Prawo zachowania ładunku elektrycznego
Cokolwiek dzieje się na świecie, we wszechświecie istnieje pewien całkowity ładunek elektryczny, którego rozmiar zawsze pozostaje niezmieniony. Nawet jeśli ładunek z jakiegoś powodu przestanie istnieć w jednym miejscu, to z pewnością znajdzie się w innym miejscu. Oznacza to, że ładunek nie może zniknąć na zawsze.
Fakt ten został ustalony i zbadany przez Michaela Faradaya. Kiedyś wzniósł w swoim laboratorium ogromną pustą w środku metalową kulę, do której zewnętrznej powierzchni podłączył ultraczuły galwanometr. Rozmiar kuli pozwolił na umieszczenie w niej całego laboratorium.
Tak samo było z Faradayem. Zaczął przynosić na bal najróżniejsze dostępne mu urządzenia elektryczne, a potem zaczął eksperymentować. Będąc w kuli zaczął pocierać futrem szklane pręty, uruchamiać maszyny elektrostatyczne itp. Ale bez względu na to, jak bardzo Faraday się starał, ładunek piłki nie wzrastał. Naukowcowi w żaden sposób nie udało się stworzyć ładunku.
Rozumiemy to, ponieważ kiedy pocierasz futrem szklany pręt, mimo że pręt otrzymuje ładunek dodatni, futro natychmiast otrzymuje ładunek ujemny o taką samą wartość, a suma ładunków futra i pręta wynosi zero .
Galwanometr na zewnątrz kuli z pewnością odzwierciedlałby fakt zmiany ładunku, gdyby w laboratorium Faradaya pojawił się „dodatkowy” ładunek, ale nic takiego się nie wydarzyło. Pełne naładowanie zostaje zapisane.
Inny przykład. Neutron jest początkowo cząstką nienaładowaną, ale neutron może rozpaść się na proton i elektron. I chociaż sam neutron jest neutralny, to znaczy jego ładunek wynosi zero, cząstki powstałe w wyniku jego rozpadu niosą ze sobą ładunki elektryczne o przeciwnych znakach i równej liczbie. Całkowity ładunek wszechświata w ogóle się nie zmienił, pozostaje stały.
Innym przykładem jest pozyton i elektron. Pozyton jest antycząstką elektronu, ma przeciwny ładunek niż elektron i zasadniczo jest lustrzanym odbiciem elektronu. Kiedy się spotkają, elektron i pozyton anihilują się nawzajem, gdy rodzi się kwant gamma (promieniowanie elektromagnetyczne), ale całkowity ładunek ponownie pozostaje niezmieniony. Proces odwrotny jest również prawdziwy (patrz rysunek powyżej).
Prawo zachowania ładunku elektrycznego jest sformułowane w następujący sposób: algebraiczna suma ładunków układu elektrycznie zamkniętego jest zachowana. Lub tak: przy każdym oddziaływaniu ciał ich całkowity ładunek elektryczny pozostaje niezmieniony.
Zmiany ładunku elektrycznego w częściach (kwantowane)
Ładunek elektryczny ma niezwykłą właściwość — zawsze zmienia się w częściach. Rozważ naładowaną cząstkę. Jego ładunek może wynosić na przykład jedną część ładunku lub dwie części ładunku, minus jedna lub minus dwie części.Elementarny (minimum faktycznie istniejących długowiecznych cząstek) ładunek ujemny ma elektron.
Ładunek elektronów wynosi 1,602 176 6208 (98) x 10-19 Wisiorek. Ta ilość ładunku jest częścią minimalną (kwant ładunku elektrycznego). Drobne cząsteczki ładunku elektrycznego mogą przemieszczać się w różnych ilościach z jednego miejsca w drugie w przestrzeni, ale całkowity ładunek jest zawsze i wszędzie zachowany iw zasadzie można go zmierzyć jako liczbę tych drobnych kawałków.
Ładunki elektryczne są źródłami pól elektrycznych i magnetycznych
Warto zauważyć, że źródłem ładunków elektrycznych są ładunki elektryczne pola elektryczne i magnetyczne… Dlatego podejście elektryczne umożliwia określenie wielkości ładunku na jednym lub drugim nośniku. Ponadto ładunek jest miarą oddziaływania naładowanego ciała z polem elektrycznym. W rezultacie można argumentować, że elektryczność jest zjawiskiem związanym z ładunkami w spoczynku (elektryczność statyczna, pole elektryczne) lub w ruchu (prąd, pole magnetyczne).