Minimalny ładunek elektryczny - ładunek elektronu jest równy. Ładunek elektryczny i cząstki elementarne

Każdy eksperymentalnie zaobserwowany ładunek elektryczny jest zawsze wielokrotnością jednego elementarnego- założenie to przyjął B. Franklin w 1752 r. i było później wielokrotnie sprawdzane doświadczalnie. Ładunek elementarny został po raz pierwszy zmierzony eksperymentalnie przez Millikana w 1910 roku.

Można nazwać fakt, że ładunek elektryczny występuje w przyrodzie tylko w postaci całkowitej liczby ładunków elementarnych kwantyzacja ładunku elektrycznego. Jednocześnie w elektrodynamice klasycznej nie porusza się kwestii przyczyn kwantyzacji ładunku, gdyż ładunek jest parametrem zewnętrznym, a nie zmienną dynamiczną. Nie znaleziono jeszcze zadowalającego wyjaśnienia, dlaczego ładunek musi być skwantowany, ale uzyskano już szereg interesujących obserwacji.

Ułamkowy ładunek elektryczny

Wielokrotne poszukiwania długożyciowych obiektów swobodnych o ułamkowym ładunku elektrycznym, prowadzone różnymi metodami w długim okresie czasu, nie dały rezultatu.

Warto jednak zaznaczyć, że ładunek elektryczny kwazicząstek również może nie być wielokrotnością całości. W szczególności za ułamkowy kwantowy efekt Halla odpowiedzialne są kwazicząstki posiadające ułamkowy ładunek elektryczny.

Eksperymentalne wyznaczanie elementarnego ładunku elektrycznego

Liczba Avogadra i stała Faradaya

Efekt Josephsona i stała von Klitzinga

Inną precyzyjną metodą pomiaru ładunku elementarnego jest obliczenie go na podstawie obserwacji dwóch efektów mechaniki kwantowej: efektu Josephsona, który powoduje wahania napięcia w określonej strukturze nadprzewodzącej, oraz kwantowego efektu Halla, efektu kwantowania rezystancji Halla lub przewodności dwuwymiarowego gazu elektronowego w silnych polach magnetycznych i w niskich temperaturach. stała Josephsona

K jot = 2 mi godz , (\ Displaystyle K _ (\ operatorname (J)) = (\ Frac (2e) (h)),}

Gdzie H- Stałą Plancka można zmierzyć bezpośrednio za pomocą efektu Josephsona.

R K. = godz mi 2 (\ Displaystyle R _ (\ operatorname (K)) = (\ Frac (h) (e ^ (2))))

można zmierzyć bezpośrednio za pomocą kwantowego efektu Halla.

Z tych dwóch stałych można obliczyć wielkość ładunku elementarnego:

mi = 2 R. K. jot . (\ Displaystyle e = (\ Frac (2) (R _ (\ operatorname (K)) K _ (\ operatorname (J))}).)

Zobacz też

Notatki

Opłata podstawowa(Język angielski) . Odniesienie NIST dotyczące stałych, jednostek i niepewności. . Źródło 20 maja 2016 r.
Wartość w jednostkach SGSE podaje się w wyniku przeliczenia wartości CODATA w kulombach, biorąc pod uwagę fakt, że kulomb równa się dokładnie 2 997 924 580 jednostkom ładunku elektrycznego SGSE (franklin lub statkulomb).
Tomilin K.A. Podstawowe stałe fizyczne w aspekcie historycznym i metodologicznym. - M.: Fizmatlit, 2006. - s. 96-105. - 368 s. - 400 egzemplarzy. - ISBN 5-9221-0728-3.
Topologiczny model złożonych przedonów (niedostępny link) es.arXiv.org
V.M. Abazow i in.(Współpraca DŘ) (2007). „Eksperymentalne rozróżnianie ładunku 2 mi/3 górny kwark i ładunek 4 mi/3 scenariusze produkcji egzotycznych kwarków.” Listy z przeglądu fizycznego. 98 (4): 041801.

mi - =1,6·10 - 19Cl (1,9)

Wiele wzorów na energię elektryczną uwzględnia współczynnik przestrzenny 4p. Aby się tego pozbyć w praktycznie ważnych wzorach, prawo Coulomba zapisuje się w następującej formie:

Zatem (1.11)

Od (1.12)

e 0 - tzw stała elektryczna.

§6: Teoria działania krótkiego zasięgu. Pole elektryczne.

Doświadczenie pokazuje, że pomiędzy ciałami naładowanymi elektrycznie i namagnesowanymi, a także ciałami, przez które przepływa prąd elektryczny, działają siły zwane siłami elektromagnetycznymi lub elektrodynamicznymi. Jeśli chodzi o naturę tych sił, w nauce wysunięto dwa przeciwstawne punkty widzenia. Wcześniejsza z nich (zwana teorią działania dalekiego zasięgu) opierała się na idei bezpośredniego działania ciał na odległość bez udziału jakichkolwiek pośrednich pośredników materialnych. Jednocześnie bez dowodów przyjęto, że działanie takie następuje natychmiastowo, tj. z nieskończenie dużą prędkością (v®¥)!? Nowszy, obecnie akceptowany w fizyce punkt widzenia, wywodzi się z poglądu, że interakcje przenoszone są poprzez specjalny materialny pośrednik zwany polem elektromagnetycznym (jest to tzw. teoria krótkiego zasięgu). Zgodnie z tą teorią maksymalna prędkość propagacji oddziaływań jest równa prędkości światła w próżni: v=c (c jest prędkością światła w próżni). Teoria działań dalekiego zasięgu wzięła swoje idee z doktryny Newtona o powszechnej grawitacji. Ogromne sukcesy mechaniki niebieskiej z jednej strony i całkowity brak wyjaśnienia w jakikolwiek sposób przyczyn grawitacji z drugiej strony doprowadziły wielu naukowców do poglądu, że grawitacja i siły elektromagnetyczne nie wymagają wyjaśnienia, ale są „wrodzone” właściwości samej materii. Pod względem matematycznym teoria działania dalekiego zasięgu osiągnęła wysoki stopień doskonałości dzięki pracom Laplace'a, Gausa, Ostrogradskiego, Ampera i Poissota. Za tym podążała większość fizyków aż do końca XIX wieku. Michael Faraday był niemal osamotniony w swoim odmiennym stanowisku. Jest twórcą fizycznej teorii pola elektromagnetycznego. Zgodnie z teorią Faradaya działanie jednego ciała na drugie może nastąpić bezpośrednio po kontakcie lub zostać przekazane za pośrednictwem ośrodka pośredniego. W ten sposób Faraday przesunął punkt ciężkości z badania ładunków i prądów, które są głównymi przedmiotami teorii działania dalekiego zasięgu, na badanie otaczającej przestrzeni. Przestrzeń ta wraz z działającymi w niej siłami nazywana jest polem elektromagnetycznym.

Interakcja elektryczna odbywa się według następującego schematu:

ładunek ® pole ® ładunek,

te. każdy ładunek wytwarza wokół siebie pole elektryczne, które oddziałuje siłą na wszystkie inne naładowane cząstki znajdujące się w tym polu. Maxwell wykazał, że oddziaływania elektromagnetyczne powinny rozchodzić się z prędkością światła w próżni wynoszącą „3·10 8 m/s. Jest to główny argument przemawiający za teorią krótkiego zasięgu. O naturze pola elektrycznego można powiedzieć, że jest ono materialne, tj. istnieje i ma dla siebie unikalne właściwości. Do najważniejszych właściwości pola elektromagnetycznego zalicza się:

1. Pole elektryczne jest generowane przez ładunki elektryczne i wypełnia całą przestrzeń.

2. Pole elektryczne działa na ładunki z pewną siłą.

Zasada superpozycji pól. Gęstość ładunku.

Niech pole zostanie utworzone przez ładunek q 1 . Jeśli dla danego punktu pola, który jest określony przez wektor promienia R 12, zgodnie z prawem Coulomba, weź stosunek

jasne jest, że stosunek ten nie zależy już od ładunku próbnego q 2 i dlatego wyrażenie po prawej stronie (1.13) może służyć jako charakterystyka pola wytworzonego przez ładunek q 1 . Ta ilość nazywa się natężenie pola elektrycznego E!

Wielkość napięcia pole w odległości r od ładunku q jest równe

Napięcie jest wielkością wektorową. W formie wektorowej wygląda to tak:

Biorąc pod uwagę (1.15), prawo Coulomba (1.4) można zapisać jako:

Z (1.17) wynika, że natężenie pola elektrycznego jest równe działającej sile pojedynczy pozytyw opłata.

Wymiar rozciągający [E]=H/Kl

Zasada superpozycji

Doświadczenie pokazuje, że w przypadku pola elektrycznego jest to prawdą zasada superpozycji pól:

Jeżeli - natężenia pola wytworzonego przez poszczególne ładunki w dowolnym punkcie przestrzeni, to natężenie w tym samym punkcie jest równe sumie natężeń.

gdzie r i jest wektorem promienia skierowanym od ładunku q i do punktu obserwacji.

Zasada ta obowiązuje aż do rozmiarów jądra r~10 - 15 m.

Zwracamy uwagę, że w (1.18) napięcia sumują się wektor! Korzystając ze wzorów (1.15) i (1.18) można obliczyć natężenie pola elektrycznego wytwarzanego nie tylko przez ładunki punktowe, ale także naładowane ciała o dowolnym kształcie.

Gęstość ładunku.

Jeżeli naładowane ciało jest duże i nie można go uznać za ładunek punktowy, należy obliczyć natężenie elektryczne. polu takiego ciała, konieczna jest znajomość rozkładu ładunków wewnątrz tego ciała. Rozkład ten charakteryzuje się funkcją zwaną gęstością objętościową ładunków elektrycznych. A-przeorat, objętościowa gęstość ładunku zwany

Rozkład ładunku uważa się za znany, jeśli znana jest funkcja r = r(x,y,z).

Jeżeli ładunki znajdują się na powierzchni, to gęstość ładunku powierzchniowego

Rozkład ładunków na powierzchni uważa się za znany, jeżeli znana jest funkcja s= s(x,y,z).

Jeśli ładunki są rozłożone wzdłuż linii, to liniowa gęstość ładunku, co z definicji jest:

Rozkład ładunku uważa się za znany, jeśli znana jest funkcja t = t(x,y,z).

§8: Linie pola elektrycznego. Natężenie pola ładunku punktowego.

Pole elektryczne uważa się za znane, jeśli znany jest wektor natężenia w każdym punkcie przestrzeni. Możesz ustawić lub przedstawić pole na papierze, analitycznie lub graficznie, za pomocą linia napięcia.

Wymieńmy właściwości ładunków

2. Ładunek elektryczny ma dyskretny charakter

Opłata podstawowa

Elektryczność. Warunki istnienia prądu elektrycznego. Siła prądu i gęstość prądu

Prąd elektryczny to kierunkowy ruch naładowanych cząstek. Uzgodniono, że za kierunek przepływu prądu elektrycznego należy uznać kierunek ruchu cząstek naładowanych dodatnio. Aby móc kontynuować istnienie prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym, muszą zostać spełnione następujące warunki:

Obecność wolnych naładowanych cząstek (nośników prądu);

Obecność pola elektrycznego, którego siły działające na naładowane cząstki powodują ich uporządkowany ruch;

Obecność źródła prądu, w którym siły zewnętrzne przemieszczają swobodne ładunki wbrew siłom elektrostatycznym (kulombowskim).

Ilościowymi cechami prądu elektrycznego są natężenie prądu I i gęstość prądu j.

Siła prądu jest skalarną wielkością fizyczną równą stosunkowi ładunku Δq przechodzącego przez przekrój przewodnika w pewnym okresie czasu Δt do tego przedziału:

Jednostką prądu w układzie SI jest amper (A).

Jeśli siła prądu i jego kierunek nie zmieniają się w czasie, wówczas prąd nazywa się stałym.

Gęstość prądu j jest wektorową wielkością fizyczną, której moduł jest równy stosunkowi prądu I w przewodniku do pola przekroju poprzecznego S przewodnika:

Jednostką gęstości prądu w układzie SI jest amper na metr kwadratowy (A/m2).

Załamanie światła w soczewkach

Soczewka to przezroczysty korpus ograniczony dwiema zakrzywionymi lub zakrzywionymi i płaskimi powierzchniami.

W większości przypadków stosuje się soczewki, których powierzchnie są kuliste. Soczewkę nazywamy cienką, jeżeli jej grubość d jest mała w porównaniu z promieniami krzywizny jej powierzchni R1 i R2. W przeciwnym razie soczewka nazywana jest grubą. Główną osią optyczną soczewki jest linia prosta przechodząca przez środki krzywizny jej powierzchni. Można założyć, że w cienkiej soczewce punkty przecięcia głównej osi optycznej z obiema powierzchniami soczewki łączą się w jeden punkt O, zwany środkiem optycznym soczewki. Cienka soczewka ma jedną płaszczyznę główną, wspólną dla obu powierzchni soczewki i przechodzącą przez środek optyczny soczewki prostopadle do jej głównej osi optycznej. Wszystkie linie proste przechodzące przez środek optyczny soczewki i nie pokrywające się z jej główną osią optyczną nazywane są wtórnymi osiami optycznymi soczewki. Promienie przemieszczające się wzdłuż osi optycznych soczewki (głównej i wtórnej) nie ulegają załamaniu.

Formuła cienkiej soczewki:

gdzie n21 = n2/n1, n2 i n1 to bezwzględne współczynniki załamania światła dla materiału soczewki i otoczenia, R1 i R2 to promienie krzywizny przedniej i tylnej (w stosunku do obiektu) powierzchni soczewki, a1 i a2 to odległości do obiektu i jego obrazu, mierzone od optycznego środka soczewki wzdłuż jej głównej osi optycznej.

Wartość nazywa się ogniskową obiektywu. Punkty leżące na głównej osi optycznej soczewki po obu stronach środka optycznego w równych odległościach równych f nazywane są ogniskami głównymi linii. Płaszczyzny przechodzące przez główne ogniska F1 i F2 soczewki prostopadle do jej głównej osi optycznej nazywane są płaszczyznami ogniskowymi soczewki. Punkty przecięcia wtórnych osi optycznych z płaszczyznami ogniskowymi soczewki nazywane są ogniskami wtórnymi soczewki.

Soczewkę nazywamy skupiającą (dodatnią), jeśli jej ogniskowa f > 0. Soczewkę nazywamy rozbieżną (ujemną), jeśli jej ogniskowa f<0.

Dla n2 > n1 soczewki zbierające są dwuwypukłe, płasko-wypukłe i wklęsło-wypukłe (soczewki dodatnie meniskowe), stają się cieńsze od środka do krawędzi; soczewki rozbieżne to soczewki dwuwklęsłe, płaskowklęsłe i wypukło-wklęsłe (łąkotki ujemne), pogrubiające się od środka do krawędzi. Dla p2 n1.

Hipoteza Plancka. Foton i jego właściwości. Dualizm korpuskularno-falowy

Hipoteza Plancka jest hipotezą wysuniętą 14 grudnia 1900 roku przez Maxa Plancka, która stwierdza, że podczas promieniowania cieplnego energia jest emitowana i pochłaniana nie w sposób ciągły, ale w odrębnych kwantach (porcjach). Każda taka część kwantowa ma energię proporcjonalną do częstotliwości ν promieniowania:

gdzie h lub jest współczynnikiem proporcjonalności, zwanym później stałą Plancka. Na podstawie tej hipotezy zaproponował teoretyczne wyprowadzenie zależności pomiędzy temperaturą ciała a promieniowaniem emitowanym przez to ciało – wzór Plancka.

Hipoteza Plancka została później potwierdzona eksperymentalnie.

Za moment narodzin mechaniki kwantowej uważa się sformułowanie tej hipotezy.

Foton jest materialną, elektrycznie obojętną cząstką, kwantem pola elektromagnetycznego (nośnikiem oddziaływania elektromagnetycznego).

Podstawowe właściwości fotonu

1. Jest cząstką pola elektromagnetycznego.

2. Porusza się z prędkością światła.

3. Istnieje tylko w ruchu.

4. Fotonu nie da się zatrzymać: albo porusza się z prędkością równą prędkości światła, albo nie istnieje; dlatego masa spoczynkowa fotonu wynosi zero.

Energia fotonu:

Zgodnie z teorią względności energię można zawsze obliczyć w następujący sposób:

Stąd masa fotonu.

Pęd fotonu . Impuls fotonowy kierowany jest wzdłuż wiązki światła.

Dualizm korpuskularno-falowy

Koniec XIX wieku: efekt fotoelektryczny i efekt Comptona potwierdziły teorię Newtona, a zjawiska dyfrakcji i interferencji światła potwierdziły teorię Huygensa.

Tak więc wielu fizyków na początku XX wieku. doszedł do wniosku, że światło ma dwie właściwości:

1. Podczas propagacji wykazuje właściwości falowe.

2. Oddziałując z materią, wykazuje ona właściwości korpuskularne. Jego właściwości nie sprowadzają się ani do fal, ani do cząstek.

Im większe v, tym wyraźniejsze są właściwości kwantowe światła i mniej wyraźne są właściwości falowe.

Zatem całe promieniowanie ma zarówno właściwości falowe, jak i kwantowe. Zatem to, jak foton się manifestuje – jako fala czy cząstka – zależy od charakteru prowadzonych nad nim badań.

Eksperymenty Rutherforda. Planetarny model atomu

Aby eksperymentalnie zbadać rozkład ładunku dodatniego, a tym samym masy, wewnątrz atomu, Rutherford zaproponował w 1906 roku sondowanie atomu za pomocą cząstek α. Ich masa jest w przybliżeniu 8000 razy większa od masy elektronu, a ich ładunek dodatni jest równy dwukrotności ładunku elektronu. Prędkość cząstek alfa jest bardzo duża: wynosi 1/15 prędkości światła. Rutherford bombardował tymi cząsteczkami atomy ciężkich pierwiastków. Elektrony ze względu na swoją małą masę nie są w stanie zauważalnie zmienić trajektorii cząstki α i nie są w stanie zauważalnie zmienić jej prędkości. Rozpraszanie (zmiana kierunku ruchu) cząstek α może być spowodowane jedynie przez dodatnio naładowaną część atomu. Zatem na podstawie rozproszenia cząstek α można określić charakter rozkładu ładunku dodatniego i masy wewnątrz atomu. Radioaktywny lek, na przykład rad, umieszczano w ołowianym cylindrze 1, wzdłuż którego wywiercono wąski kanał. Wiązka cząstek α z kanału spadła na cienką folię 2 wykonaną z badanego materiału (złoto, miedź itp.). Po rozproszeniu cząstki α spadły na półprzezroczyste sito 3 pokryte siarczkiem cynku. Zderzeniu każdej cząstki z ekranem towarzyszył błysk światła (scyntylacja), który można było obserwować pod mikroskopem nr 4. Całe urządzenie umieszczono w naczyniu, z którego usunięto powietrze.

Ładunek dodatni, rozprowadzony po całym atomie, nie jest w stanie wytworzyć pola elektrycznego wystarczająco intensywnego, aby odrzucić cząstkę alfa. Maksymalna siła odpychania jest określona przez prawo Coulomba:

gdzie qα jest ładunkiem cząstki α; q jest dodatnim ładunkiem atomu; r jest jego promieniem; k - współczynnik proporcjonalności. Natężenie pola elektrycznego równomiernie naładowanej piłki jest maksymalne na powierzchni kuli i maleje do zera w miarę zbliżania się do środka. Dlatego im mniejszy promień r, tym większa siła odpychająca cząstki α. Teoria ta wydaje się absolutnie konieczna do wyjaśnienia eksperymentów z rozpraszaniem cząstek alfa. Ale na podstawie tego modelu nie da się wyjaśnić faktu istnienia atomu, jego stabilności. Przecież ruch elektronów na orbitach następuje z przyspieszeniem i to dość znacznym. Zgodnie z prawami elektrodynamiki Maxwella, ładunek przyspieszający powinien emitować fale elektromagnetyczne o częstotliwości równej częstotliwości jego obrotu wokół jądra. Promieniowaniu towarzyszy utrata energii. Tracąc energię, elektrony muszą zbliżyć się do jądra, tak jak satelita zbliża się do Ziemi podczas hamowania w górnych warstwach atmosfery. Jak pokazują rygorystyczne obliczenia oparte na mechanice Newtona i elektrodynamice Maxwella, elektron musi spaść na jądro w zaniedbywalnie krótkim czasie. Atom musi przestać istnieć.

W rzeczywistości nic takiego się nie dzieje. Wynika z tego, że prawa fizyki klasycznej nie mają zastosowania do zjawisk w skali atomowej. Rutherford stworzył planetarny model atomu: elektrony krążą wokół jądra, tak jak planety krążą wokół Słońca. Model ten jest prosty, uzasadniony eksperymentalnie, ale nie wyjaśnia stabilności atomu.

Ilość ciepła

Ilość ciepła jest miarą zmiany energii wewnętrznej, którą ciało otrzymuje (lub oddaje) w procesie wymiany ciepła.

Zatem zarówno praca, jak i ilość ciepła charakteryzują zmianę energii, ale nie są tożsame z energią. Nie charakteryzują one stanu samego układu, ale określają proces przejścia energii z jednego rodzaju na drugi (z jednego ciała na drugie), gdy stan się zmienia i w istotny sposób zależą od charakteru procesu.

Zasadnicza różnica między pracą a ilością ciepła polega na tym, że praca charakteryzuje proces zmiany energii wewnętrznej układu, któremu towarzyszy przemiana energii z jednego rodzaju na inny (z mechanicznej na wewnętrzną). Ilość ciepła charakteryzuje proces przenoszenia energii wewnętrznej z jednego ciała do drugiego (z bardziej ogrzanego do mniej ogrzanego), któremu nie towarzyszą przemiany energetyczne.

Doświadczenie pokazuje, że ilość ciepła potrzebną do ogrzania ciała o masie m od temperatury T1 do temperatury T2 oblicza się ze wzoru, w którym c jest ciepłem właściwym substancji;

Jednostką ciepła właściwego w układzie SI jest dżul na kilogram Kelwina (J/(kg·K)).

Ciepło właściwe c jest liczbowo równe ilości ciepła, jakie należy dostarczyć ciału o masie 1 kg, aby ogrzać je o 1 K.

Pojemność cieplna przekładnika prądowego ciała jest liczbowo równa ilości ciepła potrzebnej do zmiany temperatury ciała o 1 K:

Jednostką pojemności cieplnej ciała w układzie SI jest dżul na kelwin (J/K).

Aby zamienić ciecz w parę o stałej temperaturze, należy wydać pewną ilość ciepła

gdzie L jest ciepłem właściwym parowania. Kiedy para się skrapla, uwalniana jest taka sama ilość ciepła.

Aby stopić ciało krystaliczne o masie m w temperaturze topnienia, należy przekazać ciału pewną ilość ciepła

gdzie λ jest ciepłem właściwym topnienia. Kiedy ciało krystalizuje, uwalniana jest taka sama ilość ciepła.

Ilość ciepła wydzielonego podczas całkowitego spalania paliwa o masie m,

gdzie q jest ciepłem właściwym spalania.

Jednostką ciepła właściwego parowania, topnienia i spalania w układzie SI jest dżul na kilogram (J/kg).

Ładunek elektryczny i jego właściwości. Dyskrecja. Elementarny ładunek elektryczny. Prawo zachowania ładunku elektrycznego.

Ładunek elektryczny jest wielkością fizyczną charakteryzującą oddziaływanie elektromagnetyczne. Ciało jest naładowane ujemnie, jeśli ma nadmiar elektronów, i dodatnio, jeśli ma niedobór.

Wymieńmy właściwości ładunków

1. Istnieją dwa rodzaje opłat; negatywne i pozytywne. Podobnie jak ładunki przyciągają, tak jak ładunki odpychają. Nosiciel elementarnego, tj. Najmniejszym ładunkiem ujemnym jest elektron, którego ładunek wynosi qe = -1,6 * 10-19 C, a masa me = 9,1 * 10-31 kg. Nośnikiem elementarnego ładunku dodatniego jest proton q=+1,6*10-19 C o masie m=1,67*10-27kg.

2. Ładunek elektryczny ma dyskretny charakter. Oznacza to, że ładunek dowolnego ciała jest wielokrotnością ładunku elektronu q=Nqe, gdzie N jest liczbą całkowitą. Z reguły jednak nie zauważamy dyskretności ładunku, gdyż ładunek elementarny jest bardzo mały.

3. W układzie izolowanym, tj. w układzie, którego ciała nie wymieniają ładunków z ciałami zewnętrznymi, zachowana jest algebraiczna suma ładunków (prawo zachowania ładunku).

4. El. Ładunek zawsze można przenieść z jednego ciała na drugie.

5. Jednostką ładunku w układzie SI jest kulomb (C). Z definicji 1 kulomb jest równy ładunkowi przepływającemu przez przekrój przewodnika w ciągu 1 s przy prądzie 1 A.

6. Prawo zachowania ładunku elektrycznego.

Wewnątrz układu zamkniętego dla dowolnych oddziaływań suma algebraiczna ładunków elektrycznych pozostaje stała:

Układem izolowanym (lub zamkniętym) nazwiemy układ ciał, do którego ładunki elektryczne nie są wprowadzane z zewnątrz i nie są z niego usuwane.

Nigdzie i nigdy w naturze ładunek elektryczny tego samego znaku nie pojawia się ani nie znika. Pojawieniu się dodatniego ładunku elektrycznego zawsze towarzyszy pojawienie się równego ładunku ujemnego. Ani ładunek dodatni, ani ujemny nie mogą zniknąć osobno, mogą się wzajemnie neutralizować tylko wtedy, gdy mają równy moduł.

W ten sposób cząstki elementarne mogą się w siebie przekształcać. Ale zawsze podczas narodzin naładowanych cząstek obserwuje się pojawienie się pary cząstek z ładunkami o przeciwnym znaku. Można również zaobserwować jednoczesne narodziny kilku takich par. Naładowane cząstki znikają, zamieniając się w neutralne, również tylko parami. Wszystkie te fakty nie pozostawiają wątpliwości co do ścisłego stosowania prawa zachowania ładunku elektrycznego.

Opłata podstawowa- opłata minimalna, której nie można podzielić.

Założenie, że zaobserwowany w doświadczeniu ładunek elektryczny jest zawsze wielokrotnością ładunku elementarnego, przyjął B. Franklin w 1752 r. Dzięki eksperymentom M. Faradaya z elektrolizą w 1834 r. obliczono wartość ładunku elementarnego. na elementarny ładunek elektryczny zwrócił także uwagę angielski naukowiec J. Stoney w 1874 roku. Wprowadził także do fizyki pojęcie „elektronu” i zaproponował metodę obliczania wartości ładunku elementarnego. Elementarny ładunek elektryczny po raz pierwszy eksperymentalnie zmierzył R. Millikan w 1908 roku.

Ładunek elektryczny dowolnego mikroukładu i ciał makroskopowych jest zawsze równy sumie algebraicznej ładunków elementarnych wchodzących w skład układu, czyli całkowitej wielokrotności wartości mi(lub zero).

Aktualnie ustalona wartość bezwzględna wartości elementarnego ładunku elektrycznego wynosi mi= (4, 8032068 0, 0000015) . 10 -10 jednostek SGSE lub 1,60217733. Klasa 10-19. Wartość elementarnego ładunku elektrycznego obliczona ze wzoru, wyrażona w postaci stałych fizycznych, daje wartość elementarnego ładunku elektrycznego: mi= 4, 80320419(21) . 10 -10, lub: e =1, 602176462(65). Klasa 10-19.

Uważa się, że ładunek ten jest naprawdę elementarny, to znaczy nie można go podzielić na części, a ładunki dowolnych obiektów są jego całkowitymi wielokrotnościami. Ładunek elektryczny cząstki elementarnej jest jej podstawową cechą i nie zależy od wyboru układu odniesienia. Elementarny ładunek elektryczny jest dokładnie równy wartości ładunku elektrycznego elektronu, protonu i prawie wszystkich innych naładowanych cząstek elementarnych, które są zatem materialnymi nośnikami najmniejszego ładunku w przyrodzie.

Istnieje dodatni i ujemny elementarny ładunek elektryczny, a cząstka elementarna i jej antycząstka mają ładunki o przeciwnych znakach. Nośnikiem elementarnego ładunku ujemnego jest elektron, którego masa wynosi Ja= 9, 11. 10 -31 kg. Nośnikiem elementarnego ładunku dodatniego jest proton, którego masa wynosi poseł= 1,67. 10 -27 kg.

Fakt, że ładunek elektryczny występuje w przyrodzie jedynie w postaci całkowitej liczby ładunków elementarnych, można nazwać kwantyzacją ładunku elektrycznego. Prawie wszystkie naładowane cząstki elementarne mają ładunek e- Lub e +(wyjątek stanowią niektóre rezonanse z ładunkiem będącym wielokrotnością mi); nie zaobserwowano cząstek o ułamkowych ładunkach elektrycznych, jednakże we współczesnej teorii oddziaływania silnego - chromodynamika kwantowa - zakłada się istnienie cząstek - kwarków - o ładunkach podzielnych przez 1/3 mi.

Elementarnego ładunku elektrycznego nie można zniszczyć; fakt ten stanowi treść prawa zachowania ładunku elektrycznego na poziomie mikroskopowym. Ładunki elektryczne mogą znikać i pojawiać się ponownie. Jednakże dwa ładunki elementarne o przeciwnych znakach zawsze pojawiają się lub znikają.

Wielkość elementarnego ładunku elektrycznego jest stałą oddziaływań elektromagnetycznych i jest uwzględniana we wszystkich równaniach elektrodynamiki mikroskopowej.