрата передаваемого 4-импульса |q2|, если |q2| достаточно велико, т. е. расстояние между частицами достаточно мало. Эта зависимость определяется на основе ренормализационной группы. Константа КХД уменьшается с ростом |q2| (т. е. с уменьшением расстояния между цветовыми 3.), что отвечает асимптотической свободе сильного взаимодействия, и растёт с уменьшением |q2|(с увеличением расстояния). Ввиду гипотетич. явления удержания цвета объекты с цветовым 3. в свободном состоянии не существуют. Экстраполяция тенденции изменения величин констант КХД и ЭСВ в область асимптотически больших переданных 4-импульсов (|q2|1/2~1015 ГэВ/с) приводит к одинаковой величине всех трёх констант. Это обстоятельство позволяет рассматривать сходство в описании взаимодействий ЭСВ и КХД как проявление единой фундаментальной калибровочной природы всех взаимодействий. Представление о такой единой природе реализуется в моделях великого объединения, рассматривающих заряды ЭСВ и КХД в рамках единой группы калибровочных преобразований. топологических зарядов. Во всех имеющихся моделях великого объединения предсказывается существование топологически устойчивыхрешений, описывающих частицы с магн. 3. и массой ~ 1016 ГэВ/с 2 магнитных монополей. Существование магн. монополей связано с квантованием электрич. 3. в таких моделях. М. Ю. Хлопов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

Заряд электрона — это… Что такое Заряд электрона?


Заряд электрона

Элемента́рный электри́ческий заря́д — минимальная порция (квант) электрического заряда. Равен приблизительно 1,602 176 487(40)×10−19Кл в системе СИ (и 4,803×10−10 ед.СГСЭ в системе СГС). Тесно связан с постоянной тонкой структуры, описывающей электромагнитное взаимодействие.

Квантование электрического заряда

Любой наблюдаемый в эксперименте электрический заряд всегда кратен элементарному. Такое предположение было высказано Б. Франклином в 1752 г. и в дальнейшем неоднократно проверялось экспериментально. Вычислен элементарный заряд был в 1874 г. М. Фарадеем, а впервые экспериментально измерен в Милликеном в 1908 г.

Тот факт, что электрический заряд встречается в природе лишь в виде целого числа элементарных зарядов, можно назвать квантованием электрического заряда. Заметим, что в классической электродинамике вопрос о причинах квантования заряда не обсуждается, поскольку заряд является внешним параметром, а не динамической переменной. Удовлетворительного обьяснения, почему заряд обязан квантоваться, пока не найдено, однако уже получен ряд интересных наблюдений.

  • Если в природе существует магнитный монополь, то, согласно квантовой механике, его магнитный заряд обязан находиться в определённом соотношении с зарядом любой выбранной элементарной частицы. Отсюда автоматически следует, что одно только существование магнитного монополя влечёт за собой квантование заряда. Дело лишь за малым: обнаружить в природе магнитный монополь.
  • В современной физике элементарных частиц разрабатываются модели наподобие преонной, в которых все известные фундаментальные частицы оказывались бы простыми комбинациями новых, ещё более фундаментальных частиц. В этом случае квантование заряда наблюдаемых частиц не представляется удивительным, поскольку оно возникает «по построению».
  • Не исключено также, что все параметры наблюдающихся частиц будут описаны в рамках единой теории поля, подходы к которой разрабатываются в настоящее время. В таких теориях величина электрического заряда частиц должна вычисляться из крайне небольшого числа фундаментальных параметров, возможно, связанных со структурой пространства-времени на сверхмалых расстояниях. Если такая теория будет построена, тогда то, что мы наблюдаем как элементарный электрический заряд, окажется некоторым дискретным инвариантом пространства-времени. Однако, конкретных общепринятых результатов в этом направлении пока не получено.

Дробный электрический заряд

С открытием кварков стало понятно, что элементарные частицы могут обладать дробным электрическим зарядом, например, 1/3 и 2/3 элементарного. Однако подобные частицы существуют только в связанных состояниях (конфайнмент), таким образом, все известные свободные частицы имеют электрический заряд, кратный элементарному, хотя рассеяние на частицах с дробным зарядом наблюдалось.

Неоднократные поиски свободных объектов с дробным электрическим зарядом, проводимые различными методиками в течение длительного времени, не дали результата.

Стоит, однако, отметить, что электрический заряд квазичастиц может быть не кратен целому. В частности, именно квазичастицы с дробным электрическим зарядом отвечают за дробный квантовый эффект Холла.

Wikimedia Foundation. 2010.

  • Заряд элементарный
  • Зарядовая четность

Смотреть что такое «Заряд электрона» в других словарях:

  • заряд электрона — (напр. в электрофильтре) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN electronic charges …   Справочник технического переводчика

  • заряд электрона — elektrono krūvis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elementarusis elektrono krūvis, lygus e, t. y. e = (1,602 176 53 ± 0,000 000 14) · 10⁻¹⁹ C. atitikmenys: angl. electron charge; electronic charge vok. Elektronenladung,… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • заряд электрона — elektrono krūvis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electron charge; electronic charge vok. Elektronenladung, f rus. заряд электрона, m pranc. charge d’électron, f; charge électronique, f …   Fizikos terminų žodynas

  • удельный заряд электрона — savitasis elektrono krūvis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. specific electron charge; specific electronic charge vok. spezifische Ladung des Elektrons, f rus. удельный заряд электрона, m pranc. charge spécifique de l’électron, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Заряд электрический — Классическая электродинамика Магнитное поле соленоида Электричество · Магнетизм Электростатика Закон Кулона …   Википедия

  • ЗАРЯД ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — (Charge) количество электричества, связанное с данным телом. Положительный З. Э. создается избытком протонов, отрицательный избытком электронов, причем заряд каждого протона или электрона равен 1,6∙10 19 кулона Самойлов К. И. Морской… …   Морской словарь

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД — ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД, источник электромагнитного поля; величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия заряженных частиц. В СИ измеряется в кулонах (кл). Существует 2 вида электрических зарядов (впервые установлено… …   Современная энциклопедия

  • Пространственный заряд — Пространственный заряд  распределенный нескомпенсированный электрический заряд одного знака. Пространственные заряды возникают в вакуумных и газоразрядных лампах в пространстве между электродами, а также в неоднородных областях… …   Википедия

  • элементарный заряд — заряд электрона — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы заряд электрона EN electron chargeelementary …   Справочник технического переводчика

  • электрический заряд — величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия заряженных частиц; источник электромагнитного поля. Электрический заряд любых заряженных тел  целое кратное элементарного электрический заряда е. Электрический заряд… …   Энциклопедический словарь

Книги

  • Унитарная квантовая теория и новые источники энергии, Л. Г. Сапогин, Ю. А. Рябов, В. А. Бойченко. Изложена новая квантовая теория, рассматривающая микрочастицу как сгусток некоторого поля. Решается проблема корпускулярно-волнового дуализма. В теории нет законов сохранения для одиночных… Подробнее  Купить за 1258 руб
  • Унитарная квантовая теория и новые источники энергии, Л. Г. Сапогин, Ю. А. Рябов, В. А. Бойченко. Изложена новая квантовая теория, рассматривающая микрочастицу как сгусток некоторого поля. Решается проблема корпускулярно-волнового дуализма. В теории нет законов сохранения для одиночных… Подробнее  Купить за 1244 грн (только Украина)
  • Унитарная квантовая теория и новые источники энергии, Сапогин Л.Г.. Изложена новая квантовая теория, рассматривающая микрочастицу как сгусток некоторого поля. Решается проблема корпускулярно-волнового дуализма. В теории нет законов сохранения для одиночных… Подробнее  Купить за 962 руб
Другие книги по запросу «Заряд электрона» >>

Заряд (физика) — это… Что такое Заряд (физика)?

Эта статья — о понятии заряда в самом общем физическом смысле. О заряде, связанном с электрическими явлениями см. Электрический заряд; о других значениях см. Заряд (значения).

В физике понятие заря́д используется для описания нескольких физических величин, таких как электрический заряд в электромагнетизме или цветовой заряд в квантовой хромодинамике. Все эти заряды связаны с сохранением квантовых чисел.

Формальное определение

В более абстрактном смысле заряд является некоторым генератором непрерывной симметрии исследуемой физической системы. Если физическая система обладает какой-либо симметрией, то по теореме Нётер следует существование сохраняющегося тока. Субстанция, которая «течёт» в этом токе, является «зарядом», который является генератором (локальной) группы симметрии. Этот заряд иногда называют зарядом Нётер.

Так, например, электрический заряд является генератором U(1) симметрии электромагнетизма. Сохраняющийся ток есть электрический ток.

В случае местной, динамической симметрии, любой заряд связан с калибровочным полем, а при квантовании калибровочное поле становится калибровочным бозоном. По теории заряды «излучают» калибровочные поля. Например, калибровочным полем электромагнетизма является электромагнитное поле, а калибровочным бозоном является фотон.

Иногда слово «заряд» используется как синоним «генератора», при этом подразумевается генератор симметрии. Точнее, если группа симметрии является группой Ли, то заряд понимается как соответствие системе корней группы Ли; дискретность системы корней соответствует квантованию заряда.

Примеры

В физике элементарных частиц введены различные заряды для квантовых чисел. К ним относятся заряды из стандартной модели:

Заряды для приближённых симметрий:

  • Заряд сильного изоспина. Симметрия относится к группе SU(2) ароматной симметрии, калибровочными бозонами являются пионы. Пионы не являются фундаментальными частицами, а симметрия является лишь приближённой. Это частный случай ароматной симметрии.
  • Заряды ароматных кварков, таких как странность или очарование. Они генерируют глобальную SU(6) ароматную симметрию элементарных частиц. Эта симметрия сильно нарушается массой тяжёлых кварков.

Гипотетические заряды расширений Стандартной модели:

  • Магнитный заряд, ещё один заряд из теории электромагнетизма. Магнитные заряды не обнаружены экспериментально в лабораторных опытах, но они используются в теории, в том числе в теории магнитных монополей.

В формализме теории элементарных частиц заряды типа квантовых чисел иногда могут быть обращены посредством оператора зарядового сопряжения, называемого С. Зарядовое сопряжение просто означает, что данная группа симметрий имеет место в двух неэквивалентных (но все ещё изоморфных) представлениях группы. Это обычно бывает, когда два зарядово-сопряжённых представления являются фундаментальными представленими групп Ли. Их продукт затем формирует присоединённое представление группы Ли.

Таким образом, распространённым случаем является то, что произведение двух зарядово-сопряжённых фундаментальных представлений SL(2,C) (спиноров) формирует сопряжённый представитель группы Лоренца SO(3,1). В абстрактном виде можно записать:

См. также

Электрический заряд (стр. 1 из 2)

Реферат по электротехнике

Выполнил: Агафонов Роман

Лужский агропромышленный колледж

Электрический заряд

Дать краткое, удовлетворительное во всех отношениях определение заряда невозможно. Мы привыкли находить понятные нам объяснения весьма сложных образований и процессов вроде атома, жидких кристаллов, распределения молекул по скоростям и т.д. А вот самые основные, фундаментальные понятия, нерасчленимые на более простые, лишенные, по данным науки на сегодняшний день, какого-либо внутреннего механизма, кратко удовлетворительным образом уже не пояснить. Особенно если объекты непосредственно не воспринимаются нашими органами чувств. Именно к таким фундаментальным понятиям относится электрический заряд.

Попытаемся вначале выяснить не что такое электрический заряд, а что скрывается за утверждением данное тело или частица имеют электрический заряд.

Вы знаете, что все тела построены из мельчайших, неделимых на более простые (насколько сейчас науке известно) частиц, которые поэтому называют элементарными. Все элементарные частицы имеют массу и благодаря этому притягиваются друг к другу. Согласно закону всемирного тяготения сила притяжения сравнительно медленно убывает по мере увеличения расстояния между ними: обратно пропорционально квадрату расстояния. Кроме того, большинство элементарных частиц, хотя и не все, обладают способностью взаимодействовать друг с другом с силой, которая также убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, но эта сила в огромное число, раз превосходит силу тяготения. Так, в атоме водорода, схематически изображенном на рисунке 1, электрон притягивается к ядру (протону) с силой, в 1039 раз превышающей силу гравитационного притяжения.

Рис. 1

Если частицы взаимодействуют друг с другом с силами, которые медленно уменьшаются с увеличением расстояния и во много раз превышают силы всемирного тяготения, то говорят, что эти частицы имеют электрический заряд. Сами частицы называются заряженными. Бывают частицы без электрического заряда, но не существует электрического заряда без частицы.

Взаимодействия между заряженными частицами носят название электромагнитных. Когда мы говорим, что электроны и протоны электрически заряжены, то это означает, что они способны к взаимодействиям определенного типа (электромагнитным), и ничего более. Отсутствие заряда у частиц означает, что подобных взаимодействий она не обнаруживает. Электрический заряд определяет интенсивность электромагнитных взаимодействий, подобно тому как масса определяет интенсивность гравитационных взаимодействий. Электрический заряд – вторая (после массы) важнейшая характеристика элементарных частиц, определяющая их поведение в окружающем мире.

Таким образом

Электрический заряд – это физическая скалярная величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.

Электрический заряд обозначается буквами q или Q.

Подобно тому, как в механике часто используется понятие материальной точки, позволяющее значительно упростить решение многих задач, при изучении взаимодействия зарядов эффективным оказывается представление о точечном заряде. Точечный заряд – это такое заряженное тело, размеры которого значительно меньше расстояния от этого тела до точки наблюдения и других заряженных тел. В частности, если говорят о взаимодействии двух точечных зарядов, то тем самым предполагают, что расстояние между двумя рассматриваемыми заряженными телами значительно больше их линейных размеров.

Электрический заряд элементарной частицы

Электрический заряд элементарной частицы – это не особый «механизм» в частице, который можно было бы снять с нее, разложить на составные части и снова собрать. Наличие электрического заряда у электрона и других частиц означает лишь существование определенных взаимодействий между ними.

В природе имеются частицы с зарядами противоположных знаков. Заряд протона называется положительным, а электрона – отрицательным. Положительный знак заряда у частицы не означает, конечно, наличия у нее особых достоинств. Введение зарядов двух знаков просто выражает тот факт, что заряженные частицы могут как притягиваться, так и отталкиваться. При одинаковых знаках заряда частицы отталкиваются, а при разных – притягиваются.

Никакого объяснения причин существования двух видов электрических зарядов сейчас нет. Во всяком случае, никаких принципиальных различий между положительными и отрицательными зарядами не обнаруживается. Если бы знаки электрических зарядов частиц изменились на противоположные, то характер электромагнитных взаимодействий в природе не изменился бы.

Положительные и отрицательные заряды очень хорошо скомпенсированы во Вселенной. И если Вселенная конечна, то ее полный электрический заряд, по всей вероятности, равен нулю.

Наиболее замечательным является то, что электрический заряд всех элементарных частиц строго одинаков по модулю. Существует минимальный заряд, называемый элементарным, которым обладают все заряженные элементарные частицы. Заряд может быть положительным, как у протона, или отрицательным, как у электрона, но модуль заряда во всех случаях один и тот же.

Отделить часть заряда, например, у электрона невозможно. Это, пожалуй, самое удивительное. Никакая современная теория не может объяснить, почему заряды всех частиц одинаковы, и не в состоянии вычислить значение минимального электрического заряда. Оно определяется экспериментально с помощью различных опытов.

В 60-е гг., после того как число вновь открытых элементарных частиц стало угрожающе расти, была выдвинута гипотеза о том, что все сильно взаимодействующие частицы являются составными. Более фундаментальные частицы были названы кварками. Поразительным оказалось то, что кварки должны иметь дробный электрический заряд: 1/3 и 2/3 элементарного заряда. Для построения протонов и нейтронов достаточно двух сортов кварков. А максимальное их число, по-видимому, не превышает шести.

Единица измерения электрического заряда

Создать макроскопический эталон единицы электрического заряда, подобный эталону длины – метру, невозможно из-за неизбежной утечки заряда. Естественно было бы за единицу принять заряд электрона (это сейчас и сделано в атомной физике). Но во времена Кулона еще не было известно о существовании в природе электрона. Кроме того, заряд электрона слишком мал, и поэтому его трудно использовать в качестве эталона.

В Международной системе единиц (СИ) единицу заряда – кулон устанавливают с помощью единицы силы тока:

1 кулон (Кл) – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока в 1 А.

Заряд в 1 Кл очень велик. Два таких заряда на расстоянии 1 км отталкивались бы друг от друга с силой, чуть меньшей силы, с которой земной шар притягивает груз массой в 1 т. Поэтому сообщить небольшому телу (размером порядка нескольких метров) заряд в 1 Кл невозможно. Отталкиваясь друг от друга, заряженные частицы не смогли бы удерживаться на таком теле. Никаких других сил, которые были бы способны в данных условиях компенсировать кулоновское отталкивание, в природе не существует. Но в проводнике, который в целом нейтрален, привести в движение заряд в 1 Кл не составляет большого труда. Ведь в обычной электрической лампочке мощностью 100 Вт при напряжении 127 В устанавливается ток, немного меньший 1 А. При этом за 1 с через поперечное сечение проводника проходит заряд, почти равный 1 Кл.

Электрометр

Для обнаружения и измерения электрических зарядов применяется электрометр. Электрометр состоит из металлического стержня и стрелки, которая может вращаться вокруг горизонтальной оси (рис. 2). Стержень со стрелкой закреплен в плексигласовой втулке и помещен в металлический корпус цилиндрической формы, закрытый стеклянными крышками.

Принцип работы электрометра. Прикоснемся положительно заряженной палочкой к стержню электрометра. Мы увидим, что стрелка электрометра отклоняется на некоторый угол (см. рис. 2). Поворот стрелки объясняется тем, что при соприкосновении заряженного тела со стержнем электрометра электрические заряды распределяются по стрелке и стержню. Силы отталкивания, действующие между одноименными электрическими зарядами на стержне и стрелке, вызывают поворот стрелки. Наэлектризуем эбонитовую палочку еще раз и вновь коснемся ею стержня электрометра. Опыт, показывает, что при увеличении электрического заряда на стержне угол отклонения стрелки от вертикального положения увеличивается. Следовательно, по углу отклонения стрелки электрометра можно судить о значении электрического заряда, переданного стержню электрометра.

Рис. 2

Свойства электрического заряда

Совокупность всех известных экспериментальных фактов позволяет выделить следующие свойства заряда:

Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными. Положительно заряженными называют тела, которые действуют на другие заряженные тела так же, как стекло, наэлектризованное трением о шелк. Отрицательно заряженными называют тела, которые действуют так же, как эбонит, наэлектризованный трением о шерсть. Выбор названия «положительный» для зарядов, возникающих на стекле, и «отрицательный» для зарядов на эбоните совершенно случаен.

Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *