Что такое элементарный заряд в физике определение
Элементарный заряд
Элемента́рный электри́ческий заря́д — минимальная порция (квант) электрического заряда. Равен приблизительно 1,602 176 487(40)×10 −19 Кл в системе СИ (и 4,803×10 −10 ед.СГСЭ в системе СГС). Тесно связан с постоянной тонкой структуры, описывающей электромагнитное взаимодействие.
Квантование электрического заряда
Любой наблюдаемый в эксперименте электрический заряд всегда кратен элементарному. Такое предположение было высказано Б. Франклином в 1752 г. и в дальнейшем неоднократно проверялось экспериментально. Вычислен элементарный заряд был в 1874 г. М. Фарадеем, а впервые экспериментально измерен Милликеном в 1908 г.
Тот факт, что электрический заряд встречается в природе лишь в виде целого числа элементарных зарядов, можно назвать квантованием электрического заряда. Заметим, что в классической электродинамике вопрос о причинах квантования заряда не обсуждается, поскольку заряд является внешним параметром, а не динамической переменной. Удовлетворительного обьяснения, почему заряд обязан квантоваться, пока не найдено, однако уже получен ряд интересных наблюдений.
Дробный электрический заряд
С открытием кварков стало понятно, что элементарные частицы могут обладать дробным электрическим зарядом, например, 1/3 и 2/3 элементарного. Однако подобные частицы существуют только в связанных состояниях (конфайнмент), таким образом, все известные свободные частицы имеют электрический заряд, кратный элементарному, хотя рассеяние на частицах с дробным зарядом наблюдалось.
Неоднократные поиски свободных объектов с дробным электрическим зарядом, проводимые различными методиками в течение длительного времени, не дали результата.
Стоит, однако, отметить, что электрический заряд квазичастиц может быть не кратен целому. В частности, именно квазичастицы с дробным электрическим зарядом отвечают за дробный квантовый эффект Холла.
элементарный электрический заряд
Полезное
Смотреть что такое «элементарный электрический заряд» в других словарях:
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД — (е) одна из основных фундаментальных физ. постоянных, представляющая единичный по модулю электрический заряд (см. (4)), которым может обладать тело или элементарная (см.) в свободном состоянии. Элементарный электрический заряд равен заряду (см.)… … Большая политехническая энциклопедия
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… … Большой Энциклопедический словарь
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД — (е), наименьший электрич. заряд, положительный или отрицательный, равный величине заряда эл на: е=4,803250(21) •10 10 ед. СГСЭ=1,6021892(46) •10 19 К. Почти все элем. ч цы обладают электрич. зарядом +е или е или явл. незаряженными (исключение нек … Физическая энциклопедия
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД — ( е) наименьший электрич. заряд, положительный или отрицательный, равный величине заряда электрона: е = 4,803250(21)·10 10 ед СГСЭ= 1,6021892(46)·10 19 Кл. Почти все элементарные частицы обладают электрич. зарядом + е или е (или не заряжены),… … Физическая энциклопедия
Элементарный электрический заряд — свойство электрона и протона, характеризующее их взаимосвязь с собственным электрическим полем и взаимодействие с внешним электрическим полем, определяемое для электрона и протона равными числовыми значениями с противоположными знаками. … … Официальная терминология
элементарный электрический заряд — Свойство электрона и протона, характеризующее их взаимосвязь с собственным электрическим полем и взаимодействие с внешним электрическим полем, определяемое для электрона и протона равными числовыми значениями с противоположными знаками.… … Справочник технического переводчика
Элементарный электрический заряд — Элементарный электрический заряд фундаментальная физическая постоянная, минимальная порция (квант) электрического заряда. Равен приблизительно 1,602 176 565(35)·10−19 Кл[1] в Международной системе единиц (СИ) ( 4,806 529 695(105)·10−10 ед.… … Википедия
элементарный электрический заряд — elementarusis elektros krūvis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elementariosios elektromagnetinės sąveikos konstantą apibūdinantis dydis. Žymimas e. Yra teigiamasis (pvz., protono, pozitrono) ir neigiamasis (pvz.,… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
элементарный электрический заряд — elementarusis elektros krūvis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Mažiausias gamtoje tiesiogiai stebimas teigiamasis arba neigiamasis elektros krūvis; viena fizikinių konstantų. Protono elektros krūvis e, elektrono krūvis… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
элементарный электрический заряд — elementarusis elektros krūvis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. elementary charge vok. elektrische Elementarladung, f rus. элементарный электрический заряд, m pranc. charge élémentaire, f … Fizikos terminų žodynas
Что такое элементарный заряд в физике определение
Основными объектами изучения в электродинамике являются электрические и магнитные поля, создаваемые электрическими зарядами и токами.
Электрическое поле
1.1. Электрический заряд. Закон Кулона
Подобно понятию гравитационной массы тела в механике Ньютона, понятие заряда в электродинамике является первичным, основным понятием.
Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.
Совокупность всех известных экспериментальных фактов позволяет сделать следующие выводы:
Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.
Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.
Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. В этом также проявляется принципиальное отличие электромагнитных сил от гравитационных. Гравитационные силы всегда являются силами притяжения.
В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной:
|
Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака.
Заряд может передаваться от одного тела к другому только порциями, содержащими целое число элементарных зарядов. Таким образом, электрический заряд тела – дискретная величина:
 |
В обычных лабораторных опытах для обнаружения и измерения электрических зарядов используется электрометр – прибор, состоящий из металлического стержня и стрелки, которая может вращаться вокруг горизонтальной оси (рис. 1.1.1). Стержень со стрелкой изолирован от металлического корпуса. При соприкосновении заряженного тела со стержнем электрометра, электрические заряды одного знака распределяются по стержню и стрелке. Силы электрического отталкивания вызывают поворот стрелки на некоторый угол, по которому можно судить о заряде, переданном стержню электрометра.
Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.
На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:
Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:
|
Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел. Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними.
Коэффициент пропорциональности в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).
В системе СИ элементарный заряд равен:
Опыт показывает, что силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции.
Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.
Рис. 1.1.4 поясняет принцип суперпозиции на примере электростатического взаимодействия трех заряженных тел.
Принцип суперпозиции утверждает, что при заданном (фиксированном) распределении зарядов на всех телах силы электростатического взаимодействия между любыми двумя телами не зависят от наличия других заряженных тел.
Элементарный заряд и частица электрон
Электрический заряд тела можно делить на части до тех пор, пока не получим самый маленький – элементарный заряд. Он равен заряду частицы, названной электроном.
Электрический заряд можно делить
Если в природе существуют заряженные частицы, значит, заряд, полученный телом при электризации, состоит из суммы зарядов этих частиц.
Обнаружить простейший и самый маленький заряд в природе, можно с помощью деления общего заряда тела на части.
Метод половинного деления
Этот метод заключается в делении какой-либо величины на две равные части. После этого, выбирают одну из частей и опять делят на две равные части.
Каждый раз выбирают половину и делят ее пополам, до тех пор, пока не получат самую маленькую часть, заряда которую разделить не получится.
Этот метод можно продемонстрировать на опыте.
Демонстрация деления заряда с помощью электрометров
Для проведения эксперимента потребуется два электрометра. Зарядим один из электрометров, а второй оставим незаряженным (рис. 1).
После соединим электрометры металлическим предметом – линейкой, проволокой и т. п. Мы увидим, что первоначальный заряд распределится между двумя электрометрами поровну (рис. 2).
Избыточный заряд между телами распределяется поровну.
Теперь уберем заряд одного из электрометров. А половинный заряд, оставшийся на втором приборе, опять разделим пополам, соединив измерительные приборы – заряженный и незаряженный, металлическим предметом. Этот остаточный заряд распределится между приборами поровну.
Проделав такой опыт некоторое количество раз, получим на одном из электрометров малый остаточный заряд, который разделить на части не получится. Такой заряд называют элементарным.
Опыты Иоффе и Милликена
На самом деле, чувствительности школьного электрометра не хватит, чтобы определить элементарный заряд. Физики определили величину элементарного заряда несколько другим способом.
Опыты по определению элементарного заряда проводили ученые Абрам Иоффе (СССР) и Роберт Милликен.
Они электризовали маленькие крупинки цинка и измеряли их заряд. От опыта к опыту заряд крупинок отличался в целое число раз.
Это натолкнуло на мысль, что в природе существует частица, обладающая таким самым маленьким — элементарным зарядом, который не делится на части.
Заряд и масса электрона
Элементарный заряд – это очень малый заряд. Таким зарядом обладает элементарная частица — электрон. Равный ему заряд, но имеющий противоположный знак, имеет элементарная частица протон. Заряд электрона отрицательный, а заряд протона – положительный.
\[ \large \boxed
Заряд – это одно из главных свойств электрона. Отделить от электрона его заряд не получится.
\[ \large \boxed
Это очень маленькая масса, она почти в 2000 раз меньше массы самого легкого и маленького атома – атома водорода.
Единица измерения заряда
Электрический заряд измеряют в Кулонах в честь французского физика Шарля Огюстена Кулона. Он изучал электричество и механику, жил с 1736 по 1806 год. В те времена, когда Кулон проводил свои опыты, связанные с электричеством, еще не существовало единиц для измерения заряда.
Заряд в системе СИ
Примечание: Как правило, для измерения какой-либо физической величины можно выбрать любую удобную единицу. Именно так ранее и поступали. Поэтому, например, для измерения длин применялись такие единицы, как аршин, локоть, сажень и т. п.
Со временем в различных странах накопилось большое количество различных единиц измерений для одних и тех же величин. При переводе одних единиц в другие возникали разногласия и путаница. Чтобы исключить разногласия, ввели единую международную систему единиц, сокращенно СИ. В современной физике эта система измерения величин получила широкое применение.
Как единицу для измерения заряда логично было бы выбрать заряд электрона. Но заряд электрона – это очень малая величина. И для зарядов, с которыми мы сталкиваемся при решении большинства технических задач, такой малый заряд в качестве единицы измерения выбирать неудобно.
В системе СИ нет эталона для единицы измерения заряда. И заряд выражается через другие величины, для которых эталон есть.
Основной единицей для измерения электрических величин в СИ служит Ампер. Это единица силы тока (ссылка). Численно эталон 1-го Ампера определяют по магнитному взаимодействию двух токов.
Единица заряда – 1 Кулон, связана с одним Ампером.
\[\large \boxed < 1 \text<Кл>= 1 A \cdot 1 c > \]
Если ток в проводнике равен 1 Амперу, то за 1 секунду через его поперечное сечение проходит заряд, равный 1 Кулону.
Кратность любого заряда элементарному заряду
Заряд, который мы сообщаем телу, всегда кратен элементарному заряду:
\(q \left( \text<Кл>\right) \) – заряд тела;
\( e \left( \text<Кл>\right) \) – элементарный заряд;
\( N \left( \text<шт>\right) \) – количество элементарных зарядов, это целое число;
Заряд можно распределить по телу, для описания распределенных зарядов используют термин — плотность заряда.
Любой заряд в пространстве вокруг себя создает электрическое поле.
Один кулон — много ли это
Заряд в 1 Кулон – это очень большой заряд. Если шар, диаметром в 110 метров, расположить в сухом воздухе достаточно далеко от других тел (рис. 3), тогда этот шар сможет содержать избыточный заряд в 1 Кулон (Кл).
Однако, не следует думать, что такие большие заряды не используются. К примеру, через провод работающего бытового электрического чайника мощностью 1000 Ватт каждую секунду проходит заряд в 4,55 Кл.
Заряд элементарный
Смотреть что такое «Заряд элементарный» в других словарях:
ЗАРЯД ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ — (см. ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 … Физическая энциклопедия
Заряд элементарный — Элементарный электрический заряд минимальная порция (квант) электрического заряда. Равен приблизительно 1,602 176 487(40)×10−19 Кл в системе СИ (и 4,803×10−10 ед.СГСЭ в системе СГС). Тесно связан с постоянной тонкой структуры, описывающей… … Википедия
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД — (е) одна из основных фундаментальных физ. постоянных, представляющая единичный по модулю электрический заряд (см. (4)), которым может обладать тело или элементарная (см.) в свободном состоянии. Элементарный электрический заряд равен заряду (см.)… … Большая политехническая энциклопедия
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ — (лат.) 1) к элементу относящейся. 2) первоначальный, основной, излагающий первые основания какой либо науки. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ лат. elementaris. Основный, первоначальный,… … Словарь иностранных слов русского языка
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… … Большой Энциклопедический словарь
элементарный заряд — заряд электрона — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы заряд электрона EN electron chargeelementary … Справочник технического переводчика
элементарный — ая, ое. élémentaire adj.<, лат. elementarius. 1. Начальный, касающийся только основ чего л. БАС 1. Умному человеку необходимо нужных словесных наук, также математики по последней мере элемантарной и философии не разумеют. 1759. П. И. Рычков.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД — (е), наименьший электрич. заряд, положительный или отрицательный, равный величине заряда эл на: е=4,803250(21) •10 10 ед. СГСЭ=1,6021892(46) •10 19 К. Почти все элем. ч цы обладают электрич. зарядом +е или е или явл. незаряженными (исключение нек … Физическая энциклопедия
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД — ( е) наименьший электрич. заряд, положительный или отрицательный, равный величине заряда электрона: е = 4,803250(21)·10 10 ед СГСЭ= 1,6021892(46)·10 19 Кл. Почти все элементарные частицы обладают электрич. зарядом + е или е (или не заряжены),… … Физическая энциклопедия
Элементарный электрический заряд — свойство электрона и протона, характеризующее их взаимосвязь с собственным электрическим полем и взаимодействие с внешним электрическим полем, определяемое для электрона и протона равными числовыми значениями с противоположными знаками. … … Официальная терминология