Закон сохранения заряда

Электрон. Ион.

Термин электродинамика происходит от греческих слов «электрон» – янтарь и «динамо» – сила. Подобная терминология происходит от самого первого опыта, проведённого и задокументированного человеком на пути познания электричества. Опыт заключался в натирании куска янтаря мехом, после которого янтарь приобретал способность притягивать кусочки папируса, пылинки и т.д. (Рис. 1-2).

Рис. 1. Янтарь и мех – первые приборы по электрическим опытам

Рис. 2. Результат натирания янтаря

Впервые этот опыт описал древнегреческий учёный Фалес Милетский (рис. 3) в шестом веке до нашей эры. Дальнейшие исследования этого вопроса возобновили лишь спустя очень длительное время – в восемнадцатом веке. Натиранием различных веществ друг другом занимался английский врач Уильям Гильберт (рис. 3). В результате своих опытов он обнаружил, что не обязательно янтарь и мех могут давать полученный Фалесом результат, но абсолютно точно это должны быть разнородные тела.

Рис. 3. Фалес Милетский и Уильям Гильберт (Источник), (Источник)

Раз в природе существует особый вид взаимодействия тел, необходимо задать свойство тел, количественно описывающее это взаимодействие.

Электрический заряд – элементарное свойство природы, которое определяет способность тела к особому виду взаимодействия

Величина электрического заряда (чаще просто заряд) – физическая величина, характеризующая взаимодействия заряженных тел. Обозначение – . Единица измерения – Кл – «Кулон». Заряд может быть как положительным, так и отрицательным.

Вследствие проведения дополнительных наблюдений, было определено, что любой заряд создаёт в пространстве электрическое поле.

Электродинамика – наука, которая изучает взаимодействие заряженных тел, а также изучает действие электромагнитного поля на эти заряды.

Подобное понимание термина «электрический заряд» было не всегда. На ранних стадиях изучения этой науки считалось, что заряд – это некая эфирная жидкость, наличие или отсутствие которой в теле определяет способность или неспособность тела к электрическому взаимодействию. Однако это, конечно же, не так.

Своего рода точку в споре поставили два англичанина: Джозеф Томсон и Эрнест Резерфорд (рис. 5). Первый в 1897 году открыл электрон.

Электрон – мельчайшая частица, способная обладать зарядом, или элементарный носитель заряда (отрицательного).

Было определенно, что электрический заряд – это не материя, а лишь свойство тел, то есть заряд не может существовать отдельно от тела и, конечно же, не может «перетекать» от тела к телу. И вот электрон – наименьшая частица, способная обладать этим свойством.

Каким же образом могут получать различные тела заряд? Ответом на этот вопрос послужило открытие Резерфордом так называемой планетарной модели атома. Было выяснено, что атом состоит из положительно заряженного ядра (положительно заряженные протоны и нейтральные нейтроны) и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов (рис. 4).

Рис. 4. Планетарная модель атома (Источник)

Атом сам по себе – нейтральное тело, то есть сумма зарядов всех электронов равна сумме зарядов всех протонов с противоположным знаком (протонов и электронов в атоме одинаковое количество). Однако при натирании разнородных тел часть электронов одного тела переходит на второе. Таким образом, у атомов одного тела протонов становится больше, чем электронов, а у второго наоборот. Значит, когда мы заряжаем какое-то тело, на него переходит не заряд, а электроны, которые являют­я носителями заряда (или же покидают его, если речь идёт о зарядке положительным знаком). А из-за чрезвычайно маленькой массы электронов нельзя увидеть, что на самом деле одно тело «стёрло» частички другого.

Рис. 5. Джозеф Томсон и Эрнест Резерфорд (Источник), (Источник)

Как уже было сказано, масса и собственно заряд электрона очень малы:

Заряд протона по модулю равен заряду электрона, но противоположен по знаку:

Закон сохранения заряда

Из вышеуказанного следует, что мы предполагаем равенство по модулю зарядов протона и электрона. И это предположение подтвердилось, когда были измерены эти так называемые заряды:

Здесь Кл – «кулон» единица измерения заряда.

Во время электризации заряды не могут меняться произвольным образом. Изменение зарядов удовлетворяет закону сохранения заряда: