Просмотр кода страницы Электрический заряд

{{Ароматы и квантовые числа}}
{{Физическая величина
 | Название    = Электрический заряд
 | Символ      = {{math|''q'', ''Q''}}
 | Размерность = {{math|TI}}
 | СИ          = [[кулон]]
 | СГСЭ        = [[статкулон]] (франклин)
 | СГСМ        = [[абкулон]]
 | другие      = [[ампер-час]], [[фарадей (единица измерения)|фарадей]], [[элементарный заряд]]
 | Примечания  = [[скалярная величина]], [[Элементарный электрический заряд|Квантуется]]
}}
{{Электродинамика}}

'''Электри́ческий заря́д''' ('''коли́чество электри́чества''') — [[Физика|физическая]] [[скалярная величина]], показывающая способность [[Тело (физика)|тел]] быть источником [[Электромагнитное поле|электромагнитных полей]] и принимать участие в [[Электромагнитное взаимодействие|электромагнитном взаимодействии]].

Впервые электрический заряд был введён в [[закон Кулона|законе Кулона]] в [[1785 год]]у.

Единица измерения электрического заряда в [[Международная система единиц|Международной системе единиц (СИ)]] — [[кулон]]. Один кулон равен электрическому заряду, проходящему через поперечное сечение проводника с током силой в {{nobr|1 [[ампер|А]]}} за время {{nobr|1 [[секунда|с]]}}. Если два тела, каждое из которых обладает электрическим зарядом ({{nobr|{{math|''q''}}<sub>1</sub> {{=}} {{math|''q''}}<sub>2</sub> {{=}} 1 Кл}}), расположены в [[вакуум]]е на расстоянии {{nobr|1 м}}, то они взаимодействуют приблизительно с силой в {{nobr|9{{e|9}} [[Ньютон (единица измерения)|H]]}}.


== История ==
[[Файл:M Faraday Lab H Moore.jpg|thumb|200px|[[Майкл Фарадей]] за опытами в своей лаборатории]]
[[Файл:Franklin lightning engraving.jpg|thumb|200px|[[Франклин, Бенджамин|Бенджамин Франклин]] проводит свой знаменитый опыт с летающим змеем, в котором доказывает, что молния — это электричество.]]
Ещё в глубокой древности было известно, что [[янтарь]] ({{lang-grc|ἤλεκτρον}} — ''электрон''), потёртый о шерсть, притягивает лёгкие предметы. А уже в конце [[XVI век]]а английский врач [[Уильям Гильберт]] назвал тела, способные после натирания притягивать лёгкие предметы, ''[[электризация|наэлектризованными]]''.

В [[1729 год в науке|1729 году]] [[Шарль Дюфе]] установил, что существует два рода зарядов. Один образуется при трении стекла о шёлк, а другой — смолы о шерсть. Поэтому Дюфе назвал заряды «стеклянным» и «смоляным» соответственно. Понятие о положительном и отрицательном заряде ввёл [[Бенджамин Франклин]].

В начале [[XX век]]а американский физик [[Милликен, Роберт Эндрюс|Роберт Милликен]] опытным путём [[Опыт Милликена|показал]], что электрический заряд ''дискретен'', то есть заряд любого тела составляет целое кратное от [[элементарный электрический заряд|элементарного электрического заряда]].

== Электростатика ==
{{main|Электростатика}}

''Электростатикой'' называют раздел учения об [[электричество|электричестве]], в котором изучаются взаимодействия и свойства систем электрических зарядов, неподвижных относительно выбранной [[инерциальная система отсчёта|инерциальной]] [[система отсчёта|системы отсчёта]].

Величина электрического заряда (иначе, просто электрический заряд), как и любая сила, может принимать только положительные значения. Запись с отрицательным знаком обозначает обратное направление. Она является численной характеристикой носителей заряда и заряженных тел. Эта величина определяется таким образом, что силовое взаимодействие, переносимое полем между зарядами, прямо пропорционально величине зарядов, взаимодействующих между собой частиц или тел, а направления сил, действующих на них со стороны [[электромагнитное поле|электромагнитного поля]], зависят от знака зарядов.

Электрический заряд любой системы тел состоит из целого числа элементарных зарядов, равных примерно 1,6{{e|−19}} [[кулон|Кл]]<ref>Или, более точно, 1,602176487(40){{e|−19}} Кл.</ref> в системе СИ или 4,8{{e|−10}} [[статкулон|ед. СГСЭ]]<ref>Или, более точно, 4,803250(21){{e|−10}} ед СГСЭ.</ref>. Носителями электрического заряда являются электрически заряженные [[элементарная частица|элементарные частицы]]. Наименьшей по [[масса|массе]] устойчивой в свободном состоянии частицей, имеющей один отрицательный [[элементарный электрический заряд]], является [[электрон]] (его [[масса]] равна {{nobr|9,11{{e|−31}} кг}}). Наименьшая по [[масса|массе]] устойчивая в свободном состоянии античастица с положительным элементарным зарядом — [[позитрон]], имеющая такую же массу, как и электрон<ref>Обычная для позитрона неустойчивость, связанная с аннигиляцией электрон-позитронной пары, при этом не рассматривается</ref>. Также существует устойчивая частица с одним положительным элементарным зарядом — [[протон]] ([[масса]] равна {{nobr|1,67{{e|−27}} кг}}) и другие, менее распространённые частицы. Выдвинута гипотеза (1964 г.), что существуют также частицы с меньшим зарядом (±{{1/3}} и ±{{2/3}} элементарного заряда) — [[кварк]]и; однако они не выделены в свободном состоянии (и, по-видимому, могут существовать лишь в составе других частиц — [[адрон]]ов), в результате любая свободная частица несёт лишь целое число элементарных зарядов.

Электрический заряд любой элементарной частицы — величина релятивистски инвариантная. Он не зависит от системы отсчёта, а значит, не зависит от того, движется этот заряд или покоится, он присущ этой частице в течение всего времени её жизни, поэтому элементарные заряженные частицы зачастую отождествляют с их электрическими зарядами. В целом, в природе отрицательных зарядов столько же, сколько положительных. Электрические заряды [[атом]]ов и [[молекула|молекул]] равны нулю, а заряды положительных и отрицательных [[ион]]ов в каждой ячейке [[кристаллическая решётка|кристаллических решёток]] твёрдых тел скомпенсированы.

== Взаимодействие зарядов ==
[[Файл:Cargas electricas.png|thumb|200px|right|Взаимодействие электрически заряженных тел: одноимённо заряженные тела отталкиваются, разноимённо — притягиваются друг к другу]]

Самое простое и повседневное явление, в котором обнаруживается факт существования в [[природа|природе]] носителей электрических зарядов, — [[электризация]] тел при соприкосновении<ref>Но это далеко не единственный способ электризации тел. Электрические заряды могут возникнуть, например, под действием света</ref>. Способность носителей электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух различных видов электрических зарядов<ref>{{книга |автор  = [[Сивухин, Дмитрий Васильевич|Сивухин Д. В.]] |заглавие  =Общий курс физики |ответственный = |ссылка  =    |место   =М. |издательство  =[[Физматлит]]; Изд-во [[МФТИ]] |год     =2004 |том        =III. Электричество |страниц  =656  |страницы   =16 |isbn = 5-9221-0227-3}}</ref>. Один вид электрического заряда называют положительным, а другой — отрицательным. Разноимённо заряженные тела притягиваются, а одноимённо заряженные — отталкиваются друг от друга.

При соприкосновении двух электрически нейтральных тел в результате трения заряды переходят от одного тела к другому. В каждом из них нарушается равенство суммы положительных и отрицательных зарядов, и тела заряжаются разноимённо.

При электризации тела через влияние в нём нарушается равномерное распределение заряда. Они перераспределяются так, что в одной части тела возникает избыток положительного заряда, а в другой — отрицательных. Если две эти части разъединить, то они будут заряжены разноимённо.
{{Симметрия в физике}}

== Закон сохранения электрического заряда ==
{{main|Закон сохранения электрического заряда}}
Совокупный электрический заряд замкнутой системы<ref>Электрически замкнутая система — это система, у которой через ограничивающую её поверхность не могут проникать электрически заряженные частицы (система, не обменивающаяся зарядами с внешними телами).</ref> сохраняется во времени и квантуется — изменяется порциями, кратными [[элементарный электрический заряд|элементарному электрическому заряду]], то есть, другими словами, алгебраическая сумма электрических зарядов тел или частиц, образующих электрически изолированную систему, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе.

В рассматриваемой системе могут образовываться новые электрически заряженные частицы, например, электроны — вследствие явления ионизации атомов или молекул, ионы — за счёт явления электролитической диссоциации и др. Однако, если система электрически изолирована, то алгебраическая сумма зарядов всех частиц, в том числе и вновь появившихся в такой системе, всегда сохраняется.

[[Закон сохранения электрического заряда]] — один из основополагающих законов физики. Он был впервые экспериментально подтверждён в [[1843 год]]у английским учёным [[Фарадей, Майкл|Майклом Фарадеем]] и считается на настоящее время одним из фундаментальных законов сохранения в физике (подобно [[закон сохранения импульса|законам сохранения импульса]] и [[закон сохранения энергии|энергии]]). Всё более чувствительные экспериментальные проверки закона сохранения заряда, продолжающиеся и поныне, пока не выявили отклонений от этого закона.

== Свободные носители заряда ==
В зависимости от концентрации свободных носителей электрических зарядов тела делятся на [[Проводник (электричество)|проводники]], [[диэлектрик]]и и [[полупроводник]]и.
* ''[[Проводник (электричество)|Проводники]]'' — тела, в которых носители электрического заряда могут перемещаться по всему его объёму. Проводники делятся на две группы: 1) ''проводники первого рода'' ([[металлы]]), в которых перемещение носителей элементарных электрических зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями; 2) ''проводники второго рода'' (например, расплавленные [[соли]], [[раствор]]ы [[кислота|кислот]]), в которых перенос носителей зарядов (положительных и отрицательных [[ион]]ов) ведёт к химическим изменениям.
* ''[[Диэлектрик]]и'' (например [[стекло]], [[пластмасса]]) — тела, в которых практически отсутствуют свободные носители электрического заряда.
* ''[[Полупроводник]]и'' (например, [[германий]], [[кремний]]) занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

== Измерение ==
[[Файл:Electroscope showing induction.png|thumb|200px|right|Простейший электроскоп]]
Для обнаружения и измерения совокупного электрического заряда тела применяется [[электроскоп]], который состоит из металлического стержня — [[электрод]]а и подвешенных к нему двух листочков фольги. При прикосновении к электроду заряженным телом носители электрического заряда стекают через электрод на листочки фольги, листочки оказываются одноимённо заряженными и поэтому отклоняются друг от друга.

Также может применяться [[электрометр]], в простейшем случае состоящий из металлического стержня и стрелки, которая способна вращаться вокруг горизонтальной оси. При соприкосновении электрически заряженного тела со стержнем электрометра носители электрического заряда распределяются по стержню и стрелке, и силы отталкивания, действующие между носителями одноимённых электрических зарядов на стержне и стрелке, вызывают её поворот. Для измерения малых электрических зарядов используются более чувствительные электронные электрометры.

== См. также ==
* [[Заряд (физика)]]
* [[Точечный электрический заряд]]
* [[Элементарный электрический заряд]]
* [[Плотность заряда]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{Книга:Физическая энциклопедия||автор=М. Ю. Хлопов.|статья=Заряд|ссылка=http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1199.html|страницы=}}

== Ссылки ==
{{Навигация}}
* {{cite journal |last1=Roller |first1=Duane |author-link1= |last2=Roller |first2=D.H.D.|date=1953 |journal=American Journal of Physics|volume=21|issue=5 |doi=10.1119/1.1933449|page=351|title=The Prenatal History of Electrical Science|url=https://archive.org/details/sim_american-journal-of-physics_1953-05_21_5/page/351 |bibcode=1953AmJPh..21..343R}}
* {{cite journal |last1=Roller |first1=Duane |author-link1= |last2=Roller |first2=D.H.D.|date=1953 |journal=American Journal of Physics|volume=21|issue=5 |doi=10.1119/1.1933449|page=356|title=The Prenatal History of Electrical Science|url=https://archive.org/details/sim_american-journal-of-physics_1953-05_21_5/page/356 |bibcode=1953AmJPh..21..343R}}

{{ВС}}

[[Категория:Электричество]]
[[Категория:Физические величины]]
[[Категория:Квантовые числа]]
[[Категория:1729 год в науке]]
[[Категория:Релятивистские инварианты]]