Loetleme laengute omadused
2. Elektrilaeng on diskreetne olemus
Elementaarne tasu
Elekter. Elektrivoolu olemasolu tingimused. Voolutugevus ja voolutihedus
Elektrivool on laetud osakeste suunaline liikumine. Lepiti kokku lugeda elektrivoolu suunaks positiivselt laetud osakeste liikumissuunda. Elektrivoolu jätkumiseks suletud ahelas peavad olema täidetud järgmised tingimused:
Vabade laetud osakeste olemasolu (voolukandjad);
Elektrivälja olemasolu, mille jõud, mis mõjuvad laetud osakestele, panevad need korrapäraselt liikuma;
Vooluallika olemasolu, milles välised jõud liigutavad vabu laenguid elektrostaatiliste (Coulombi) jõudude vastu.
Elektrivoolu kvantitatiivsed omadused on voolutugevus I ja voolutihedus j.
Voolutugevus on skalaarne füüsikaline suurus, mis võrdub juhi ristlõike teatud aja jooksul Δt läbiva laengu Δq suhtega sellesse intervalli:
Voolu SI ühik on amper (A).
Kui voolu tugevus ja suund ajas ei muutu, siis nimetatakse voolu konstantseks.
Voolutihedus j on vektorfüüsikaline suurus, mille moodul on võrdne juhis oleva voolu I suhtega juhi ristlõikepindalasse S:
Voolutiheduse SI ühik on amper ruutmeetri kohta (A/m2).
Valguse murdumine läätsedes
Objektiiv on läbipaistev korpus, mis on piiratud kahe kumera või kumera ja lameda pinnaga.
Enamasti kasutatakse läätsi, mille pinnad on sfäärilised. Läätse nimetatakse õhukeseks, kui selle paksus d on väike võrreldes selle pindade R1 ja R2 kõverusraadiustega. Muidu nimetatakse objektiivi paksuks. Objektiivi optiline põhitelg on sirgjoon, mis läbib selle pindade kõveruskeskmeid. Võib eeldada, et õhukeses läätses ühinevad optilise peatelje lõikepunktid läätse mõlema pinnaga üheks punktiks O, mida nimetatakse läätse optiliseks keskpunktiks. Õhukesel läätsel on üks põhitasapind, mis on ühine läätse mõlemale pinnale ja läbib läätse optilise keskpunkti risti selle optilise põhiteljega. Kõiki objektiivi optilist keskpunkti läbivaid sirgjooni, mis ei lange kokku selle optilise põhiteljega, nimetatakse läätse sekundaarseteks optilisteks telgedeks. Mööda läätse optilist telge (peamine ja sekundaarne) liikuvad kiired ei murdu.
Õhuke läätse valem:
kus n21 = n2/n1, n2 ja n1 on läätse materjali ja keskkonna absoluutsed murdumisnäitajad, R1 ja R2 on läätse eesmise ja tagumise (objekti suhtes) pinna kõverusraadiused, a1 ja a2 on kaugused objektist ja selle kujutisest, mõõdetuna läätse optilisest keskpunktist piki selle optilist peatelge.
Väärtust nimetatakse objektiivi fookuskauguseks. Punkte, mis asuvad objektiivi optilisel peateljel mõlemal pool optilist keskpunkti võrdsel kaugusel f-ga, nimetatakse joone põhifookudeks. Tasapindu, mis läbivad objektiivi põhifookusi F1 ja F2, mis on risti selle optilise põhiteljega, nimetatakse läätse fookustasanditeks. Sekundaarsete optiliste telgede lõikepunkte läätse fookustasanditega nimetatakse läätse sekundaarseteks fookusteks.
Objektiivi nimetatakse koonduvaks (positiivseks), kui selle fookuskaugus f >0. Objektiivi nimetatakse lahknevaks (negatiivseks), kui selle fookuskaugus f<0.
n2 >n1 puhul on koguvad läätsed kaksikkumerad, tasapinnalised ja nõguskumerad (positiivsed meniskiläätsed), muutudes keskelt servadeni õhemaks; lahknevad läätsed on kaksiknõgusad, lamedad-nõgusad ja kumerad-nõgusad läätsed (negatiivsed meniskid), mis paksenevad keskelt servadeni. n2 jaoks
Plancki hüpotees. Footon ja selle omadused. Laine-osakeste duaalsus
Plancki hüpotees on Max Plancki 14. detsembril 1900 püstitatud hüpotees, mis väidab, et soojuskiirguse ajal kiirgatakse ja neeldutakse energiat mitte pidevalt, vaid eraldi kvantides (osades). Igal sellisel kvantosal on energia, mis on võrdeline kiirguse sagedusega ν:
kus h või on proportsionaalsuskoefitsient, mida hiljem nimetatakse Plancki konstandiks. Sellele hüpoteesile tuginedes pakkus ta välja teoreetilise tuletise keha temperatuuri ja selle keha poolt kiiratava kiirguse vahelise seose kohta – Plancki valemi.
Plancki hüpotees leidis hiljem eksperimentaalset kinnitust.
Selle hüpoteesi sõnastamist peetakse kvantmehaanika sünnihetkeks.
Footon on materjal, elektriliselt neutraalne osake, elektromagnetvälja kvant (elektromagnetilise interaktsiooni kandja).
Footoni põhiomadused
1. Kas elektromagnetvälja osake.
2. Liigub valguse kiirusel.
3. eksisteerib ainult liikumisel.
4. Footonit on võimatu peatada: see kas liigub valguse kiirusega võrdse kiirusega või ei eksisteeri; seetõttu on footoni ülejäänud mass null.
Footonite energia:
Relatiivsusteooria järgi saab energiat alati arvutada järgmiselt:
Seega footoni mass.
Footoni impulss. Footonimpulss on suunatud piki valguskiirt.
Laine-osakeste duaalsus
19. sajandi lõpp: fotoelektriline efekt ja Comptoni efekt kinnitasid Newtoni teooriat ning valguse difraktsiooni ja interferentsi nähtused kinnitasid Huygensi teooriat.
Seega paljud füüsikud 20. sajandi alguses. jõudis järeldusele, et valgusel on kaks omadust:
1. Levimisel on sellel lainelised omadused.
2. Ainega suhtlemisel ilmnevad sellel korpuskulaarsed omadused. Selle omadused ei taandu ei laineteks ega osakesteks.
Mida suurem v, seda rohkem väljenduvad valguse kvantomadused ja vähem väljendunud laineomadused.
Seega on kogu kiirgusel nii lainelised kui ka kvantomadused. Seetõttu sõltub see, kuidas footon avaldub - laine või osakesena - tema kohta läbiviidava uurimistöö iseloomust.
Rutherfordi katsed. Aatomi planetaarmudel
Positiivse laengu ja seega massi jaotuse eksperimentaalseks uurimiseks aatomi sees tegi Rutherford 1906. aastal ettepaneku kasutada aatomi sondeerimist α-osakeste abil. Nende mass on ligikaudu 8000 korda suurem kui elektroni mass ja nende positiivne laeng on võrdne kahekordse elektroni laenguga. Alfaosakeste kiirus on väga suur: see on 1/15 valguse kiirusest. Rutherford pommitas nende osakestega raskete elementide aatomeid. Elektronid ei suuda oma väikese massi tõttu märgatavalt muuta α-osakese trajektoori ega suuda märgatavalt muuta selle kiirust. α-osakeste hajumist (liikumissuuna muutumist) saab põhjustada ainult aatomi positiivselt laetud osa. Seega on α-osakeste hajumise järgi võimalik määrata positiivse laengu ja massi jaotuse olemust aatomi sees. Radioaktiivne ravim, näiteks raadium, asetati pliisilindrisse 1, mida mööda puuriti kitsas kanal. Kanali α-osakeste kiir langes uuritavast materjalist (kuld, vask jne) valmistatud õhukesele fooliumile 2. Pärast hajumist langesid α-osakesed poolläbipaistvale ekraanile 3, mis oli kaetud tsinksulfiidiga. Iga osakese kokkupõrkega ekraaniga kaasnes valgussähvatus (stsintillatsioon), mida oli võimalik jälgida läbi mikroskoobi 4. Kogu seade asetati anumasse, kust õhk evakueeriti.
Kui positiivne laeng jaotub aatomis, ei saa see tekitada piisavalt intensiivset elektrivälja, et alfaosake tagasi visata. Maksimaalne tõukejõud määratakse Coulombi seadusega:
kus qα on α osakese laeng; q on aatomi positiivne laeng; r on selle raadius; k - proportsionaalsuse koefitsient. Ühtlaselt laetud kuuli elektrivälja tugevus on maksimaalne kuuli pinnal ja väheneb keskpunktile lähenedes nullini. Seega, mida väiksem on raadius r, seda suurem on α-osakesi tõrjuv jõud. See teooria näib olevat alfaosakeste hajumise katsete selgitamiseks hädavajalik. Kuid selle mudeli põhjal on võimatu seletada aatomi olemasolu fakti, selle stabiilsust. Lõppude lõpuks toimub elektronide liikumine orbiitidel kiirendusega ja üsna märkimisväärne. Maxwelli elektrodünaamika seaduste kohaselt peaks kiirenev laeng kiirgama elektromagnetlaineid sagedusega, mis on võrdne selle pöörde sagedusega ümber tuuma. Kiirgusega kaasneb energiakadu. Energiat kaotades peavad elektronid lähenema tuumale, nii nagu satelliit läheneb Maale atmosfääri ülakihtides pidurdades. Nagu näitavad Newtoni mehaanikal ja Maxwelli elektrodünaamikal põhinevad ranged arvutused, peab elektron tuumale langema tühise aja jooksul. Aatom peab lakkama olemast.
Tegelikkuses midagi sellist ei juhtu. Sellest järeldub, et klassikalise füüsika seadused ei ole rakendatavad nähtuste suhtes aatomiskaalal. Rutherford lõi aatomi planeedimudeli: elektronid tiirlevad ümber tuuma, nii nagu planeedid tiirlevad ümber päikese. See mudel on lihtne, eksperimentaalselt põhjendatud, kuid ei selgita aatomi stabiilsust.
Soojuse kogus
Soojushulk on sisemise energia muutuse mõõt, mida keha soojusvahetuse käigus vastu võtab (või loobub).
Seega iseloomustavad nii töö kui ka soojushulk energia muutumist, kuid ei ole energiaga identsed. Need ei iseloomusta süsteemi enda olekut, vaid määravad oleku muutumisel energia ülemineku protsessi ühest tüübist teise (ühest kehast teise) ja sõltuvad oluliselt protsessi iseloomust.
Peamine erinevus töö ja soojushulga vahel seisneb selles, et töö iseloomustab süsteemi siseenergia muutmise protsessi, millega kaasneb energia muundumine ühest tüübist teise (mehaanilisest siseenergiasse). Soojushulk iseloomustab sisemise energia ülekandmise protsessi ühelt kehalt teisele (rohkemalt kuumutatult vähem kuumutatud), millega ei kaasne energia muundumisi.
Kogemused näitavad, et keha massiga m kuumutamiseks temperatuurist T1 temperatuurini T2 vajalik soojushulk arvutatakse valemiga, kus c on aine erisoojusmahtuvus;
Erisoojusmahtuvuse ühikuks SI on džauli kilogrammi kelvini kohta (J/(kg K)).
Erisoojusmaht c on arvuliselt võrdne soojushulgaga, mis tuleb anda 1 kg kaaluvale kehale, et seda soojendada 1 K võrra.
Keha CT soojusmahtuvus on arvuliselt võrdne soojushulgaga, mis on vajalik kehatemperatuuri muutmiseks 1 K võrra:
Keha soojusmahtuvuse ühikuks SI on džauli kelvini kohta (J/K).
Vedeliku muutmiseks auruks konstantsel temperatuuril on vaja kulutada teatud kogus soojust
kus L on aurustumissoojus. Auru kondenseerumisel eraldub sama palju soojust.
Kristallilise keha massiga m sulatamiseks sulamistemperatuuril on vaja kehale anda teatud kogus soojust
kus λ on sulamise erisoojus. Kui keha kristalliseerub, eraldub sama palju soojust.
soojushulk, mis vabaneb kütuse täielikul põlemisel massiga m,
kus q on eripõlemissoojus.
Aurustumis-, sulamis- ja põlemissoojuste erisoojuste SI-ühik on džauli kilogrammi kohta (J/kg).
Elektrilaeng ja selle omadused. Diskreetsus. Elementaarne elektrilaeng. Elektrilaengu jäävuse seadus.
Elektrilaeng on füüsikaline suurus, mis iseloomustab elektromagnetilist vastasmõju. Keha on negatiivselt laetud, kui selles on elektronide ülejääki, ja positiivselt laetud, kui selles on puudujääk.
Loetleme laengute omadused
1. Tasusid on kahte tüüpi; negatiivne ja positiivne. Nagu laengud tõmbavad, nagu laengud tõrjuvad. Algasja kandja, s.o. Väikseim, negatiivne laeng on elektron, mille laeng on qe = -1,6 * 10-19 C ja mass me = 9,1 * 10-31 kg. Elementaarse positiivse laengu kandjaks on prooton qр=+1,6*10-19 C, mass mр=1,67*10-27kg.
2. Elektrilaeng on diskreetne olemus. See tähendab, et mis tahes keha laeng on elektroni laengu q=Nqe kordne, kus N on täisarv. Kuid reeglina me laengu diskreetsust ei märka, kuna elementaarlaeng on väga väike.
3. Isoleeritud süsteemis, s.o. süsteemis, mille kehad ei vaheta laenguid endast väliste kehadega, säilib laengute algebraline summa (laengu jäävuse seadus).
4. El. laengut saab alati ühelt kehalt teisele üle kanda.
5. SI laengu ühik on kulon (C). Definitsiooni järgi on 1 kulon võrdne laenguga, mis voolab läbi juhi ristlõike 1 s voolutugevusel 1 A.
6. Elektrilaengu jäävuse seadus.
Suletud süsteemis jääb igasuguste interaktsioonide korral elektrilaengute algebraline summa konstantseks:
Isoleeritud (või suletud) süsteemiks nimetame kehade süsteemi, millesse elektrilaenguid ei sisestata väljastpoolt ega eemaldata sellest.
Mitte kusagil ja mitte kunagi looduses ei teki ega kao sama märgi elektrilaeng. Positiivse elektrilaengu ilmnemisega kaasneb alati võrdse negatiivse laengu ilmumine. Positiivne ega negatiivne laeng ei saa eraldi kaduda, nad saavad üksteist neutraliseerida ainult siis, kui nende moodul on võrdne.
Nii saavad elementaarosakesed muutuda üksteiseks. Kuid alati laetud osakeste sünni ajal täheldatakse osakeste paari ilmumist vastupidise märgiga laengutega. Samuti võib jälgida mitme sellise paari üheaegset sündi. Laetud osakesed kaovad, muutudes neutraalseteks, ka ainult paarikaupa. Kõik need faktid ei jäta kahtlust elektrilaengu jäävuse seaduse ranges rakendamises.
Elementaarne tasu- minimaalne tasu, mida ei saa jagada.
e - =1,6·10 - 19 Cl (1,9)
Paljud elektrivalemid sisaldavad ruumitegurit 4p. Sellest vabanemiseks praktiliselt olulistes valemites on Coulombi seadus kirjutatud järgmisel kujul:
Seega (1.11)
Alates (1.12)
e 0 - helistati elektriline konstant.
§6: Lähitegevuse teooria. Elektriväli.
Kogemused näitavad, et elektriliselt laetud ja magnetiseeritud kehade vahel, samuti kehade vahel, mida läbivad elektrivoolud, toimivad jõud, mida nimetatakse elektromagnetilisteks või elektrodünaamilisteks jõududeks. Nende jõudude olemuse kohta on teaduses esitatud kaks vastandlikku seisukohta. Varasem neist (mida nimetatakse kaugtegevuse teooriaks) põhines ideel kehade otsesest tegevusest eemalt ilma vahepealsete materiaalsete vahendajate osaluseta. Samas eeldati ilma tõenditeta, et selline tegevus toimub silmapilkselt, s.t. lõpmatult suure kiirusega (v®¥)!? Uuem, praegu füüsikas aktsepteeritud vaatenurk tuleneb ideest, et vastastikmõju edastatakse spetsiaalse materiaalse vahendaja kaudu, mida nimetatakse elektromagnetväljaks (see on nn lühimaa teooria). Selle teooria kohaselt on vastastikmõjude maksimaalne levimiskiirus võrdne valguse kiirusega vaakumis: v=c (c on valguse kiirus vaakumis). Pikaajalise tegevuse teooria võttis oma ideed Newtoni universaalse gravitatsiooni doktriinist. Ühelt poolt taevamehaanika tohutud edusammud ja teiselt poolt täielik suutmatus kuidagi selgitada gravitatsiooni põhjuseid on viinud paljud teadlased mõttele, et gravitatsioon ja elektromagnetilised jõud ei vaja selgitust, vaid on “kaasasündinud”. aine enda omadused. Matemaatilises mõttes on kaugtegevuse teooria saavutanud kõrge täiuslikkuse taseme tänu Laplace'i, Gausi, Ostrogradsky, Ampere'i ja Poissot' tööle. Seda järgis enamik füüsikuid kuni 19. sajandi lõpuni. Michael Faraday oli peaaegu üksi, võttes teistsuguse vaate. Ta on elektromagnetvälja füüsikalise teooria rajaja. Faraday teooria kohaselt saab ühe keha mõju teisele teostada kas vahetult kokkupuutel või edastada vahemeediumi kaudu. Nii nihutas Faraday tähelepanu fookuse laengute ja voolude uurimiselt, mis on kaugtegevuse teooria peamised objektid, ümbritseva ruumi uurimisele. Seda ruumi koos selles toimivate jõududega nimetatakse elektromagnetväljaks.
Elektriline interaktsioon toimub vastavalt järgmisele skeemile:
laadimine ® väli ® laeng,
need. iga laeng loob enda ümber elektrivälja, mis mõjub jõuga kõigile teistele selles väljas paiknevatele laetud osakestele. Maxwell näitas, et elektromagnetilised vastasmõjud peaksid levima valguse kiirusel vaakumis "3·10 8 m/s. See on peamine argument lühikese ulatuse teooria kasuks. Elektrivälja olemuse kohta võime öelda, et see on materiaalne, s.t. on olemas ja sellel on ainulaadsed omadused. Elektromagnetvälja kõige olulisemate omaduste hulgas on järgmised:
1. Elektriväli tekib elektrilaengute poolt ja täidab kogu ruumi.
2. Elektriväli mõjub laengutele mingi jõuga.
Väljade superpositsioonide põhimõte. Laengu tihedus.
Olgu välja loodud laeng q 1 . Kui antud väljapunkti jaoks, mis on määratud raadiuse vektoriga r 12, võta Coulombi seaduse kohaselt suhe
on selge, et see suhe ei sõltu enam katselaengust q 2 ja seega võib (1.13) paremal pool olev avaldis toimida laengu q 1 poolt tekitatava välja tunnusena. Seda kogust nimetatakse elektrivälja tugevus E!
Pinge suurus väli kaugusel r laengust q on võrdne
Pinge on vektorsuurus. Vektorkujul näeb see välja järgmine:
Võttes arvesse (1.15), saab Coulombi seaduse (1.4) kirjutada järgmiselt:
Alates (1.17) on selge, et elektrivälja tugevus on võrdne sellele mõjuva jõuga üksik positiivne tasu.
Pingemõõt [E]=H/Kl
Superpositsiooni põhimõte
Kogemused näitavad, et elektrivälja puhul on see tõsi välja superpositsiooni põhimõte:
Kui - üksikute laengute tekitatud väljatugevused suvalises ruumipunktis, siis on intensiivsus selles samas punktis võrdne intensiivsuste summaga.
kus r i on raadiuse vektor, mis on suunatud laengust q i vaatluspunkti.
See põhimõte kehtib kuni tuuma suurusteni r~10 - 15 m.
Juhime tähelepanu asjaolule, et punktis (1.18) pinged summeeruvad vektor! Valemite (1.15) ja (1.18) abil saab välja arvutada mitte ainult punktlaengute, vaid ka mis tahes kujuga laetud kehade tekitatud elektrivälja tugevuse.
Laengu tihedus.
Kui laetud keha on suur ja seda ei saa käsitleda punktlaenguna, siis elektriintensiivsuse arvutamiseks. Sellise keha väli, on vaja teada laengute jaotust selle keha sees. Seda jaotust iseloomustab funktsioon, mida nimetatakse elektrilaengute mahutiheduseks. A-prioor, mahulise laengu tihedus helistas
Laengujaotus loetakse teadaolevaks, kui funktsioon r on teada = r(x,y,z).
Kui laengud asuvad pinnal, siis pinna laengu tihedus
Laengute jaotus pinnal loetakse teadaolevaks, kui on teada funktsioon s= s(x,y,z).
Kui laengud jagunevad mööda joont, siis lineaarne laengutihedus, mis definitsiooni järgi on:
Laengujaotus loetakse teadaolevaks, kui on teada funktsioon t =t(x,y,z).
§8: Elektrivälja jõujooned. Punktlaengu väljatugevus.
Elektrivälja loetakse teadaolevaks, kui on teada intensiivsuse vektor igas ruumipunktis. Saate määrata või esitada välja paberil kas analüütiliselt või graafiliselt, kasutades elektriliin.
Eelduse, et iga katses täheldatud elektrilaeng on alati elementaarlaengu kordne, tegi B. Franklin aastal 1752. Tänu M. Faraday elektrolüüsikatsetele arvutati 1834. aastal elementaarlaengu väärtus. elementaarsele elektrilaengule viitas ka 1874. aastal inglise teadlane J. Stoney. Samuti tutvustas ta füüsikas mõistet "elektron" ja pakkus välja meetodi elementaarlaengu väärtuse arvutamiseks. Elementaarset elektrilaengut mõõtis esmakordselt eksperimentaalselt R. Millikan 1908. aastal.
Mis tahes mikrosüsteemi ja makroskoopiliste kehade elektrilaeng on alati võrdne süsteemis sisalduvate elementaarlaengute algebralise summaga, st väärtuse täisarvulise kordsega. e(või null).
Hetkel kehtestatud elementaarelektrilaengu absoluutväärtuse väärtus on e= (4, 8032068 0, 0000015) . 10–10 SGSE ühikut või 1,60217733. 10-19 klass. Valemiga arvutatud elementaarelektrilaengu väärtus, väljendatuna füüsikalistes konstantides, annab elementaarelektrilaengu väärtuse: e= 4, 80320419(21) . 10-10 või: e =1, 602176462(65). 10-19 klass.
Arvatakse, et see laeng on tõeliselt elementaarne, see tähendab, et seda ei saa osadeks jagada ja mis tahes objektide laengud on selle täisarvud. Elementaarosakese elektrilaeng on selle põhiomadus ja see ei sõltu võrdlusraami valikust. Elementaarelektrilaeng on täpselt võrdne elektroni, prootoni ja peaaegu kõigi teiste laetud elementaarosakeste elektrilaengu väärtusega, mis on seega looduses väikseima laengu materiaalsed kandjad.
On olemas positiivne ja negatiivne elementaarelektrilaeng ning elementaarosakel ja selle antiosakesel on vastupidise märgiga laengud. Elementaarse negatiivse laengu kandjaks on elektron, mille mass on mina= 9, 11. 10-31 kg. Elementaarpositiivse laengu kandjaks on prooton, mille mass on mp= 1,67. 10-27 kg.
Seda, et elektrilaeng esineb looduses vaid täisarvulise arvu elementaarlaengute kujul, võib nimetada elektrilaengu kvantiseerimiseks. Peaaegu kõigil laetud elementaarosakestel on laeng e - või e +(erandiks on mõned resonantsid laenguga, mis on kordne e); murdosa elektrilaengutega osakesi pole täheldatud, kuid tänapäevases tugeva vastasmõju teoorias - kvantkromodünaamikas - eeldatakse 1/3-ga jaguvate laengutega osakeste - kvarkide - olemasolu e.
Elementaarset elektrilaengut ei saa hävitada; see asjaolu moodustab elektrilaengu jäävuse seaduse sisu mikroskoopilisel tasemel. Elektrilaengud võivad kaduda ja uuesti ilmuda. Alati ilmnevad või kaovad aga kaks vastandmärgiga elementaarlaengut.
Elementaarse elektrilaengu suurus on elektromagnetiliste vastastikmõjude konstant ja see sisaldub kõigis mikroskoopilise elektrodünaamika võrrandites.
Elementaarne elektrilaeng on füüsikaline põhikonstant, elektrilaengu minimaalne osa (kvant). Võrdne ligikaudu
e = 1,602 176 565 (35) 10 ± 19 C
rahvusvahelises mõõtühikute süsteemis (SI). Tihedalt seotud peenstruktuuri konstandiga, mis kirjeldab elektromagnetilist interaktsiooni.
"Iga eksperimentaalselt vaadeldud elektrilaeng on alati elementaarlaeng."- selle oletuse tegi B. Franklin 1752. aastal ja seejärel katsetati seda korduvalt katseliselt. Elementaarlaengut mõõtis esmakordselt eksperimentaalselt Millikan 1910. aastal.
Seda, et elektrilaeng esineb looduses vaid täisarvulise arvu elementaarlaengute kujul, võib nimetada elektrilaengu kvantiseerimiseks. Samas ei käsitleta klassikalises elektrodünaamikas laengu kvantimise põhjuste küsimust, kuna laeng on väline parameeter, mitte dünaamiline muutuja. Rahuldavat selgitust, miks laengut tuleb kvantifitseerida, pole veel leitud, kuid juba on saadud mitmeid huvitavaid tähelepanekuid.
- · Kui looduses on magnetmonopool, siis kvantmehaanika järgi peab selle magnetlaeng olema kindlas suhtes suvalise valitud elementaarosakese laenguga. Sellest järeldub automaatselt, et ainuüksi magnetmonopoli olemasolu toob kaasa laengu kvantimise. Magnetmonopooli aga looduses tuvastada ei õnnestunud.
- · Kaasaegses osakeste füüsikas töötatakse välja teisi mudeleid, milles kõik teadaolevad põhiosakesed osutuksid uute, veelgi fundamentaalsemate osakeste lihtsateks kombinatsioonideks. Sel juhul ei tundu vaadeldavate osakeste laengu kvantifitseerimine üllatav, kuna see tekib "konstruktsiooni teel".
Samuti on võimalik, et kõiki vaadeldavate osakeste parameetreid kirjeldatakse ühtse väljateooria raames, mille käsitlusi praegu arendatakse. Sellistes teooriates tuleb osakeste elektrilaengu suurust arvutada üliväikese arvu põhiparameetrite põhjal, mis võivad olla seotud aegruumi struktuuriga ülilühikestel vahemaadel. Kui selline teooria konstrueerida, siis see, mida me vaatleme elementaarse elektrilaenguna, osutub mingiks diskreetseks aegruumi invariandiks. Selline lähenemine on välja töötatud näiteks S. Bilson-Thompsoni mudelis, milles standardmudeli fermioone tõlgendatakse kolme punutud aegruumi paelana ning elektrilaeng (täpsemalt kolmandik sellest) vastab 180° võrra keeratud lindile. Kuid vaatamata selliste mudelite elegantsusele ei ole konkreetseid üldtunnustatud tulemusi selles suunas veel saavutatud.
Elementaarne elektrilaeng elementaarne elektrilaeng
(e), minimaalne positiivne või negatiivne elektrilaeng, mille suurus e≈4,8 · 10 -10 SGSE ühikut või 1,6 · 10 -19 Cl. Peaaegu kõigil laetud elementaarosakestel on laeng + e või - e(erandiks on mõned resonantsid laenguga, mis on kordne e); murdosa elektrilaengutega osakesi ei ole täheldatud, kuid tänapäevases tugeva interaktsiooni teoorias - kvantkromodünaamikas - eeldatakse kvarkide olemasolu - osakesi, mille laengud on 1/3 kordajad e.
ELEMENTARY ELEKTRILAADELEMENTARY ELEKTRILAAD ( e), minimaalne positiivne või negatiivne elektrilaeng, mis on võrdne elektroni laenguga.
Eelduse, et iga katses täheldatud elektrilaeng on alati elementaarlaengu kordne, väljendas B. Franklin (cm. FRANKLIN Benjamin) aastal 1752 Tänu M. Faraday katsetele (cm. FARADAY Michael) Elektrolüüsi järgi arvutati elementaarlaengu väärtus aastal 1834. Elementaarelektrilaengu olemasolule juhtis 1874. aastal tähelepanu ka inglise teadlane J. Stoney. Samuti tutvustas ta füüsikas mõistet "elektron" ja pakkus välja meetodi elementaarlaengu väärtuse arvutamiseks. Esmakordselt mõõtis elementaarelektrilaengu eksperimentaalselt R. Millikan (cm. MILLIKEN Robert Andrews) aastal 1908
Elementaarse elektrilaengu materiaalsed kandjad looduses on laetud elementaarosakesed (cm. ELEMENTARY OSAKED).
Elektrilaeng (cm. ELEKTRILAENG) mis tahes mikrosüsteemi ja makroskoopiliste kehade arv on alati võrdne süsteemis sisalduvate elementaarlaengute algebralise summaga, st väärtuse e (või nulli) täisarvuga.
Hetkel kehtestatud elementaarelektrilaengu absoluutväärtus (cm. ELEMENTARY ELEKTRILAAD) on e = (4,8032068 0,0000015) . 10–10 SGSE ühikut või 1,60217733. 10-19 klass. Valemi abil arvutatud elementaarelektrilaengu füüsikalistes konstantides väljendatud väärtus annab elementaarelektrilaengu väärtuse: e = 4,80320419(21) . 10-10 või: e = 1,602176462(65). 10-19 klass.
Arvatakse, et see laeng on tõeliselt elementaarne, see tähendab, et seda ei saa osadeks jagada ja mis tahes objektide laengud on selle täisarvud. Elementaarosakese elektrilaeng on selle põhiomadus ja see ei sõltu võrdlusraami valikust. Elementaarelektrilaeng on täpselt võrdne elektroni, prootoni ja peaaegu kõigi teiste laetud elementaarosakeste elektrilaengu väärtusega, mis on seega looduses väikseima laengu materiaalsed kandjad.
On olemas positiivne ja negatiivne elementaarelektrilaeng ning elementaarosakel ja selle antiosakesel on vastupidise märgiga laengud. Elementaarse negatiivse laengu kandjaks on elektron, mille mass on me = 9,11. 10-31 kg. Elementaarse positiivse laengu kandjaks on prooton, mille mass on mp = 1,67. 10-27 kg.
Seda, et elektrilaeng esineb looduses vaid täisarvulise arvu elementaarlaengute kujul, võib nimetada elektrilaengu kvantiseerimiseks. Peaaegu kõigil laetud elementaarosakestel on laeng e - või e + (erandiks on mõned resonantsid laenguga, mis on e-kordne); murdosa elektrilaengutega osakesi pole täheldatud, kuid tänapäevases tugeva vastasmõju teoorias - kvantkromodünaamikas - eeldatakse 1/3-ga jaguvate laengutega osakeste - kvarkide - olemasolu e.
Elementaarset elektrilaengut ei saa hävitada; see asjaolu moodustab elektrilaengu jäävuse seaduse sisu mikroskoopilisel tasemel. Elektrilaengud võivad kaduda ja uuesti ilmuda. Alati ilmnevad või kaovad aga kaks vastandmärgiga elementaarlaengut.
Elementaarse elektrilaengu suurus on elektromagnetiliste vastastikmõjude konstant ja see sisaldub kõigis mikroskoopilise elektrodünaamika võrrandites.