Какая частица является носителем элементарного отрицательного заряда

Какая частица является носителем элементарного отрицательного заряда

Раздел физики, в котором изучаются свойства электрических зарядов и явления, обусловленные их взаимодействием, называется электродинамикой. Люди с глубокой древности были знакомы с целым рядом электрических явлений. Были известны удивительные свойства электрических рыб, разряды которых использовались древними для лечения подагры. Во времена античности не раз описывалось явление, которое в средние века получило название «огни святого Эльма» – возникновение газовых разрядов на острых концах высоких предметов, возникающих в грозу и сопровождающихся заметным свечением.

Материалы взяты с сайта http://fishworld.narod.ru/glava3-3.html

Электрические скаты. Электрические скаты составляют особый отряд, включающий три семейства и около тридцати шести видов. Они живут в прибережных водах Атлантического и Индийского океанов. Электрические органы занимают немало места на спине рыбы. После удара человеку приходится испытывать не самые приятные ощущения – помимо сильной боли, его тело бьёт дрожь. Рыбаки отнюдь не питают к ним нежных чувств, среди африканских рыбачьих прозвищ скатов самое мягкое – «руколом», а прочие малопригодны для широкой публики. К сожалению, многие электрические скаты окрашены так, что сливаются с дном. Среди интересных видов – слепой электрический скат, у которого глаза полностью скрыты под кожей, и электрический скат Морсби, который живёт на большой – от 0,7 до 1 км – глубине.

Электрический угорь. Длина до 1,8 м. Относится к отряду карпообразных, подотряду гимнотовидных. В нём есть и другие представители (обыкновенный гимнот и др.). Эта рыба представляет немалую опасность для жителей Южной Америки, где она обитает. Немало народу утонуло, потеряв в воде сознание от электрического удара, который им «обеспечил» электроугорь. Для того чтобы убить рыбу, электрическому угрю достаточно коснуться ее. Жертва погибает мгновенно. Угорь схватывает её со дна, обязательно с головы. Затем, опустившись на дно, несколько минут переваривает добычу, после всплывает, высовывается на поверхность, чтобы глотнуть воздуха, снова окунается и пускается на поиски новой жертвы.

Электрический сом. Электрический сом – рыба длиной до 0,65 м, возможно, до 1 м, обитающая в Африке, от нижнего Нигера до Танганьики. Электрический сом – самый опасный пресноводный сом. Он стоит особняком среди сомообразных и выделен в особое семейство. О нём знали ещё древние египтяне: некоторые изображения электрического сома насчитывают 6 тысяч лет.

По материалам статьи Мезенцева В. «Удивляет электричество» с сайта http://n-t.ru/ri/mz/on04.htm

Огни святого Эльма – возникающий при большой напряжённости электрического поля в атмосфере разряд в форме светящихся пучков или кисточек, возникающих на острых концах высоких предметов (башни, мачты, одиноко стоящие деревья, острые вершины скал и т.п.). Название явление получило от имени святого Эльма (Эразма) – покровителя моряков в католической религии. Морякам их появление сулило надежду на успех, а во время опасности – и на спасение.

Огни святого Эльма разнообразны. Бывают они в виде равномерного свечения, в виде отдельных мерцающих огоньков, факелов. Иногда они настолько похожи на языки пламени, что их бросаются тушить.

Несмотря на всю кажущуюся необычность этого явления, оно довольно давно нашло естественное объяснение: такие огни – тихие электрические разряды в атмосфере. Наблюдают их чаще всего во время гроз, снежных бурь, шквалов, когда в облаках и на поверхности Земли накапливается большое количество электрических зарядов. Наша планета окружена электрическим полем, подобным тому, какое образуется вокруг любого заряженного электричеством тела. В большинстве случаев воздух заряжен положительно, а земля – отрицательно. Возникновение электрического поля в нижних слоях атмосферы происходит главным образом за счет ионизации воздуха. Обычные молнии сопровождаются оглушительным треском – громом, ведь молния – это сильный и быстрый электрический разряд. Однако при определенных условиях происходит не разряд, а истечение зарядов, различное по продолжительности. В принципе это тот же разряд, но только «тихий», специалисты называют его коронным, то есть венчающим какой-либо предмет подобно короне.

Но, конечно, наиболее известным было свойство потертого янтаря притягивать легкие предметы. Изучение свойств натертого янтаря сыграло ведущую роль в становлении науки об электричестве. Считается, что существование электричества впервые установил древнегреческий философ Фалес Милетский. Он заметил, что, если кусок янтаря потереть о шелк или мех, янтарь обретает способность притягивать мелкие предметы. Даже в современной научной терминологии отражена роль этого вещества: на греческом языке янтарь – электрон. Однако систематическое изучение электричества началось только со времени эпохи Возрождения, и продолжалось вплоть до конца XIX в., когда Максвеллом была создана единая теория электромагнитных взаимодействий.

ФАЛЕС (ок. 625 – ок. 547 до н.э.)

Древнегреческий мыслитель, родоначальник античной философии и науки, основатель ионической школы. Возводил все многообразие явлений и вещей к единой первостихии – воде. Причиной солнечных затмений считал Луну, которую рассматривал как темное тело, затмевающее свет от Солнца. Предсказал солнечное затмение 28 мая 585 года до н.э. Фалес открыл наклон эклиптики к экватору, определил угловую величину Луны. Стал первым, кто ввел в математику принцип математического доказательства; доказал несколько теорем геометрии.

Важнейшими понятиями в учении об электричестве являются электрический заряд и электрическое поле. Электрический заряд является физической величиной, определяющей интенсивность электромагнитных взаимодействий.

Известным из опыта фундаментальным свойством электрического заряда является то, что он существует в двух видах, условно называемых положительными и отрицательными зарядами.

Материалы взяты с сайта http://www.aviacosmofond.ru

Считается, что первым ученым, аргументировано отстаивавшим точку зрения о существовании двух видов зарядов, был француз Шарль Дюфе (1698–1739). В опубликованной в 1733 г. работе он вводит термины «смоляное» и «стекольное» электричество и указывает на характер взаимодействия между одноименными и разноfименными зарядами. В современной терминологии «смоляное» электричество соответствует отрицательным зарядам, а «стекольное» – положительным.

Самым убедительным оппонентом теории существования двух видов зарядов был знаменитый американец Бенджамин Франклин (1706–1790). Он первым ввел понятие о положительных и отрицательных зарядах. Однако объяснял он наличие этих зарядов у тел соответственно избытком или недостатком в телах некоей общей электрической материи. Эта особая материя, впоследствии названная «флюидом Франклина», по его мнению, обладала положительным зарядом. Таким образом, получалось, что при электризации тела либо приобретают, либо теряют только положительные заряды. По современным представлениям в большинстве случаев контактной электризации тела обмениваются элементарными отрицательными зарядами, электронами. Можно сказать, что Франклин «перепутал» знак своего флюида. Во многом благодаря этому факту впоследствии ошибочно за направление тока в металлических проводниках было принято направление движения положительного заряда.

Пожалуй, самым оригинальным образом доказывал существование двух видов зарядов англичанин Роберт Симмер (1707–1763). Он обратил внимание на необычное поведение своих шерстяных и шелковых чулок. Снятые после ношения в течение дня черные шерстяные и белые шелковые чулки эффектно раздувались, принимая форму ноги, если только лежали порознь. При размещении одного чулка внутри другого они принимали обычный вид. Поднесенные друг к другу все четыре чулка причудливо переплетались подобно змеям. Основываясь на своих наблюдениях, Симмер стал рьяным сторонником теории двух видов зарядов, за что был прозван современниками «раздутым философом». Но он оказался прав. Выражаясь современным языком, его шелковые чулки имели отрицательные, а шерстяные – положительные заряды. Этим и объяснялось их поведение.

Причина, по которой электрический заряд существует в двух видах, в современной физике до конца не выяснена. Возможно, что в этом находит отражение определенная симметрия: положительный и отрицательный заряды можно рассматривать как противоположные проявления одного качества, аналогично тому, как понятия «правое» и «левое» являются противоположными проявлениями свойства пространственной симметрии.

Взаимодействие зарядов противоположных знаков, как показывает опыт, заключается в их взаимном притяжении, а одноименные заряды отталкиваются друг от друга.

В природе носителями электрического заряда являются элементарные частицы. Носителем элементарного, то есть наименьшего, отрицательного заряда является электрон, заряд которого , а масса . Это очень маленькая величина – через нить электрической лампочки за 1 секунду проходит почти 3 миллиарда миллиардов элементарных электрических зарядов. Носителем элементарного положительного заряда является протон , масса протона .

Электрический заряд имеет дискретную природу. Это означает, что заряд любого тела кратен заряду электрона , где – целое число. Однако во многих задачах пренебрегают дискретностью заряда, так как элементарный заряд очень мал.

Электрический заряд – величина инвариантная. Это означает, что электрический заряд элементарной частицы не зависит ни от движения частицы, ни от ее взаимодействия с другими частицами.

Суммарный заряд всякой изолированной системы сохраняется. Это свойство называется законом сохранения электрического заряда. Этот закон не нарушается даже при аннигиляции заряженных частиц. Так при аннигиляции электрона с позитроном исчезают как положительный, так и отрицательный заряд, однако полный заряд системы сохраняется. Закон сохранения заряда тесно связан с инвариантностью заряда. Действительно, если бы величина заряда зависела от его скорости, то при изменении скорости движения электрона в атоме, то есть при переходе его в возбуждённое состояние, атом перестал бы быть электронейтральным.

Когда заряды присутствуют в одинаковых количествах, тело называют электрически нейтральным, или незаряженным. Несмотря на то, что в состав физических тел входят заряженные частицы, в обычном состоянии тела незаряжены, или электронейтральны. Электронейтральны и многие сложные частицы, например, атомы или молекулы. Суммарный заряд такой частицы или такого тела оказывается равным нулю потому, что число электронов и число протонов, входящих в состав частицы или тела, равны. Положительные и отрицательные заряды очень хорошо скомпенсированы во Вселенной. И если Вселенная конечна, то её полный электрический заряд, по всей вероятности, равен нулю.

Элементарный электрический заряд

Элемента́рный электри́ческий заря́д (е) — минимальный электрический заряд, положительный или отрицательный, равный величине заряду электрона.

Предположение о том, что любой наблюдаемый в эксперименте электрический заряд всегда кратен элементарному, было высказано Б. Франклином в 1752 году. Благодаря опытам М. Фарадея по электролизу величина элементарного заряда была вычислена в 1834 году. На существование элементарного электрического заряда также указал в 1874 году английский ученый Дж.Стони. Он же ввел в физику понятие «электрон» и предложил способ вычисления значения элементарного заряда. Впервые экспериментально элементарный электрический заряд был измерен Р. Милликеном в 1908 году.

Материальными носителями элементарного электрического заряда в природе являются заряженные элементарные частицы.

Электрический заряд любой микросистемы и макроскопических тел всегда равен алгебраической сумме элементарных зарядов, входящих в систему, то есть целому кратному от величины е (или нулю).

Установленное в настоящее время значение абсолютной величины элементарного электрического заряда составляет е = (4, 8032068 0, 0000015) . 10 -10 единиц СГСЕ, или 1, 60217733 . 10 -19 Кл. Вычисленная по формуле величина элементарного электрического заряда, выраженная через физические константы, дает значение для элементарного электрического заряда: e = 4, 80320419(21) . 10 -10 , или: е =1, 602176462(65) . 10 -19 Кл.

Считается, что этот заряд действительно элементарен, то есть он не может быть разделен на части, а заряды любых объектов являются его целыми кратными. Электрический заряд элементарной частицы является ее фундаментальной характеристикой и не зависит от выбора системы отсчета. Элементарный электрический заряд в точности равен величине электрического заряда электрона, протона и почти всех других заряженных элементарных частиц, которые тем самым являются материальными носителями наименьшего заряда в природе.

Существует положительный и отрицательный элементарный электрический заряд, причем элементарная частица и ее античастица имеют заряды противоположных знаков. Носителем элементарного отрицательного заряда является электрон, масса которого me = 9, 11 . 10 -31 кг. Носителем элементарного положительного заряда является протон, масса которого mp = 1, 67 . 10 -27 кг.

Тот факт, что электрический заряд встречается в природе лишь в виде целого числа элементарных зарядов, можно назвать квантованием электрического заряда. Почти все заряженные элементарные частицы имеют заряд е — или е + (исключение — некоторые резонансы с зарядом, кратным е); частицы с дробными электрическими зарядами не наблюдались, однако в современной теории сильного взаимодействия — квантовой хромодинамике — предполагается существование частиц — кварков — с зарядами, кратными 1 /₃е.

Элементарный электрический заряд не может быть уничтожен; этот факт составляет содержание закона сохранения электрического заряда на микроскопическом уровне. Электрические заряды могут исчезать и возникать вновь. Однако всегда возникают или исчезают два элементарных заряда противоположных знаков.

Величина элементарного электрического заряда является константой электромагнитных взаимодействий и входит во все уравнения микроскопической электродинамики.

элементарный электрический заряд

(е), минимальный электрический заряд, положительный или отрицательный, величина которого е≈4,8·10 -10 единиц СГСЭ, или 1,6·10 -19 Кл. Почти все заряженные элементарные частицы имеют заряд +е или —е (исключение — некоторые резонансы с зарядом, кратным е); частицы с дробными электрическими зарядами не наблюдались, однако в современной теории сильного взаимодействия — квантовой хромодинамике — предполагается существование кварков — частиц с зарядами, кратными 1 /₃ е.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД

ЭЛЕМЕНТА́РНЫЙ ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ ЗАРЯ́Д (е), минимальный электрический заряд, положительный или отрицательный, равный величине заряду электрона.
Предположение о том, что любой наблюдаемый в эксперименте электрический заряд всегда кратен элементарному, было высказано Б. Франклином (см. ФРАНКЛИН Бенджамин) в 1752 г. Благодаря опытам М. Фарадея (см. ФАРАДЕЙ Майкл) по электролизу величина элементарного заряда была вычислена в 1834 г. На существование элементарного электрического заряда также указал в 1874 г. английский ученый Дж.Стони. Он же ввел в физику понятие «электрон» и предложил способ вычисления значения элементарного заряда. Впервые экспериментально элементарный электрический заряд был измерен Р. Милликеном (см. МИЛЛИКЕН Роберт Эндрус) в 1908 г.
Материальными носителями элементарного электрического заряда в природе являются заряженные элементарные частицы (см. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ) .
Электрический заряд (см. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД) любой микросистемы и макроскопических тел всегда равен алгебраической сумме элементарных зарядов, входящих в систему, то есть целому кратному от величины е (или нулю).
Установленное в настоящее время значение абсолютной величины элементарного электрического заряда (см. ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД) составляет е = (4,8032068 0,0000015) . 10 -10 единиц СГСЕ, или 1,60217733 . 10 -19 Кл. Вычисленная по формуле величина элементарного электрического заряда, выраженная через физические константы, дает значение для элементарного электрического заряда: e = 4,80320419(21) . 10 -10 , или: е =1,602176462(65) . 10 -19 Кл.
Считается, что этот заряд действительно элементарен, то есть он не может быть разделен на части, а заряды любых объектов являются его целыми кратными. Электрический заряд элементарной частицы является ее фундаментальной характеристикой и не зависит от выбора системы отсчета. Элементарный электрический заряд в точности равен величине электрического заряда электрона, протона и почти всех других заряженных элементарных частиц, которые тем самым являются материальными носителями наименьшего заряда в природе.
Существует положительный и отрицательный элементарный электрический заряд, причем элементарная частица и ее античастица имеют заряды противоположных знаков. Носителем элементарного отрицательного заряда является электрон , масса которого me = 9,11 . 10 -31 кг. Носителем элементарного положительного заряда является протон, масса которого mp = 1, 67 . 10 -27 кг.
Тот факт, что электрический заряд встречается в природе лишь в виде целого числа элементарных зарядов, можно назвать квантованием электрического заряда. Почти все заряженные элементарные частицы имеют заряд е — или е + (исключение — некоторые резонансы с зарядом, кратным е); частицы с дробными электрическими зарядами не наблюдались, однако в современной теории сильного взаимодействия — квантовой хромодинамике — предполагается существование частиц — кварков — с зарядами, кратными 1 /₃ е.
Элементарный электрический заряд не может быть уничтожен; этот факт составляет содержание закона сохранения электрического заряда на микроскопическом уровне. Электрические заряды могут исчезать и возникать вновь. Однако всегда возникают или исчезают два элементарных заряда противоположных знаков.
Величина элементарного электрического заряда является константой электромагнитных взаимодействий и входит во все уравнения микроскопической электродинамики.

Энциклопедический словарь . 2009 .

• элементарный
• элементоорганические соединения

Электростатика. Взаимодействие зарядов. Два вида электрических зарядов.

Простые опыты по электризации различных тел иллюстрируют следующие положения.

1. Существуют заряды двух видов: положительные (+) и отрицательные (-). Положительный заряд возникает при трении стекла о кожу или шелк, а отрицательный — при трении янтаря (или эбонита) о шерсть.

2. Заряды (или заряженные тела) взаимодействуют друг с другом. Одноименные заряды оттал­киваются, а разноименные заряды притягиваются.

3. Состояние электризации можно передать от одного тела к другому, что связано с переносом электрического заряда. При этом телу можно передать больший или меньший заряд, т. е. заряд имеет величину. При электризации трением заряд приобретают оба тела, причем одно — поло­жительный, а другое — отрицательный. Следует подчеркнуть, что абсолютные величины зарядов наэлектризованных трением тел равны, что подтверждается многочисленными измерениями заря­дов с помощью электрометров.

Объяснить, почему тела электризуются (т. е. заряжаются) при трении, стало возможным после открытия электрона и изучения строения атома. Как известно, все вещества состоят из атомов; атомы, в свою очередь, состоят из элементарных частиц — отрицательно заряженных электронов, положительно заряженных протонов и нейтральных частиц — нейтронов. Электроны и протоны являются носителями элементарных (минимальных) электрических зарядов.

Элементарный электрический заряд (е) — это наименьший электрический заряд, положи­тельный или отрицательный, равный величине заряда электрона:

Заряженных элементарных частиц существует много, и почти все они обладают зарядом +e или -e, однако эти частицы весьма недолговечны. Они живут меньше миллионной доли се­кунды. Только электроны и протоны существуют в свободном состоянии неограниченно долго.

Протоны и нейтроны (нуклоны) составляют положительно заряженное ядро атома, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные электроны, число которых равно числу протонов, так что атом в целом электроцентралей.

В обычных условиях тела, состоящие из атомов (или молекул), электрически нейтральны. Однако в процессе трения часть электронов, покинувших свои атомы, может перейти с одного тела на другое. Перемещения электронов при этом не превышают размеров межатомных расстояний. Но если тела после трения разъединить, то они окажутся заряженными; тело, которое отдало часть своих электронов, будет заряжено положительно, а тело, которое их приобрело, — отрицательно.

Итак, тела электризуются, т. е. получают электрический заряд, когда они теряют или приоб­ретают электроны. В некоторых случаях электризация обусловлена перемещением ионов. Новые электрические заряды при этом не возникают. Происходит лишь разделение имеющихся заря­дов между электризующимися телами: часть отрицательных зарядов переходит с одного тела на другое.

Определение заряда.

Следует особо подчеркнуть, что заряд является неотъемлемым свойством частицы. Частицу без заряда представить себе можно, но заряд без частицы — нельзя.

Проявляют себя заряженные частицы в притяжении (разноименные заряды) либо в отталкивании (одноименные заряды) с силами, на много порядков превышающими гравитационные. Так, сила электрического притяжения электрона к ядру в атоме водорода в 10 39 раз больше силы гра­витационного притяжения этих частиц. Взаимодействие между заряженными частицами называется электромагнитным взаимодействием, а электрический заряд определяет интенсивность электромагнитных взаимодействий.

В современной физике так определяют заряд:

Электрический заряд — это физическая величина, являющаяся источником электрического поля, посредством которого осуществляется взаимодействие частиц, обладающих зарядом.