Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике  
 
 


 

Справочник электрика / Основы электротехники

 

Закон сохранения электрического заряда


Что бы ни происходило в мире, во вселенной есть некий полный электрический заряд, количество которого всегда остается неизменным. Даже если заряд по какой-нибудь причине перестал существовать в одном месте, то он обязательно окажется в другом месте. Это значит, что заряд не может безвозвратно исчезнуть.

Данный факт установил и исследовал Майкл Фарадей. Однажды он возвел в своей лаборатории огромный полый металлический шар, к наружной поверхности которого подключил сверхчувствительный гальванометр. Размер шара позволял разместить внутри него целую лабораторию.

Майкл Фарадей

Так и поступил Фарадей. Он стал заносить внутрь шара самое разнообразное электрическое оборудование, какое только было в его распоряжении, после чего приступил к экспериментам. Находясь внутри шара, он стал натирать стеклянные палочки мехом, запускать электростатические машины и т. д. Но как ни старался Фарадей, заряд на шаре не увеличивался. Никаким образом ученому не удалось создать заряд.

Закон сохранения электрического заряда

И нам это понятно, ведь когда натираешь стеклянную палочку мехом, хотя палочка и получает при этом положительный заряд, мех тут же получает отрицательный заряд аналогичного количества, и в сумме заряд меха и палочки равен нулю.

Гальванометр снаружи шара непременно отразил бы факт изменения заряда, если бы «лишний» заряд возник внутри лаборатории Фарадея, но ничего подобного не случилось. Полный заряд сохраняется.

Еще пример. Нейтрон — изначально не обладающая зарядом частица, однако нейтрон может распасться на протон и электрон. И хотя сам нейтрон был нейтрален, то есть заряд его был нулевым, рождающиеся в результате его распада частицы несут противоположные по знаку и равные по количеству электрические заряды. Полный заряд вселенной ничуть не изменился, остался постоянным.

Позитрон и электрон

Вот еще один пример - позитрон и электрон. Позитрон — античастица электрона, он имеет противоположный электрону заряд, и является по существу как-бы зеркальным отображением электрона. Встретившись, электрон и позитрон взаимно уничтожают друг друга, при этом рождается гамма-квант (электромагнитное излучение), однако полный заряд опять же остается неизменным. Справедлив и обратный процесс (см. рисунок выше).

Закон сохранения электрического заряда

Закон сохранения электрического заряда формулируется так: алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется. Или так: при любых взаимодействиях тел их полный электрический заряд остается неизменным.

Электрический заряд изменяется порциями (квантуется)

Есть у электрического заряда одно необычное свойство — он всегда изменяется порциями. Рассмотрим заряженную частицу. Ее заряд может быть равен, например, одной порции заряда или двум порциям заряда, минус одной или минус двум порциям. Элементарный (минимальный из реально существующих у долгоживущих частиц) отрицательный заряд имеет электрон.

Заряд электрона равен 1,602 176 6208(98) х 10-19 Кулон. Это количество заряда является минимальной порцией (квантом электрического заряда). Минимальные порции электрического заряда могут перемещаться в разных количествах из одного места пространства в другое, но суммарный заряд всегда и везде сохраняется и в принципе мог бы быть измерен как количество таких минимальных порций.

Электрические заряды являются источниками электрических и магнитных полей

Стоит отметить, что электрические заряды являются источниками электрического и магнитного полей. Поэтому электрический подход позволяет определить величину заряда того или иного его носителя. Также заряд является мерой взаимодействия заряженного тела с электрическим полем. В итоге можно утверждать, что электричество — это явление, связанное с покоящимися (статическое электричество, электрическое поле) или движущимися (ток, магнитное поле) зарядами.