Электрический заряд: что это такое и как он измеряется

Напряжённость электрического поля

Напряжённость электрического поля – второй по значимости термин в теории об электричестве после электрического заряда. Если естествоиспытатель знает всё хотя бы об этих двух понятиях, он сможет проводить простейшие опыты с электричеством и подкреплять их знаниями из элементарного курса физики.

Напряжённость – это сила, воздействующая на отдельный статичный заряд. Исходя из общепринятых норм можно сказать, что напряжённость электрического поля обозначается символом Е. Стоит отметить, что напряжённость является векторной величиной, а электрический заряд – скалярной.

Напряжённость электрического поля

Электрический заряд и его свойства

Электрическим зарядом называют физическую величину, которая характеризует свойство частиц или тел вступать в электромагнитные взаимодействия. Заряд обозначают, как q или Q, и измеряют в Кл. Свободный заряд в 1 Кл представляет собой гигантскую величину заряда, которую практически невозможно встретить в природе. Обычно, в процессе изучения, можно встретить заряды, исчисляемые в микрокулонах, нанокулонах, пикокулонах. Свойства электрического заряда:

• электрический заряд является видом материи;
• на электрический заряд не влияет движение частицы и ее скорость;
• заряды обладают способностью перемещаться (например, в процессе непосредственного контакта) от одного тела к другому, не являются неотъемлемой характеристикой тела;
• электрические заряды бывают отрицательными и положительными, что соответствует их условным типам;
• заряды взаимодействуют друг с другом, при этом одноименные заряды притягиваются, а разноименные – отталкиваются;
• силы взаимодействия зарядов представляют собой центральные силы, то есть лежат на одной прямой, которая соединяет центры этих зарядов;
• минимально возможный по модулю заряд называют элементарным, \(e= 1,6*10^{-19}.\)

Электрический заряд для любого тела является кратной элементарному заряду величиной:

q=Ne

где N – является целым числом.

Можно отметить, что не существует заряда, который бы составлял, к примеру, 0,5е; 1,7е; 22,7е и так далее. Физические величины, принимающие лишь дискретный ряд значений, называются квантованными. Элементарный заряд e является квантом, то есть минимальной порцией электрического заряда.

Согласно закону сохранения электрического заряда, в замкнутой системе тел не могут появляться, либо исчезать заряды только с одним знаком. Формула закона сохранения электрического заряда:

\(q_{1}+q_{2}+…+q_{n}=q_{1}^{,}+q_{2}^{,}+…+q_{n}^{,}=const\)

Таким образом, когда тела обладают одинаковыми размерами и формами, содержат в себе заряды \(q_1\) и \(q_2\), независимо от знака этих зарядов, при соприкосновении и обратном разведении каждое тело в итоге будет обладать следующим зарядом:

\(q^{,}=\frac{q_{1}+q_{2}}{2}\)

Современная наука полагает, что носителями зарядов являются элементарные частицы. Известно, что все тела состоят из атомов, которые включают в себя протоны с положительным зарядом, электроны с отрицательным зарядом и нейтральный частицы, называемые нейтронами. Из протонов и нейтронов состоят атомные ядра. Электронная оболочка атомов образована электронами.

Протон и электрон обладают одинаковыми по модулю электрическими зарядами, которые равны элементарному заряду е. Если атом нейтральный, то количество протонов в ядре соответствует числу электронов в оболочке. Данное число называют атомным номером.

Атом рассматриваемого вещества может лишиться одного или нескольких электронов либо приобрести лишний электрон. В этом случае нейтральный атом трансформируется в положительно или отрицательно заряженный ион.

Следует отметить, что ядро атома состоит из положительных протонов, в связи с этим их количество может увеличиться или уменьшиться только в процессе ядерной реакции. Известно, что электризация тел не сопровождается ядерными реакциями. Таким образом, при любых электрических явлениях количество протонов остается стабильным, может измениться лишь число электронов.

Можно сообщить телу отрицательный заряд, то есть передать ему лишние электроны. Сообщение телу положительного заряда подразумевает отнимание электронов, а не добавление протонов. Передача заряда от одного тела к другому осуществляется порциями, которые включают в себя целое число электронов.

В определенных случаях при решении задач можно встретить примеры распределения электрического заряда по какому-либо телу. Описать такое распределение можно с помощью специальных величин.

Линейная плотность заряда необходима, чтобы описать, каким образом заряд распределен по нити. Величина измеряется в Кл/м. Формула линейной плотности заряда:

\(\lambda =\frac{q}{L}\)

где L – является длиной нити.

Поверхностная плотность заряда позволяет определить, как заряд распределен по поверхности тела. Величина измеряется в кулонах на квадратный метр. Формула поверхностной плотности заряда:

\(\sigma =\frac{q}{S}\)

где S – площадь поверхности тела.

Объемную плотность заряда целесообразно применять для описания распределения заряда по объему тела. Величина измеряется в кулонах на м³. Формула объемной плотности заряда:

\(\rho =\frac{q}{V}\)

где V – это объем тела.

Приборы для измерения и обнаружения электрического заряда.

Урок 18. Электростатика. Свойства электрических зарядов. Приборы для измерения электрического заряда.

Электростатика изучает неподвижные заряды.

Электризация

– процесс, в результате которого тело приобретает электрический заряд.

Электрический заряд q (Кл)

— количественная мера взаимодействия заряженных тел является. Заряд скалярная величина.

Основные свойства электрических зарядов:

· Двойственность.

· Сохранение

· Квантование

· Аддитивность

· Инвариантность к разным системам отсчета.

Отметим, что способностью к электризации при натирании друг об друга обладают разные вещества. Например, эбонит электризуется при трении о мех, а стекло при трении о шелк. Электрический заряд, который получает стеклянная палочка при трении о шелк называют положительным. Электрический заряд, который получает эбонитовая палочка при трении о мех называют отрицательным.

Двойственность

электрических зарядов состоит в том, что в природе существуют заряды двух знаков: положительные и отрицательные.

Чтобы дать объяснение электрическим явлениям необходимо рассмотреть строение атома.

Наименьшая частица вещества –атом

состоит из отрицательно заряженной электронной оболочки и положительно заряженного ядра, которое в свою очередь, состоит из протонов и нейтронов. Число отрицательно заряженных электронов в электронной оболочке равно числу положительно заряженных протонов в ядре атома, поэтому атом электрически нейтрален.

Если атом лишится части электронов, то превратиться в положительно заряженный ион

, а если к нему добавятся лишние электроны – то вотрицательный ион .

Замечание

: В процессе электризации от одного тела к другому переходить могут только электроны! Протоны не могут.

Заряд электрона e

равен по модулю заряду протона и называется элементарным зарядом.

Замечание:

Заряженные тела притягивают к себе нейтральные тела и тела с противоположным знаком. Отталкивание наблюдается только между одноименно заряженными телами.

Закон сохранения зарядов

Общий заряд замкнутой системы сохраняется при всех изменениях внутри системы.

Квантование

зарядов состоит в том, что любой заряд содержит в себе целое число элементарных зарядов :

Аддитивность

зарядов состоит в том, что заряд системы тел равен алгебраической сумме зарядов, составляющих эту систему.

Инвариантность

зарядов к разным системам отсчета состоит в том, что заряд тела не зависит от скорости его движения.

Свободные заряды

– это заряды способные перемещаться по всему заряженному телу под действием электрического поля.

Связанные заряды

– это заряды, которые могут лишь смещаться внутри молекулы или атома, но не способны перемещаться по всему телу под действием электрического поля.

Приборы для измерения и обнаружения электрического заряда.

Электроскоп

– это прибор для обнаружения электрических зарядов. Электроскоп состоит из металлического стержня, к которому подвешены две полоски бумаги или алюминиевой фольги. Стержень укреплен при помощи эбонитовой пробки внутри металлического корпуса цилиндрической формы, закрытого стеклянными крышками.

Устройство электроскопа основано на явлении электрического отталкивания заряженных тел. При соприкосновении заряженного тела, например, натертой стеклянной палочки, со стержнем электроскопа электрические заряды распределяются по стержню и листочкам. Так как одноименно заряженные тела отталкиваются, то под действием силы отталкивания листочки электроскопа разойдутся на некоторый угол. Причем чем больше величина заряда электроскопа, тем больше сила отталкивания листочков и тем на больший угол они разойдутся. Следовательно, по углу расхождения листочков электроскопа можно судить о величине заряда, находящегося на электроскопе.

Если к заряженному электроскопу поднести тело, заряженное противоположным знаком, например, отрицательно, то угол между его листочками начнет уменьшаться. Следовательно, электроскоп позволяет определить знак заряда наэлектризованного тела.

Для обнаружения и измерения электрических зарядов применяется также электрометр

. Его принцип действия существенно не отличается от электроскопа. Основной частью электрометра является легкая алюминиевая стрелка, которая может вращаться вокруг вертикальной оси. По углу отклонения стрелки электрометра можно судить о величине заряда, переданного стержню электрометра.

Проградуированным прибором можно определять значения электрического заряда.

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Звук и свет: основы волновой природы

В физике звук и свет являются важными явлениями, которые объясняются с помощью концепции волн и их волновой природы.

Звук — это механическая волна, которая распространяется в среде (например, в воздухе). Она возникает при колебаниях источника звука, в результате чего молекулы среды начинают колебаться и передавать энергию друг другу. Звук имеет определенную частоту, амплитуду и скорость. Человек может воспринимать звуковые волны с частотами от 20 Гц до 20 кГц.

Свет — это электромагнитная волна, которая распространяется в вакууме со скоростью света. Она возникает при колебаниях заряженных частиц (электронов и протонов) в атомах и молекулах источника света. Частота световых волн определяет цвет света, а амплитуда — его яркость. Человек может воспринимать видимую часть электромагнитного спектра, которая варьируется от длин волн около 400 нм (фиолетовый цвет) до 700 нм (красный цвет).

Ключевые отличия между звуком и светом:

• Звук — механическая волна, свет — электромагнитная волна.
• Звук распространяется в среде, свет — в вакууме или среде.
• Звук имеет ниже частоты и скорость распространения по сравнению со светом.
• Человек может воспринимать звук, но не все частоты световых волн.

Оба этих явления имеют волновую природу, что объясняет их распространение и влияние на окружающую среду. Изучение звука и света в физике позволяет лучше понять основы волн и их взаимодействие с окружающим миром.

Принцип Паули и правило Хунда

Принцип Паули и правило Хунда – это два фундаментальных правила, которые определяют структуру электронных оболочек в многоэлектронных атомах. Они обеспечивают устойчивость атомов и их способность образовывать химические соединения. Принцип Паули гласит, что в каждом орбитале могут находиться не более двух электронов, при этом они должны иметь противоположные спины. Правило Хунда устанавливает, что электроны будут заполнять орбитали с наименьшей энергией в первую очередь. Если есть несколько орбиталей с одинаковой энергией, то электроны будут заполнять их поочередно, чтобы минимизировать взаимодействие электронов. Эти правила являются фундаментальными для понимания химических свойств элементов и их соединений.

Электрическая емкость. Конденсатор

Электрическая емкость (электроемкость) – скалярная физическая величина, характеризующая способность уединенного проводника удерживать электрический заряд.

Обозначение – ​\( C \)​, единица измерения в СИ – фарад (Ф).

Уединенный проводник – это проводник, удаленный от других проводников и заряженных тел.

Фарад – электроемкость такого уединенного проводника, потенциал которого изменяется на 1 В при сообщении ему заряда 1 Кл:

Формула для вычисления электроемкости:

где ​\( q \)​ – заряд проводника, ​\( \varphi \)​ – его потенциал.

Электроемкость зависит от его линейных размеров и геометрической формы. Электроемкость не зависит от материала проводника и его агрегатного состояния. Электроемкость проводника прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости среды, в которой он находится.

Конденсатор – это система из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников.

Проводники называют обкладками конденсатора. Заряды обкладок конденсатора равны по величине и противоположны по знаку заряда. Электрическое поле сосредоточено между обкладками конденсатора. Конденсаторы используют для накопления электрических зарядов.

Электроемкость конденсатора рассчитывается по формуле:

где ​\( q \)​ – модуль заряда одной из обкладок,
​\( U \)​ – разность потенциалов между обкладками.

Электроемкость конденсатора зависит от линейных размеров и геометрической формы и расстояния между проводниками. Электроемкость конденсатора прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости вещества между проводниками.

Плоский конденсатор представляет две параллельные пластины площадью ​\( S \)​, находящиеся на расстоянии ​\( d \)​ друг от друга.

Электроемкость плоского конденсатора:

где ​\( \varepsilon \)​ – диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками,\( \varepsilon_0 \) – электрическая постоянная.

На электрической схеме конденсатор обозначается:

Виды конденсаторов:

• по типу диэлектрика – воздушный, бумажный и т. д.;
• по форме – плоский, цилиндрический, сферический;
• по электроемкости – постоянной и переменной емкости.

Конденсаторы можно соединять между собой.

Параллельное соединение конденсаторов

При параллельном соединении конденсаторы соединяются одноименно заряженными обкладками. Напряжения конденсаторов равны:

Общая емкость:

Последовательное соединение конденсаторов

При последовательном соединении конденсаторов соединяют их разноименно заряженные обкладки.

Заряды конденсаторов при таком соединении равны:

Общее напряжение:

Величина, обратная общей емкости:

При таком соединении общая емкость всегда меньше емкостей отдельных конденсаторов.

Важно!
Если конденсатор подключен к источнику тока, то разность потенциалов между его обкладками не изменяется при изменении электроемкости и равна напряжению источника. Если конденсатор заряжен до некоторой разности потенциалов и отключен от источника тока, то его заряд не изменяется при изменении электроемкости

Применение конденсаторов
Конденсаторы используются в радиоэлектронных приборах как накопители заряда, для сглаживания пульсаций в выпрямителях переменного тока.

Напряженность электрического поля

Напряженность электрического поля ​\( \vec{E} \)​ – векторная физическая величина, равная отношению силы ​\( F \)​, действующей на пробный точечный заряд, к величине этого заряда ​\( q \)​:

Обозначение – \( \vec{E} \), единица измерения в СИ – Н/Кл или В/м.

Напряженность поля точечного заряда в вакууме вычисляется по формуле:

где \( k=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}=9\cdot10^9 \) (Н·м2)/Кл2,
​\( q_0 \)​ – заряд, создающий поле,
​\( r \)​ – расстояние от заряда, создающего поле, до данной точки.

Напряженность поля точечного заряда в среде вычисляется по формуле:

где ​\( \varepsilon \)​ – диэлектрическая проницаемость среды.

Важно!
Напряженность электрического поля не зависит от величины пробного заряда, она определяется величиной заряда, создающего поле. Направление вектора напряженности в данной точке совпадает с направлением силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в эту точку

Направление вектора напряженности в данной точке совпадает с направлением силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в эту точку.

Линией напряженности электрического поля называется линия, касательная к которой в каждой точке направлена вдоль вектора напряженности ​\( \vec{E} \)​.

Линии напряженности электростатического поля начинаются на положительных электрических зарядах и заканчиваются на отрицательных электрических зарядах или уходят в бесконечность от положительного заряда и приходят из бесконечности к отрицательному заряду.

Распределение линий напряженности вокруг положительного и отрицательного точечных зарядов показано на рисунке.

Определяя направление вектора ​\( \vec{E} \)​ в различных точках пространства, можно представить картину распределения линий напряженности электрического поля.

Поле, в котором напряженность одинакова по модулю и направлению в любой точке, называется однородным электрическим полем. Однородным можно считать электрическое поле между двумя разноименно заряженными металлическими пластинами. Линии напряженности в однородном электрическом поле параллельны друг другу.

Дискретный заряд в физике

Дискретный заряд – это свойство элементарных заряженных частиц, таких как электроны и протоны, которое означает, что они не могут иметь произвольного значения заряда, а только одно из определенных значений, измеряемых в единицах элементарного заряда.

Элементарный заряд – это заряд, который имеют электроны и протоны, и его значение равно приблизительно 1,6×10^-19 Кл. Другими словами, заряд любой заряженной частицы всегда будет равен целому числу элементарных зарядов, а не какому-то произвольному значению заряда.

Дискретный заряд имеет основное значение для объяснения многих физических явлений, таких как электрические поля, ток и магнетизм. В частности, ученые используют дискретный заряд и его свойства для объяснения того, как происходит передача заряда в цепях и как работают электрические моторы и генераторы.

Дискретный заряд также имеет фундаментальное значение в квантовой механике и является ключевым понятием в описании свойств атомов и их структур. Использование дискретного заряда и его свойств помогает ученым лучше понять микромир и предсказывать свойства материи и электромагнитных волн в микромасштабе.

Квантовая физика: микромир и фундаментальные частицы

Квантовая физика — одно из основных направлений физики, изучающее микромир — мир наиболее маленьких объектов, таких как атомы и их составляющие. Она исследует поведение и взаимодействия этих объектов в соответствии с принципами квантовой механики.

В основе квантовой физики лежит представление о том, что при микроскопических масштабах объекты могут обладать волновыми свойствами и проявляться как частицы. Этот феномен носит название волново-частицового дуализма. Он был впервые предложен Альбертом Эйнштейном в начале 20 века.

В квантовой физике существуют фундаментальные частицы — это элементы микромира, наименьшие частицы, из которых состоят все видимые объекты. Фундаментальные частицы классифицируются по своим свойствам, таким как масса, электрический заряд, спин и другие.

Список фундаментальных частиц включает:

1. Кварки — составляющие элементарных частиц, имеющие электрический заряд и спин.
2. Лептоны — элементарные частицы с нулевым или полуцелым спином.
3. Бозоны — частицы с целым значением спина, включающие фотоны (свет), глюоны (связующая частица внутри атомных ядер), W и Z-бозоны (силы слабого взаимодействия) и другие.
4. Гравитон — гипотетическая элементарная частица, отвечающая за гравитационное взаимодействие.

Изучение фундаментальных частиц и их взаимодействий позволяет получить понимание о природе материи, энергии и физических законах, лежащих в основе Вселенной.

Приведенная таблица показывает примеры фундаментальных частиц с их характеристиками. Масса измеряется в кГэВ/с², электрический заряд в единицах элементарного заряда (е), а спин указывается в формате дроби или числе.

Экспериментальное определение элементарного электрического заряда

Число Авогадро и постоянная Фарадея

Если известны число Авогадро N

A и постоянная ФарадеяF , величину элементарного электрического заряда можно вычислить, используя формулу e = F N A {\displaystyle e={\frac {F}{N_{\mathrm {A} }}}} (другими словами, заряд одного моля электронов, делённый на число электронов в моле, равен заряду одного электрона.)

По сравнению с другими, более точными методами, этот метод не даёт высокой точности, но всё-таки точность его достаточно высока. Ниже приводятся подробности этого метода.

Значение постоянной Авогадро N

A было впервые приблизительно измерено Иоганном Йозефом Лошмидтом, который в 1865 году определил на газокинетической основе размер молекул воздуха, что эквивалентно расчету числа частиц в заданном объёме газа. Сегодня значениеN A может быть определено с очень высокой точностью с использованием очень чистых кристаллов (как правило — кристаллов кремния) путём измерения расстояния между атомами с использованием дифракции рентгеновских лучей; или другим способом, с точным измерением плотности кристалла. Отсюда можно найти массу (m ) одного атома, а так как молярная масса (M ) известна, число атомов в моле может быть рассчитано так:N A =M /m .

Величина F

может быть измерена непосредственно с помощью законов электролиза Фарадея. Законы электролиза Фарадея определяют количественные соотношения, основанные на электрохимических исследованиях, опубликованных Майклом Фарадеем в 1834 году. В эксперименте электролиза существует взаимно-однозначное соответствие между количеством электронов проходящих между анодом и катодом, и количеством ионов, осевших на пластине электрода. Измеряя изменения массы анода и катода, а также общий заряд, проходящий через электролит (который может быть измерен как интеграл по времени от электрического тока), а также учитывая молярную массу ионов, можно вывестиF .

Ограничения на точность метода заключается в измерении F

. Лучшие экспериментальное значения имеют относительную погрешность 1,6 промилле, что примерно в тридцать раз больше, чем в других современных методах измерения и расчета элементарного заряда.

Опыт Милликена

Основная статья: Опыт Милликена

Известный опыт по измерению заряда электрона e

. Маленькая капля масла в электрическом поле будет двигаться с такой скоростью, что будут скомпенсированы сила тяжести, сила Стокса (производная от вязкости воздуха) и электрическая сила. Сила тяжести и Стокса могут быть рассчитаны исходя из размера и скорости падения капли в отсутствие электрического поля, откуда может быть определена и электрическая сила, действующая на каплю. Поскольку электрическая сила, в свою очередь, пропорциональна произведению электрического заряда и известной, заданной в эксперименте, напряжённости электрического поля, электрический заряд капли масла может быть точно вычислен. В этих опытах измеренные заряды различных капель масла оказались всегда целыми кратными одной небольшой величины, а именноe .

Дробовой шум

Основная статья: Дробовой шум

Любой электрический ток сопровождается электронным шумом от различных источников, одним из которых является дробовой шум. Существование дробового шума связано с тем, что ток является не непрерывным, а состоит из дискретных электронов, которые поочерёдно поступают на электрод. Путём тщательного анализа шума тока может быть вычислен заряд электрона. Этот метод, впервые предложенный Вальтером Шоттки, может давать значение е

с точностью до нескольких процентов. Тем не менее, он был использован в первом прямом наблюдении Лафлином квазичастиц, причастных к дробному квантовому эффекту Холла.

Эффект Джозефсона и константа фон Клитцинга

Другим точным методом измерения элементарного заряда является вычисление его из наблюдения двух эффектов квантовой механики: эффекта Джозефсона, при котором возникают колебания напряжения в определенной сверхпроводящей структуре и квантового эффекта Холла, эффекта квантования холловского сопротивления или проводимости двумерного электронного газа в сильных магнитных полях и при низких температурах. Постоянная Джозефсона

K J = 2 e h , {\displaystyle K_{\mathrm {J} }={\frac {2e}{h}},}

где h

— постоянная Планка, может быть измерена непосредственно с помощью эффекта Джозефсона.

Постоянная фон Клитцинга

R K = h e 2 {\displaystyle R_{\mathrm {K} }={\frac {h}{e^{2}}}}

может быть измерена непосредственно с помощью квантового эффекта Холла.

Из этих двух констант может быть вычислена величина элементарного заряда:

e = 2 R K K J . {\displaystyle e={\frac {2}{R_{\mathrm {K} }K_{\mathrm {J} }}}.}

Электрон. Что такое электрон, его заряд, масса, спин, энергия покоя

Электрон — это стабильная отрицательно заряженная элементарная частица.

Электроны играют важную роль почти во всех физических эффектах. Поскольку электроны несут заряд, они также генерируют электрическое поле. Если привести электрон в движение, то возникнет магнитное поле. Если электрон проходит через другое внешнее электрическое поле, его путь изменяется под действием силы Лоренца.

Электрон принадлежит к лептонному семейству частиц. Существует несколько различных семейств частиц, перечисленных в стандартной модели физики частиц.

Спин электрона и магнитный момент электрона.

Согласно современному уровню знаний, лептоны являются элементарными частицами. По сравнению с другими лептонами, электрон имеет самую низкую массу среди лептонов, несущих заряд. Он принадлежит к первому поколению лептонов. Второе и третье поколения — мюон и тауон. Эти две частицы имеют одинаковые с электроном заряды и спин, но отличаются от него большей массой.

Лептоны отличаются от других фундаментальных частиц, таких как кварки, отсутствием сильного взаимодействия. Все лептоны принадлежат к семейству фермионов, поэтому электрон имеет собственный вращательный момент ( спин ) s = ½ в единицах ℏ, где ℏ — приведённая постоянная Планка).

Атомы и молекулы.

Электроны связаны с ядрами атомов «притягивающей» кулоновской силой. Такой состав из атомного ядра и одного или нескольких электронов называется атомом. Электроны движутся вокруг ядра атома. Если число электронов отличается от заряда ядра, то это ион.

Волновая природа связанных электронов описывается атомными орбиталями. Каждая из этих орбиталей имеет ряд квантовых чисел, таких как энергия и момент. Кроме того, у атома может быть только дискретное число орбиталей. В силу принципа Паули на орбитали может находиться максимум два электрона, спин которых имеет разные знаки.

Химическая связь между атомами возникает благодаря электромагнитным взаимодействиям, которые описываются с помощью квантовой физики. Самые прочные связи создаются путем обмена или передачи электронов. Это позволяет образовывать молекулы. В молекулах электроны движутся аналогично атомам и занимают молекулярные орбитали. Однако фундаментальным отличием является образование пар электронов с разными спинами. Это позволяет нескольким электронам занимать одну орбиталь без нарушения принципа Паули.

Теоретические сведения

Электрическим зарядом называется способность тел создавать электромагнитное поле. В физике раздел электростатики изучает взаимодействия неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отчета зарядов.

В чем измеряется

Единица измерения в системе СИ называется «Кулон» – это электрический заряд, проходящий через сечение проводника 1 Ампер за 1 секунду.

Буквенное обозначение – Q или q. Может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Название носит в честь физика Шарля Кулона, он вывел формулу для нахождения сил взаимодействия между ними, она называется «Закон Кулона»:

В ней q1, q2 – модули зарядов, r – расстояние между ними, k – коэф-т пропорциональности.

Формула похожа на закон притяжения, в принципе она и описывает подобное взаимодействие. Он имеет наименьшую массу. Его электрический заряд отрицателен и он равен:

-1.6*10^(-19) Кл

Позитрон – это противоположная величина электрону, также состоит из одного положительного элементарного заряда.

Кроме того, что он дискретен, квантуется или измеряется порциями, для него еще и справедлив Закон сохранения зарядов, который говорит о том, что в замкнутой системе могут возникать только одновременно заряды обоих знаков. Простым языком – алгебраическая (с учетом знаков) сумма зарядов частиц и тел, в замкнутой (изолированной) системе всегда остается неизменной. Он не изменяется со временем или при движении частицы, он постоянен в течение её времени жизни. Простейшие заряженные частицы условно сравнивают с электрическими зарядами.

Закон сохранения электрических зарядов впервые подтвердил Майкл Фарадей в 1843 году. Это один из фундаментальных законов физики.

Проводники, полупроводники и диэлектрики

В проводниках есть много свободных зарядов. Они свободно перемещаются по всему объему тела. В полупроводниках свободных носителей почти нет, но если передать телу небольшую энергию они образуются, в результате чего тело начинает проводить электрический ток, т.е. электрические заряды начинают движение. Диэлектриками называют вещества, где число свободных носителей минимально, поэтому ток через них протекать не может или может при определенных условиях, например, очень высокое напряжение.