В каких случаях выполняется закон сохранения электрического заряда

Закон сохранения электрического заряда

Закон сохранения заряда подтверждается и простыми опытами по электризации тел. Укрепим на стержне электромера металлический диск и, положив на него прослойку из сукна, поставим сверху еще один такой же диск, но с ручкой из диэлектрика. Совершив несколько движений верхним диском по изоляционной прослойке, уберем его в сторону. Мы увидим, что стрелка электромера отклонится, свидетельствуя о появлении на сукне и соприкасающемся с ним диске электрического заряда. Далее прикоснемся вторым диском (которым мы терли о сукно) к стерж­ню второго электромера. Стрелка этого электромера отклонится примерно на такой же угол, что и стрелка первого электромера. Это означает, что при электризации оба диска получили одинако­вый по модулю заряд. Что можно сказать о знаках этих зарядов? Для ответа на этот вопрос завер­шим опыт, соединив электромеры металлическим стержнем. Мы увидим, как стрелки приборов опустятся вниз. Нейтрализация зарядов свидетельствует о том, что они были равны по модулю, но противоположны по знаку (и, следовательно, в сумме давали нуль).

Закон сохранения электрического заряда

Наличие носителей заряда (электронов, ионов) является условием того, что тело проводит электрический ток. В зависимости от способности тел проводить электрический ток они делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники Проводники – тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объему. Проводники делятся на две группы: 1) проводники первого рода (например, металлы) – перенесение в них зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями; 2) проводники второго рода (например, расплавленные соли, растворы кислот) – перенесение в них зарядов (положительных и отрицательных ионов) ведет к химическим изменениям. Диэлектрики (например, стекло, пластмассы) – тела, которые не проводят электрического тока; если к этим телам не прикладывается внешнее электрическое поле, в них практически отсутствуют свободные носители заряда. Полупроводники (например, германий, кремний) занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками, причем их проводимость сильно зависит от внешних условий, например температуры.

Закон сохранения электрического заряда

В обычных условиях микроскопические тела являются электрически нейтральными, потому что положительно и отрицательно заряженные частицы, которые образуют атомы, связаны друг с другом электрическими силами и образуют нейтральные системы. Если электрическая нейтральность тела нарушена, то такое тело называется наэлектризованное тело. Для электризации тела необходимо, чтобы на нём был создан избыток или недостаток электронов или ионов одного знака.

Электрический заряд и элементарные частицы

Электризация тел и её проявления. Значительная электризация происходит при трении синтетических тканей. Снимая с себя рубашку из синтетического материала в сухом воздухе, можно слышать характерное потрескивание. Между заряженными участками трущихся поверхностей проскакивают маленькие искорки.

Закон сохранения заряда

Физическая теория утверждает, что каждый закон сохранения основан на соответствующем фундаментальном принципе симметрии. Со свойствами симметрий пространства-времени связаны законы сохранения энергии, импульса и момента импульса. Законы сохранения электрического, барионного и лептонного зарядов связаны не со свойствами пространства-времени, а с симметрией физических законов относительно фазовых преобразований в абстрактном пространстве квантовомеханических операторов и векторов состояний. Заряженные поля в квантовой теории поля описываются комплексной волновой функциейφ(x) = | φ(x) | eiψ(x), где x — пространственно-временная координата. Частицам с противоположными зарядами соответствуют функции поля, различающиеся знаком фазы ψ, которую можно считать угловой координатой в некотором фиктивном двумерном "зарядовом пространстве". Закон сохранения заряда является следствием инвариантности лагранжиана относительно глобального калибровочного преобразования типа φ’ = eiαQφ, где Q — заряд частицы, описываемой полем φ, а α — произвольное вещественное число, являющееся параметром и не зависящее от пространственно-временных координат частицы. Такие преобразования не меняют модуля функции, поэтому они называются унитарными U(1).[3][4]

В каких случаях выполняется закон сохранения электрического заряда

Перемещение зарядов либо отсутствует, либо происходит так медленно, что возникающие при движении зарядов магнитные поля ничтожны. Сила взаимодействия между зарядами определяется только их взаимным расположением. Следовательно, энергия электростатического взаимодействия – потенциальная энергия.

В каких случаях выполняется закон сохранения электрического заряда

Измеряется заряд в СИ – кулон – электрозаряд, проходящий через сечение проводника при силе тока равной 1А за промежуток времени в 1 секунду. Заряд в 1 Кулон очень велик. И если бы два носителя заряда (q1 = q2 = 1 Кл) расположить в вакууме на расстоянии один метр, то они взаимодействовали бы с силой 9•109 H, то есть с такой силой, с которой бы гравитация земли притягивала бы к себе предмет имеющий массу порядка одного миллиона тонн.

В каких случаях выполняется закон сохранения электрического заряда

Опыт с электризацией пластин доказывает, что при электризации трением происходит перераспределение имеющихся зарядов между нейтральными в первый момент телами. Небольшая часть электронов переходит с одного тела на другое. Новые заряженные частицы не возникают, а существовавшие ранее не исчезают. Алгебраическая сумма положительных и отрицательных зарядов тел равна нулю.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА

Опыт с электризацией пластин до­казывает, что при электризации трением происходит перераспределение имеющихся зарядов между телами, нейтральными в первый момент. Не­большая часть электронов переходит с одного тела на другое. При этом новые частицы не возникают, а су­ществовавшие ранее не исчезают.

Закон сохранения электрического заряда

Причина этого нам понятна: при электризации двух тел общее количество электронов в них остается неизменным. Поэтому положительный заряд, приобретаемый одним из тел, равен по модулю отрицательному заряду, приобретаемому другим телом. Это – частный случай общего закона природы, который называется

Закон сохранения электрических зарядов

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 электрического заряда

Электрический заряд замкнутой системы ] сохраняется во времени и квантуется — изменяется порциями, кратными 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.

Закон сохранения электрического заряда

ЗАРЯДА СОХРАНЕНИЯ ЗАКОН — один из фундаментальных строгих законов природы, состоящий в том, что алгебр. сумма электрич. зарядов любой замкнутой (электрически изолированной) системы остаётся неизменной, какие бы процессы ни происходили внутри этой системы. Установлен в 18… … Физическая энциклопедия

Закон сохранения электрического заряда

Из опытных данных был установлен фундаментальный закон природы, экспериментально подтвержденный в 1843 г американским физиком М.Фарадеем,- закон сохранения заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остается неизменной, какие бы процессы не происходили внутри этой системы.

В каких случаях выполняется закон сохранения электрического заряда

Электрозаряд замкнутой системы сохраняется во временном промежутке и квантуется – изменяется порциями, которые кратны элементарному электрическому заряду. Если сказать по-другому, то алгебраическая сумма электрических зарядов тел и частиц, которые образуют электрически изолированную систему, будет неизменной при любых процессах, которые будут происходить в этой системе.