Современный мир сегодня невозможно представить без электричества. Это освещение улиц и домов, функционирование банкоматов, бытовой техники, компьютеров… Производственных мощностей, генераторов и сложнейших приборов в разных сферах деятельности человека. Да, роль такого ресурса как электричество переоценить невозможно. Но давайте вернемся к истокам и выясним, электрический заряд — что это в физике, и каковы его основные характеристики.
История одного открытия
Ровно 127 лет тому назад Английский физик Джозеф Томсон объявил об открытии электрона — элементарной частицы, которая в природе является материальным носителем минимальной массы и наименьшего эл. заряда.
Это случилось 29 апреля 1897 года — английский физик Джозеф Томсон, будучи профессором Кембриджского университета, выступил на заседании Лондонского королевского общества и объявил миру об открытии электрона.
Ученый занимался изучением газовых разрядов, если конкретнее — прохождением электрического тока через разреженные газы. В результате опытов Томсон открыл электрон, определил его заряд, и в целом — разработал теорию движения электрона в электромагнитных полях. За фундаментальный вклад в развитие науки в 1906 году Джозеф Томсон был удостоен Нобелевской премии в области физики.
Интересно! Томсон, наряду с открытием электрона, предложил миру новую модель атома. Однако опыты, проведенные впоследствии Резерфордом, показали ошибочность данной модели. Тем не менее, теория Томсона сыграла свою роль в формировании представлений о строении материи в целом.
Что такое электрический заряд?
В определенных условиях тело в состоянии накапливать электричество заряд (q). Это — физическая величина, которая определяет свойство частиц или тел вступать в силовые электромагнитные взаимодействия. Электрические заряды условно делятся на два типа — положительные и отрицательные. Электризация тел непосредственно связана с молекулярно-атомным строением. Так, атомы состоят из ядра, которое заряжено положительно, и электронов — заряженных отрицательно. Наличие или отсутствие электризации объясняется избытком или же недостатком электронов в наэлектризованном теле.
Таким образом, носителями зарядов являются элементарные частицы – протоны и электроны. Последние образуют электронную оболочку атомов, а протоны с нейтронами входят в состав ядра атома.
Таким образом:
При этом:
Свойства
Как уже было сказано, электрическим зарядом называют физическую величину, характеризующую свойство тел или частиц вступать в электромагнитные взаимодействия и определяющую при данных взаимодействиях значения сил и энергий.
Перейдем к вопросу, какими свойствами обладает электрический заряд. Следует запомнить, что:
- При измерении в любой инерциальной системе отсчета величина эл. заряда всегда одинакова.
- В изолированной системе тел суммарный заряд остается неизменным.
- Общий Q системы тел равен сумме q отдельных тел.
- Q любого тела по величине является кратным минимальному q, который обозначается буквой «e» и равен 1,6 10 19 Кл.
- Бывает положительным и отрицательным. При взаимодействии одноименные заряды отталкиваются, а разноименные — притягиваются.
В чем измеряется
В качестве единицы измерения электрического заряда применяется такая величина как Кулон. Кириллицей обозначается как — Кл, а в Международной системе измерения СИ — латинской буквой C. Эта условная величина получила свое название в честь Шарля Кулона — французского инженера, ученого-физика, изучавшего феномен электрического тока.
Справка! 1 Кулон — это такой электрический заряд, который проходит через поперечное сечение проводника с током силой — 1А за время, равное — 1 сек.
Особенности взаимодействия
Как известно, два одноименных заряда (либо электроны, либо протоны) отталкиваются друг от друга. То есть — активно сопротивляются сближению и пытаются удалиться друг от друга. Отсюда вытекают два основных закона физики, которые описывают взаимодействие электрических зарядов:
- одноименные (с одинаковым знаком) отталкиваются друг от друга;
- разноименные (с разным знаком) притягиваются друг к другу.
Как видно из Таблицы:
Закон сохранения электрического заряда
Данный закон звучит так:
«Сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется. Поскольку Q элементарной частицы не зависит от системы отсчета, состояния ее и взаимодействия с другими частицами. Поэтому Q макроскопического тела также не зависит от движения составляющих его частиц тела в целом».
То есть:
Закон сохранения электрического заряда относится к фундаментальным законам природы. Не зафиксировано ни единого случая его нарушения, включая моменты рождения новых заряженных частиц. Их «появление» на свет происходит попарно: одновременно с одной рождается другая — с зарядом противоположным по знаку и равным по величине.
Важно! Замкнутой называют такую систему, в которую заряды не входят извне и не выходят наружу.
Способы измерения
Измерения силы тока и напряжения в электрических цепях возможны исключительно с применением электротехнических приборов. Так, вольтметры и амперметры относятся к специальному оборудованию, предназначенному для проведения измерений. С их помощью можно получить разные параметры касаемо электрического тока.
- Амперметр. Основное предназначение прибора — измерение силы тока в электроцепи. В зависимости от предполагаемой нагрузки (А, мА, мкА) используются соответствующие приборы — РА1, РА2, РА3). В зависимости от сферы применения амперметры могут работать с постоянным или с переменным током и делятся на два типа: аналоговые и цифровые.
- Вольтметр. Служит для получения показаний напряжения электротока, используется как в промышленных, так и научных целях. Данный измерительный прибор анализирует напряжение в сетях постоянного и переменного тока. Как и амперметры, в зависимости от рабочих величин (В, мВ, мкВ) различают — PV1, PV2, PV3.
Вопросы и ответы
Подводя итоги вышесказанному, попытаемся в данном разделе кратко и просто ответить на сложные вопросы.
- Как (какой буквой) обозначается электрический заряд в физике?
Данная физическая величина обозначается буквой q. За единицу в системе СИ принят кулон (Кл).
- Как найти электрический заряд в физике?
Для этого необходимо воспользоваться формулой q = e х n, где е — заряд электрона, а n — количество самих зарядов.
- Чему равен элементарный электрический заряд?
Это фундаментальная физическая постоянная, наименьший электрический заряд — квант, который может переносить частица в природе. Его величина: е = 1,6.10-19 с.
- Если тело электрически нейтрально означает ли это что оно не содержит электрических зарядов?
Тело содержит равное количество противоположных друг другу электрических зарядов. Благодаря которым все элементы тела «соединяются» в единое целое.
- Заряд какой частицы положительный?
Частица, которая заряжена положительно, — это протон. При этом: нейтрон — заряжен нейтрально, а электрон — отрицательно.
- Чему равно q в физике?
Q в физике – так называется физическая величина, характеризующая свойство тел/частиц вступать в электромагнитные взаимодействия и определяющая значения силы и энергии в данных взаимодействиях. Чтобы узнать заряд, надо заряд электрона (е) умножить на количество зарядов (n). То есть: q = e х n.
- В чем (в каких единицах) измеряется электрический заряд?
Единица измерения электрического заряда в Международной системе единиц (СИ) называется Кулон. Обозначается — Кл или С.
Теперь вы знаете, что такое электрический заряд, как он обозначается и как звучит Закон сохранения энергии. Желаем успехов в освоении самой современной науки — физики!
