Закон сохранения электрических зарядов
Опыты однозначно показывают, что при электризации тел всегда появляются заряды противоположных знаков. Если одно из двух тел вследствие взаимодействия станет отрицательно заряженным, то другое будет иметь положительный заряд.
Возьмем два электрометра с одинаковыми шарами и подготовим их к измерению электрических зарядов. Для этого заземлим их металлические корпуса.
Пластинку из органического стекла потрем пластинкой, поверхность которой покрыта бумагой. Если после этого коснемся металлических шариков каждой пластинкой, то увидим, что стрелки гальванометров отклонятся на одинаковый угол (рис. 4.10).
Для определения знака полученных зарядов поднесем поочередно к обоим шарикам эбонитовую палочку, потертую мехом. Один электрометр уменьшит показания, а другой — увеличит. Это свидетельствует о том, что шары электрометров имеют заряды противоположных знаков.
Проверить эти утверждения можно с помощью другого опыта. Для этого соединим проволокой на изоляционной ручке оба шара на электрометрах. Стрелки обоих электрометров сразу упадут до нуля (рис. 4.11).
Это свидетельствует о полной нейтрализации зарядов. Анализ проведенных опытов показывает, что в природе действует закон сохранения электрических зарядов.
Закон сохранения электрических зарядов. В замкнутой системе алгебраическая сумма электрических зарядов тел, составляющих эту систему, остается постоянной.
Q1 + Q2 + Q3 + + Qn = const.
Бенджамин Франклин (1706—1790) — выдающийся американский политический деятель; работал в области физики: разработал теорию, объясняющую электризацию перетеканием «электрической жидкости», ввел понятие положительного и отрицательного заряда; исследовал электрические явления в атмосфере.
Закон сохранения электрического заряда впервые был сформулирован американским ученым Б. Франклином в 1747 г.
При решении физических задач с использованием закона сохранения электрического заряда значения электрических зарядов используются с их знаками.
Ученым известны физические процессы, в ходе которых из электромагнитного излучения образуются элементарные частицы. Типичный пример такого явления — образование электрона и позитрона из γ-излучения, появляющегося при радиоактивных преобразованиях вещества.
Многочисленные исследования однозначно доказали, что электрон, имеющий отрицательный заряд, всегда появляется в этих преобразованиях в паре с позитроном, имеющем положительный заряд. Алгебраическая сумма зарядов электрона и позитрона равняется нулю.
Электромагнитное излучение не имеет заряда вообще. Таким образом,
в реакции образования электронно-позитронной пары действует закон сохранения заряда.
qэлектрона + qпозитрона = 0.
Позитрон — элементарная частица, имеющая массу, приблизительно равную массе электрона; заряд позитрона положительный и равен заряду электрона.
На основании закона сохранения электрического заряда объясняется электризация макроскопических тел.
Как известно, все тела состоят из атомов, в состав которых входят электроны и протоны. Количество электронов и протонов в составе незаряженного тела одинаковое.
Поэтому такое тело не проявляет электрического действия на другие тела. Если же два тела находятся в тесном контакте (при натирании, сжатии, ударе и т.п.), то электроны, связанные с атомами значительно слабее, чем протоны, переходят с одного тела на другое.
Тело, на которое перешли электроны, будет иметь их избыток. Согласно закону сохранения электрический заряд этого тела будет равняться алгебраической сумме положительных зарядов всех протонов и зарядов всех электронов.
Этот его заряд будет отрицательным и по значению равным сумме зарядов избыточных электронов.
У тела с излишком электронов отрицательный заряд.
Тело, утратившее электроны, будет иметь положительный заряд, модуль которого будет равен сумме зарядов электронов, потерянных телом.
У тела, имеющего положительный заряд, электронов меньше, чем протонов.
Закон сохранения электрического заряда действует независимо от того, движутся заряженные тела или нет. Такое свойство заряда называется инвариантностью. Заряд электрона равняется 1,6 • 10-19 Кл как при скорости 200 м/с, так и при скорости 100 000 км/с.
Если бы было иначе, то электроны имели бы одни свойства в свободном состоянии и совершенно другие — в атоме. А это наукой не установлено.
Электрический заряд не изменяется при переходе тела в другую систему отсчета.
