Электрический заряд

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален.
Найти источники: «Электрический заряд» - новости · газеты · книги · ученый · JSTOR ( сентябрь 2020 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон )

Электрический заряд
Электрическое поле положительного и отрицательного точечного заряда
Общие символы	q
Единица СИ	кулон
Прочие единицы	элементарный заряд фарадей ампер-час
В базовых единицах СИ	C = A⋅s
Обширный ?	да
Сохранился ?	да
Измерение	${\mathsf {T}}{\mathsf {I}}$

Электромагнетизм
Статьи о

Электричество Магнетизм История Учебники
Электростатика Электрический заряд Закон Кулона Дирижер Плотность заряда Разрешающая способность Электрический дипольный момент Электрическое поле Электрический потенциал Электрический поток / потенциальная энергия Электростатический разряд Закон Гаусса Индукция Изолятор Плотность поляризации Статичное электричество Трибоэлектричество
Магнитостатика Закон Ампера Закон Био – Савара Закон Гаусса для магнетизма Магнитное поле Магнитный поток Магнитный дипольный момент Магнитная проницаемость Магнитный скалярный потенциал Намагничивание Магнитодвижущая сила Магнитостатический потенциал Правило правой руки
Электродинамика Закон силы Лоренца Электромагнитная индукция Закон Фарадея Закон Ленца Ток смещения Магнитный векторный потенциал Уравнения Максвелла Электромагнитное поле Электромагнитный импульс Электромагнитное излучение Тензор Максвелла Вектор Пойнтинга Потенциал Льенара – Вихерта Уравнения Ефименко Вихревой ток Уравнения Лондона Математические описания электромагнитного поля.
Электрическая сеть Переменный ток Емкость Постоянный ток Электрический ток Электролиз Плотность тока Джоулевое нагревание Электродвижущая сила Импеданс Индуктивность Закон Ома Параллельная схема Сопротивление Резонансные полости Последовательная схема Напряжение Волноводы
Ковариантная формулировка Электромагнитный тензор ( тензор энергии-импульса ) Четырехтоковый Электромагнитный четырехпотенциальный
Ученые Ампер Биот Кулон Дэви Эйнштейн Фарадей Физо Гаусс Хевисайд Генри Герц Джоуль Ленц Лоренц Максвелл Ørsted Ом Ричи Savart Певица Тесла Вольта Вебер
v т е

Электрический заряд является физическим свойством из материи , которая заставляет его испытывать усилие при помещении в электромагнитном поле . Есть два типа электрического заряда: положительный и отрицательный (обычно переносятся протонами и электронами соответственно). Одинаковые обвинения отталкивают друг друга, а разные обвинения притягиваются. Объект, у которого нет нетто-заряда, называется нейтральным . Ранние знания о том, как взаимодействуют заряженные вещества, теперь называют классической электродинамикой , и по-прежнему актуальны для задач, не требующих рассмотренияквантовые эффекты .

Электрический заряд - это законсервированная собственность ; чистый заряд изолированной системы , величина положительного заряда минус количество отрицательного заряда, не может измениться. Электрический заряд переносится субатомными частицами . В обычной материи, отрицательный заряд переносится электронами, и положительный заряд переносится протонов в ядрах из атомов . Если в части материи больше электронов, чем протонов, она будет иметь отрицательный заряд, если их меньше, она будет иметь положительный заряд, а если их будет равно количеству, она будет нейтральной. Заряд квантуется ; он представлен в виде целых чисел, кратных отдельным маленьким единицам, называемым элементарным зарядом , e, о 1,602 × 10 ⁻¹⁹ кулонов , ^[1] что является наименьшим зарядом, который может существовать свободно (частицы, называемые кварками, имеют меньшие заряды, кратные1/3д , но они встречаются только в комбинации и всегда объединяются, образуя частицы с целым зарядом). Протон имеет заряд + е , а электрон имеет заряд - е .

Электрические заряды создают электрические поля . ^[2] Движущийся заряд также создает магнитное поле . ^[3] Взаимодействие электрических зарядов с электромагнитным полем (комбинация электрического и магнитного полей) является источником электромагнитной силы (или силы Лоренца) , ^[4] которая является одной из четырех фундаментальных сил в физике . Изучение опосредованных фотонами взаимодействий между заряженными частицами называется квантовой электродинамикой . ^[5]

Производная единица электрического заряда в системе СИ - кулон (Кл), названный в честь французского физика Шарля-Огюстена де Кулон . В электротехнике также принято использовать ампер-час (Ач); в физике и химии принято использовать элементарный заряд ( е как единицу). В химии также используется постоянная Фарадея в качестве заряда моля электронов. Символ q в нижнем регистре часто обозначает заряд.

Обзор [ править ]

Диаграмма, показывающая силовые линии и эквипотенциалы вокруг электрона , отрицательно заряженной частицы. В электрически нейтральном атоме количество электронов равно количеству протонов (которые заряжены положительно), что приводит к общему нулевому общему заряду.

Заряд - это фундаментальное свойство форм материи, которые проявляют электростатическое притяжение или отталкивание в присутствии другой материи. Электрический заряд - характерное свойство многих субатомных частиц . Заряды свободно стоящих частиц кратны элементарному заряду е ; мы говорим, что электрический заряд квантуется . Майкл Фарадей в своих экспериментах по электролизу первым заметил дискретную природу электрического заряда. Эксперимент Роберта Милликена с каплей масла прямо продемонстрировал этот факт и измерил элементарный заряд. Было обнаружено, что один тип частиц, кварки, имеют дробные заряды либо -1/3 или +2/3, но считается, что они всегда кратны интегральному заряду; отдельно стоящие кварки никогда не наблюдались.

По соглашению , заряд электрона отрицательный, −e , а заряд протона положительный, + e . Заряженные частицы с одинаковыми знаками зарядов отталкиваются друг от друга, а частицы с разными знаками притягиваются. Закон Кулона количественно определяет электростатическую силу между двумя частицами, утверждая, что сила пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Заряд античастицы равен заряду соответствующей частицы, но с противоположным знаком.

Электрический заряд макроскопического объекта - это сумма электрических зарядов составляющих его частиц. Этот заряд часто невелик, потому что материя состоит из атомов , а атомы обычно имеют равное количество протонов и электронов , и в этом случае их заряды сокращаются, давая нулевой общий заряд, что делает атом нейтральным.

Ион представляет собой атом (или группа атомов) , что потерял один или несколько электронов, придавая ему чистый положительный заряд (катион), или , что получил один или несколько электронов, придавая ей отрицательный заряд (анион). Одноатомные ионы образуются из отдельных атомов, в то время как многоатомные ионы образуются из двух или более атомов, которые были связаны вместе, в каждом случае давая ион с положительным или отрицательным суммарным зарядом.

Электрическое поле, индуцированное положительным электрическим зарядом (слева) и поле, индуцированное отрицательным электрическим зарядом (справа).

Во время формирования макроскопических объектов составляющие атомы и ионы обычно объединяются, чтобы сформировать структуры, состоящие из нейтральных ионных соединений, электрически связанных с нейтральными атомами. Таким образом, макроскопические объекты в целом имеют тенденцию быть нейтральными, но макроскопические объекты редко бывают совершенно нейтральными.

Иногда макроскопические объекты содержат ионы, распределенные по всему материалу, жестко связанные на месте, что дает объекту общий положительный или отрицательный заряд. Кроме того, макроскопические объекты, состоящие из проводящих элементов, могут более или менее легко (в зависимости от элемента) принимать или испускать электроны, а затем бесконечно поддерживать отрицательный или положительный заряд. Когда чистый электрический заряд объекта отличен от нуля и неподвижен, это явление известно как статическое электричество . Это может быть легко получен путем трения двух разнородных материалов вместе, например, натирание желтым с мехом или стекла с шелком. Таким образом, непроводящие материалы могут быть заряжены в значительной степени положительно или отрицательно. Заряд, взятый из одного материала, перемещается в другой материал, оставляя за собой противоположный заряд такой же величины. Закон сохранения заряда всегда применяется, давая объекту, от которого берется отрицательный заряд, положительный заряд такой же величины, и наоборот.

Даже когда чистый заряд объекта равен нулю, заряд может быть распределен в объекте неравномерно (например, из-за внешнего электромагнитного поля или связанных полярных молекул). В таких случаях объект считается поляризованным . Заряд из-за поляризации известен как связанный заряд , в то время как заряд на объекте, произведенный электронами, полученными или потерянными извне объекта, называется свободным зарядом . Движение электронов в проводящих металлах в определенном направлении известно как электрический ток .

Единицы [ править ]

СИ получена единица количества электрического заряда является кулонов (символ: C). Кулонов определяется как количество заряда , который проходит через поперечное сечение в качестве электрического проводника , несущего один ампер в течение одной секунды . ^[6] Эта единица была предложена в 1946 году и ратифицирована в 1948 году. ^[6] В современной практике фраза «количество заряда» используется вместо «количество заряда». ^[7] Строчный символ q часто используется для обозначения количества электричества или заряда. Количество электрического заряда можно напрямую измерить электрометром., или косвенно измеряется баллистическим гальванометром .

Количество заряда в 1 электроне ( элементарный заряд ) определяется как фундаментальная константа в системе единиц СИ (действует с 20 мая 2019 г.). ^[8] Значение элементарного заряда, выраженное в единицах СИ для электрического заряда (кулон), в точности равно 1,602 176 634 × 10 ⁻¹⁹ ° C ^[1] . ^[8]

Обнаружив квантованный характер заряда, в 1891 году Джордж Стони предложил единицу «электрон» для этой фундаментальной единицы электрического заряда. Это было до открытия частицы Дж. Дж. Томсоном в 1897 году. Единица сегодня называется элементарный заряд , фундаментальная единица заряда или просто е . Мера заряда должна быть кратной элементарному заряду е , даже если в больших масштабах заряд кажется действительной величиной . В некоторых контекстах имеет смысл говорить о долях заряда; например при зарядке конденсатора или вдробный квантовый эффект Холла .

Единица Фарадея иногда используется в электрохимии. Один фарадей заряда - это величина заряда одного моля электронов, ^[9] т.е. 96485,33289 (59) Кл.

В системах единиц, отличных от СИ, таких как cgs , электрический заряд выражается как комбинация только трех основных величин (длина, масса и время), а не четырех, как в СИ, где электрический заряд представляет собой комбинацию длины, массы, время и электрический ток. ^[10]^[11]

История [ править ]

Кулоновские крутильные весы

С древних времен люди были знакомы с четырьмя типами явлений, которые сегодня можно было бы объяснить с помощью концепции электрического заряда: (а) молния , (б) рыба-торпеда (или электрический луч), (в) огонь святого Эльма и (г) янтарь, натертый на мех , притягивает небольшие легкие предметы. ^[12] Первое сообщение об эффекте янтаря часто приписывают древнегреческому математику Фалесу Милетскому , жившему с ок. 624 - ок. 546 г. до н.э., но есть сомнения в том, оставил ли Фалес какие-либо писания; ^[13] его рассказ о янтаре известен из отчета начала 200-х годов. ^[14]Это сообщение можно рассматривать как доказательство того, что это явление было известно, по крайней мере, с. 600 г. до н.э., но Фалес объяснил это явление доказательством наличия души у неодушевленных предметов. ^[14] Другими словами, не было никаких указаний на понятие электрического заряда. В более общем плане древние греки не понимали связи между этими четырьмя видами явлений. Греки заметили, что заряженные янтарные пуговицы могут притягивать легкие предметы, например волосы . Они также обнаружили, что если они протирают янтарь достаточно долго, они могут даже получить электрическую искру, чтобы подпрыгнуть, ^{[ цитата необходима ],} но есть также утверждение, что никаких упоминаний об электрических искрах не появлялось до конца 17 века. ^[15]Это свойство происходит из-за трибоэлектрического эффекта . В конце 1100-х годов было отмечено , что струя вещества , уплотненная форма угля, имеет янтарный эффект ^[16], а в середине 1500-х годов Джироламо Фракасторо обнаружил, что алмаз также проявляет этот эффект. ^[17] Некоторые усилия были предприняты Фракасторо и другими, особенно Джероламо Кардано, для разработки объяснения этого явления. ^[18]

В отличие от астрономии , механики и оптики , которые количественно изучались с древних времен, начало продолжающихся качественных и количественных исследований электрических явлений можно отметить публикацией Де Магнете английским ученым Уильямом Гилбертом в 1600 году ^[19]. В этой книге был небольшой раздел, в котором Гилберт вернулся к эффекту янтаря (как он его называл), обращаясь ко многим из более ранних теорий ^[18], и придумал новое латинское слово electrica (от ἤλεκτρον (ēlektron), греческого слова для янтаря). Латинское слово было переведено на английский как « электрика» . ^[20] Гилберту также приписывают термин « электричество» , тогда как термин « электричество» появился позже и впервые был приписан сэру Томасу Брауну в его « Эпидемической болезни» от 1646 года. ^[21] (Дополнительные лингвистические подробности см. В « Этимологии электричества»).Гилберт предположил, что этот янтарный эффект можно объяснить истечением (небольшим потоком частиц, который течет от электрического объекта без уменьшения его объема или веса), который действует на другие объекты. Эта идея о материальном электрическом эффлювии имела большое влияние в 17-18 веках. Он был предшественником идей, разработанных в 18 веке об «электрической жидкости» (Дюфай, Нолле, Франклин) и «электрическом заряде». ^[22]

Около 1663 года Отто фон Герике изобрел, вероятно, первый электростатический генератор , но он не распознал его в первую очередь как электрическое устройство и провел с ним лишь минимальные электрические эксперименты. ^[23] Другими европейскими пионерами были Роберт Бойль , который в 1675 году опубликовал первую книгу на английском языке, посвященную исключительно электрическим явлениям. ^[24] Его работа была в значительной степени повторением исследований Гилберта, но он также идентифицировал еще несколько «электриков» ^[25] и отметил взаимное притяжение между двумя телами. ^[24]

В 1729 году Стивен Грей экспериментировал со статическим электричеством , которое он генерировал с помощью стеклянной трубки. Он заметил, что пробка, используемая для защиты трубки от пыли и влаги, также стала наэлектризованной (заряженной). Дальнейшие эксперименты (например, расширение пробки путем вставления в нее тонких палочек) впервые показали, что электрическая элиминация (как назвал ее Грей) может передаваться (проводиться) на расстоянии. Грею удалось передать заряд шпагатом (765 футов) и проволокой (865 футов). ^[26] В ходе этих экспериментов Грей обнаружил важность различных материалов, которые облегчают или препятствуют проведению электрических выделений. Иоанн Теофил Дезагулер, который повторил многие эксперименты Грея, приписывают создание терминов « проводники» и « изоляторы» для обозначения эффектов различных материалов в этих экспериментах. ^[26] Грей также обнаружил электрическую индукцию (то есть, когда заряд может передаваться от одного объекта к другому без какого-либо прямого физического контакта). Например, он показал, что, поднося заряженную стеклянную трубку близко, но не касаясь куска свинца, поддерживаемого нитью, можно было заставить свинец наэлектризоваться (например, притягивать и отталкивать латунные опилки). ^[27] Он попытался объяснить это явление с помощью идеи электрического истощения. ^[28]

Открытия Грея привели к важному сдвигу в историческом развитии знаний об электрическом заряде. Тот факт, что электрические выделения могут передаваться от одного объекта к другому, открыл теоретическую возможность того, что это свойство не было неразрывно связано с телами, наэлектризованными от трения. ^[29] В 1733 году Шарль Франсуа де Систерне дю Фэй , вдохновленный работой Грея, провел серию экспериментов (описанных в Mémoires de l ' Académie Royale des Sciences ), показывающих, что более или менее все вещества могут быть «электрифицированы» при трении. за исключением металлов и жидкостей ^[30], и предположил, что электричество бывает двух видов, которые нейтрализуют друг друга, что он выразил в терминах теории двух жидкостей.^[31] Когда стекло натирали шелком , дю Фэй сказал, что стекло заряжалось стекловидным электричеством , а когда янтарь натирали мехом, янтарь заряжался смолистым электричеством . В современном понимании положительный заряд теперь определяется как заряд стеклянного стержня после того, как его натерли шелковой тканью, но произвольно, какой тип заряда называется положительным, а какой - отрицательным.^[32] Другая важная теория двух жидкостей того времени была предложена Жаном-Антуаном Нолле (1745 г.).^[33]

Примерно до 1745 года основным объяснением электрического притяжения и отталкивания было представление о том, что наэлектризованные тела выделяют испарения. ^[34] Бенджамин Франклин начал электрические эксперименты в конце 1746 года, ^[35] и к 1750 году разработал одножидкостную теорию электричества , основанную на эксперименте, который показал, что натертое стекло имеет такую же, но противоположную силу заряда, что и ткань. использовали для протирания стекла. ^[35]^[36] Франклин представлял электричество как вид невидимой жидкости, присутствующей во всей материи; например, он считал, что это стакан в лейденской банкекоторый удерживал накопленный заряд. Он утверждал, что трение изолирующих поверхностей друг о друга заставляет эту жидкость менять местоположение, и что поток этой жидкости составляет электрический ток. Он также утверждал, что, когда вещество содержит слишком мало жидкости, оно заряжается отрицательно , а когда в нем есть избыток, оно заряжается положительно . Он определил термин положительный со стекловидным электричеством и отрицательныйсо смолистым электричеством после проведения эксперимента со стеклянной трубкой, которую он получил от своего зарубежного коллеги Питера Коллинсона. В эксперименте участник A заряжал стеклянную трубку, а участник B получил удар по суставу от заряженной трубки. Франклин определил, что участник В заряжен положительно после того, как его ударили током трубки. ^[37] Существует некоторая двусмысленность в отношении того, пришел ли Уильям Ватсон независимо к тому же единому объяснению примерно в то же время (1747 г.). Уотсон, увидев письмо Франклина Коллинсону, утверждает, что он представил то же объяснение, что и Франклин весной 1747 года ^[38].Франклин изучил некоторые работы Уотсона до того, как провести свои собственные эксперименты и анализ, что, вероятно, имело большое значение для собственных теоретизаций Франклина. ^[39] Один физик предполагает, что Уотсон первым предложил теорию одной жидкости, которую Франклин затем развил дальше и более влиятельно. ^[40] Историк науки утверждает, что Ватсон упустил тонкую разницу между своими идеями и идеями Франклина, поэтому Ватсон неверно истолковал свои идеи как сходные с идеями Франклина. ^[41] В любом случае между Ватсоном и Франклином не было вражды, и модель электрического действия Франклина, сформулированная в начале 1747 года, в конечном итоге стала широко распространенной в то время. ^[39] После работы Франклина объяснения, основанные на эффлювии, выдвигались редко.^[42]

Теперь известно, что модель Франклина в основе своей верна. Существует только один вид электрического заряда, и только одна переменная необходима для отслеживания количества заряда. ^[43]

До 1800 года можно было изучать проводимость электрического заряда только с помощью электростатического разряда. В 1800 году Алессандро Вольта первым показал, что заряд может поддерживаться в непрерывном движении по замкнутой траектории. ^[44]

В 1833 году Майкл Фарадей попытался устранить любые сомнения в том, что электричество идентично, независимо от источника, из которого оно производится. ^[45] Он обсудил множество известных форм, которые он охарактеризовал как обычное электричество (например, статическое электричество , пьезоэлектричество , магнитная индукция ), гальваническое электричество (например, электрический ток от гальванической батареи ) и электричество животных (например, биоэлектричество ). .

В 1838 году Фарадей поднял вопрос о том, является ли электричество жидкостью или жидкостями или свойством материи, таким как гравитация. Он исследовал, может ли материя иметь один вид заряда независимо от другого. ^[46] Он пришел к выводу, что электрический заряд был отношением между двумя или более телами, потому что он не мог заряжать одно тело, не имея противоположного заряда в другом теле. ^[47]

В 1838 году Фарадей также выдвинул теоретическое объяснение электрической силы, выразив нейтралитет в отношении того, происходит ли она из одной, двух или никакой жидкости. ^[48] Он сосредоточился на идее, что нормальное состояние частиц должно быть неполяризованным, и что при поляризации они стремятся вернуться в свое естественное неполяризованное состояние.

Развивая теоретико-полевой подход к электродинамике (начиная с середины 1850-х годов), Джеймс Клерк Максвелл перестает рассматривать электрический заряд как особую субстанцию, которая накапливается в объектах, и начинает понимать электрический заряд как следствие преобразования энергии в поле. . ^[49] Это доквантовое понимание рассматривало величину электрического заряда как непрерывную величину даже на микроскопическом уровне. ^[49]

Роль заряда в статическом электричестве [ править ]

Статическое электричество относится к электрическому заряду объекта и соответствующему электростатическому разряду, когда два объекта сводятся вместе, которые не находятся в равновесии. Электростатический разряд вызывает изменение заряда каждого из двух объектов.

Электрификация трением [ править ]

В этом разделе содержится подробный перефраз из внешнего источника https://archive.org/details/ATreatiseOnElectricityMagnetism-Volume1 . Соответствующее обсуждение можно найти на странице обсуждения . Идеи в этой статье следует выражать оригинально. ( Ноябрь 2014 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Когда кусок стекла и кусок смолы - ни один из которых не проявляет никаких электрических свойств - натирают вместе и оставляют с соприкасающимися натертыми поверхностями, они все равно не проявляют никаких электрических свойств. В разлуке они притягивают друг друга.

Второй кусок стекла, натертый вторым куском смолы, затем отделенный и подвешенный рядом с бывшими кусками стекла и смолы, вызывает следующие явления:

Два куска стекла отталкиваются друг от друга.
Каждый кусок стекла притягивает каждый кусок смолы.
Два куска смолы отталкиваются друг от друга.

Это притяжение и отталкивание - это электрическое явление , и тела, которые их демонстрируют, называются электрифицированными или электрически заряженными . Тела могут быть наэлектризованы многими другими способами, в том числе трением. Электрические свойства двух кусков стекла подобны друг другу, но противоположны свойствам двух кусков смолы: стекло притягивает то, что отталкивает смола, и отталкивает то, что притягивает смола.

Если тело, наэлектризованное каким-либо образом, ведет себя так же, как стекло, то есть если оно отталкивает стекло и притягивает смолу, то тело называется стекловидно наэлектризованным, а если оно притягивает стекло и отталкивает смолу, то оно быть смолисто наэлектризованным. Все наэлектризованные тела наэлектризованы либо стекловидно, либо смолисто.

Установленное в научном сообществе соглашение определяет электризацию стекловидного тела как положительную, а смолистую электризацию как отрицательную. Совершенно противоположные свойства двух видов электрификации оправдывают то, что мы обозначаем их противоположными знаками, но применение положительного знака к одному, а не к другому должно рассматриваться как вопрос произвольного соглашения - точно так же, как это вопрос в математической диаграмме принято считать положительные расстояния по направлению к правой руке.

Между наэлектризованным телом и неэлектрифицированным телом не может наблюдаться никакой силы притяжения или отталкивания. ^[50]

Роль заряда в электрическом токе [ править ]

Электрический ток - это поток электрического заряда через объект, который не приводит к чистым потерям или приросту электрического заряда. Наиболее распространенными носителями заряда являются положительно заряженный протон и отрицательно заряженный электрон . Движение любой из этих заряженных частиц составляет электрический ток. Во многих ситуациях достаточно говорить об обычном токе независимо от того, переносятся ли он положительными зарядами, движущимися в направлении обычного тока, или отрицательными зарядами, движущимися в противоположном направлении. Эта макроскопическая точка зрения представляет собой приближение, упрощающее электромагнитные концепции и расчеты.

С другой стороны, если посмотреть на ситуацию под микроскопом, можно увидеть, что существует множество способов проведения электрического тока , в том числе: поток электронов; поток электронных дырок , действующих как положительные частицы; и как отрицательные, так и положительные частицы ( ионы или другие заряженные частицы) текут в противоположных направлениях в электролитическом растворе или плазме .

Помните, что в общем и важном случае металлических проводов направление обычного тока противоположно скорости дрейфа реальных носителей заряда; т.е. электроны. Это источник путаницы для новичков.

Вкус в физике элементарных частиц
Квантовые числа вкуса
Изоспин : I или I ₃ Очарование : C Странность : S Вершина : T Дно : B ′
Связанные квантовые числа
Барионное число : B Число лептона : L Слабый изоспин : Т или Т ₃ Электрический заряд : Q X-заряд : X
Комбинации
Гиперзаряд : Y Y = ( B + S + C + B ′ + T ) Y = 2 ( Q - I ₃ ) Слабый гиперзаряд : Y _W Y _W = 2 ( Q - T ₃ ) Х + 2 Y _W = 5 ( B - L )
Смешивание вкусов
Матрица СКМ Матрица PMNS Дополнительный вкус
v т е

Сохранение электрического заряда [ править ]

Общий электрический заряд изолированной системы остается постоянным независимо от изменений внутри самой системы. Этот закон присущ все процессы , известных физику и может быть получен в локальной форме из калибровочной инвариантности в волновой функции . Сохранение заряда приводит к уравнению неразрывности заряда-тока . В более общем смысле, скорость изменения плотности заряда ρ в объеме интегрирования V равна интегралу площадей по плотности тока J через замкнутую поверхность S = ∂ V , которая, в свою очередь, равна чистому току I :

-{\frac {d}{dt}}\int _{V}\rho \,\mathrm {d} V=

$\ oiint$

\scriptstyle \partial V

\mathbf {J} \cdot \mathrm {d} \mathbf {S} =\int J\mathrm {d} S\cos \theta =I.

Таким образом, сохранение электрического заряда, выраженное уравнением неразрывности, дает результат:

I=-{\frac {\mathrm {d} q}{\mathrm {d} t}}.

Заряд, передаваемый между временами и , получается путем интегрирования обеих сторон: $t_{\mathrm {i} }$ $t_{\mathrm {f} }$

q=\int _{t_{\mathrm {i} }}^{t_{\mathrm {f} }}I\,\mathrm {d} t

где I - чистый выходной ток через замкнутую поверхность, а q - электрический заряд, содержащийся в объеме, определяемом поверхностью.

Релятивистская инвариантность [ править ]

Помимо свойств, описанных в статьях об электромагнетизме , заряд является релятивистским инвариантом . Это означает, что любая частица с зарядом q имеет одинаковый заряд независимо от того, насколько быстро она движется. Это свойство было экспериментально подтверждено, показывая, что заряд одного ядра гелия (два протона и два нейтрона, связанных вместе в ядре и движущихся с высокой скоростью) такой же, как у двух ядер дейтерия (один протон и один нейтрон, связанные вместе, но движутся намного медленнее, чем если бы они были в ядре гелия). ^[51]^[52]^[53]

См. Также [ править ]

Единицы электромагнетизма СИ
Цвет заряда
Частичная оплата

Ссылки [ править ]

^ a b «2018 CODATA Value: elementary charge» . Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности . NIST . 20 мая 2019 . Проверено 20 мая 2019 .
^ Чабай, Рут; Шервуд, Брюс (2015). Материя и взаимодействия (4-е изд.). Вайли. п. 867.
^ Чабай, Рут; Шервуд, Брюс (2015). Материя и взаимодействия (4-е изд.). Вайли. п. 673.
^ Чабай, Рут; Шервуд, Брюс (2015). Материя и взаимодействия (4-е изд.). Вайли. п. 942.
^ Ренни, Ричард; Закон, Джонатан, ред. (2019). «Квантовая электродинамика». Словарь по физике (8-е изд.). Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780198821472.
^ a b "CIPM, 1946: Резолюция 2" . BIPM.
^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), ISBN 92-822-2213-6, архивировано (PDF) из оригинала на 2017-08-14, п. 150
^ a b Международное бюро мер и весов (2019-05-20), Брошюра SI: Международная система единиц (SI) (PDF) (9-е изд.), ISBN 978-92-822-2272-0, п. 127
^ Гамбхир, RS; Banerjee, D; Дургапал, MC (1993). Основы физики. 2 . Нью-Дели: Wiley Eastern Limited. п. 51. ISBN 9788122405231. Проверено 10 октября 2018 года .
^ Каррон, Нил Дж. (21 мая 2015 г.). «Вавилон единиц: эволюция систем единиц в классическом электромагнетизме». п. 5. arXiv : 1506.01951 [ Physics.hist -ph ].
^ Перселл, Эдвард М .; Морин, Дэвид Дж. (2013). Электричество и магнетизм (3-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 766. ISBN 9781107014022.
^ Ролик, Дуэйн; Ролик, DHD (1954). Развитие концепции электрического заряда: Электричество от греков до кулонов . Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета . п. 1 .
Перейти ↑ O'Grady, Patricia F. (2002). Фалес Милетский: Начало западной науки и философии . Ashgate. п. 8. ISBN 978-1351895378.
^ a b Жизни выдающихся философов Диогена Лаэртиуса, книга 1, §24
^ Ролик, Дуэйн; Ролик, DHD (1953). «Пренатальная история электротехники». Американский журнал физики . 21 (5): 348. Bibcode : 1953AmJPh..21..343R . DOI : 10.1119 / 1.1933449 .
^ Ролик, Дуэйн; Ролик, DHD (1953). «Пренатальная история электротехники». Американский журнал физики . 21 (5): 351. Bibcode : 1953AmJPh..21..343R . DOI : 10.1119 / 1.1933449 .
^ Ролик, Дуэйн; Ролик, DHD (1953). «Пренатальная история электротехники». Американский журнал физики . 21 (5): 353. Bibcode : 1953AmJPh..21..343R . DOI : 10.1119 / 1.1933449 .
^ a b Ролик, Дуэйн; Ролик, DHD (1953). «Пренатальная история электротехники». Американский журнал физики . 21 (5): 356. Bibcode : 1953AmJPh..21..343R . DOI : 10.1119 / 1.1933449 .
Перейти ↑ Roche, JJ (1998). Математика измерения . Лондон: Атлон Пресс. п. 62. ISBN 978-0387915814.
^ Ролик, Дуэйн; Ролик, DHD (1954). Развитие концепции электрического заряда: Электричество от греков до кулонов . Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета . С. 6–7 .
Хейлброн, Дж. Л. (1979). Электричество в 17-м и 18-м веках: исследование ранней современной физики . Калифорнийский университет Press. п. 169. ISBN. 978-0-520-03478-5.
^ Brother Potamian; Уолш, Дж. Дж. (1909). Производители электричества . Нью-Йорк: Издательство Фордхэмского университета . п. 70 .
^ Baigrie, Brian (2007). Электричество и магнетизм: историческая перспектива . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. п. 11.
Перейти ↑ Heathcote, NH de V. (1950). "Серный шар Герике". Анналы науки . 6 (3): 304. DOI : 10,1080 / 00033795000201981 .
Хейлброн, Дж. Л. (1979). Электричество в 17-м и 18-м веках: исследование ранней современной физики . Калифорнийский университет Press . С. 215–218. ISBN 0-520-03478-3.
^ a b Бэигри, Брайан (2007). Электричество и магнетизм: историческая перспектива . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. п. 20.
^ Baigrie, Brian (2007). Электричество и магнетизм: историческая перспектива . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. п. 21.
^ a b Бэигри, Брайан (2007). Электричество и магнетизм: историческая перспектива . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. п. 27.
^ Baigrie, Brian (2007). Электричество и магнетизм: историческая перспектива . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. п. 28.
Перейти ↑ Heilbron, JL (1979). Электричество в 17-м и 18-м веках: исследование ранней современной физики . Калифорнийский университет Press. п. 248. ISBN 978-0-520-03478-5.
^ Baigrie, Brian (2007). Электричество и магнетизм: историческая перспектива . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. п. 35.
^ Ролик, Дуэйн; Ролик, DHD (1954). Развитие концепции электрического заряда: Электричество от греков до кулонов . Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета . п. 40 .
↑ Два вида электрических жидкостей: стекловидное и смолистое - 1733. Шарль Франсуа де Систерне Дюфе (1698–1739). Архивировано 26 мая 2009 г. в Wayback Machine . sparkmuseum.com
^ Вангснесса, Роальд К. (1986). Электромагнитные поля (2-е изд.). Нью-Йорк: Вили. п. 40. ISBN 0-471-81186-6.
Перейти ↑ Heilbron, JL (1979). Электричество в 17-м и 18-м веках: исследование ранней современной физики . Калифорнийский университет Press. С. 280–289. ISBN 978-0-520-03478-5.
^ Хейлброн, Джон (2003). «Лейденская банка и электрофор». В Хейльброне, Джон (ред.). Оксфордский компаньон по истории современной науки . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. п. 459. ISBN. 9780195112290.
^ a b Бэигри, Брайан (2007). Электричество и магнетизм: историческая перспектива . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. п. 38.
^ Гварнери, Massimo (2014). «Электричество в эпоху просвещения». Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine . 8 (3): 61. DOI : 10,1109 / MIE.2014.2335431 . S2CID 34246664 .
^ Франклин, Бенджамин (1747-05-25). «Письмо Питеру Коллинсону от 25 мая 1747 года» . Письмо Питеру Коллинсону . Проверено 16 сентября 2019 .
^ Уотсон, Уильям (1748). «Некоторые дальнейшие исследования природы и свойств электричества» . Философские труды Лондонского королевского общества . 45 : 100. DOI : 10.1098 / rstl.1748.0004 . S2CID 186207940 .
^ a b Коэн, И. Бернар (1966). Франклин и Ньютон (переиздание ред.). Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета. С. 390–413.
^ Вайнберг, Стивен (2003). Открытие субатомных частиц (ред.). Издательство Кембриджского университета. п. 13. ISBN 9780521823517.
Перейти ↑ Heilbron, JL (1979). Электричество в 17-м и 18-м веках: исследование ранней современной физики . Калифорнийский университет Press . С. 344–5. ISBN 0-520-03478-3.
^ Tricker, RAR (1965). Ранняя электродинамика: первый закон циркуляции . Оксфорд: Пергамон. п. 2 . ISBN 9781483185361.
^ Денкер, Джон (2007). «Один вид заряда» . www.av8n.com/physics . Архивировано из оригинала на 2016-02-05.
^ Зангвилл, Эндрю (2013). Современная электродинамика . Издательство Кембриджского университета. п. 31. ISBN 978-0-521-89697-9.
^ Фарадей, Майкл (1833). «Экспериментальные исследования в электричестве - третья серия» . Философские труды Лондонского королевского общества . 123 : 23–54. DOI : 10,1098 / rstl.1833.0006 . S2CID 111157008 .
^ Фарадей, Майкл (1838). «Экспериментальные исследования в электричестве - одиннадцатая серия» . Философские труды Лондонского королевского общества . 128 : 4. дои : 10.1098 / rstl.1838.0002 . S2CID 116482065 . §1168
^ Steinle, Friedrich (2013). «Электромагнетизм и физика поля». В Бухвальде, Джед З .; Фокс, Роберт (ред.). Оксфордский справочник по истории физики . Издательство Оксфордского университета. п. 560.
^ Фарадей, Майкл (1838). «Экспериментальные исследования в электричестве - четырнадцатая серия» . Философские труды Лондонского королевского общества . 128 : 265–282. DOI : 10,1098 / rstl.1838.0014 . S2CID 109146507 .
^ a b Бухвальд, Джед З. (2013). «Электродинамика от Томсона и Максвелла до Герца». В Бухвальде, Джед З .; Фокс, Роберт (ред.). Оксфордский справочник по истории физики . Издательство Оксфордского университета. п. 575.
↑ Джеймс Клерк Максвелл (1891) Трактат об электричестве и магнетизме , стр. 32–33, Dover Publications
^ Jefimenko, О. Д. (1999). «Релятивистская инвариантность электрического заряда» (PDF) . Zeitschrift für Naturforschung . 54 (10–11): 637–644. Bibcode : 1999ZNatA..54..637J . DOI : 10.1515 / зна-1999-10-1113 . S2CID 29149866 . Проверено 11 апреля 2018 года .
^ "Как мы можем доказать зарядовую инвариантность при преобразовании Лоренца?" . Physics.stackexchange.com . Проверено 27 марта 2018 .
^ Singal, AK (1992). «О зарядовой инвариантности и релятивистских электрических полях от установившегося тока проводимости». Физика Буквы A . 162 (2): 91–95. Bibcode : 1992PhLA..162 ... 91S . DOI : 10.1016 / 0375-9601 (92) 90982-R . ISSN 0375-9601 .

Внешние ссылки [ править ]

СМИ, связанные с электрическим зарядом на Викискладе?
Как быстро затухает заряд?

[physconst-e-1] «2018 CODATA Value: elementary charge» . Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности . NIST . 20 мая 2019 . Проверено 20 мая 2019 .

[2] Чабай, Рут; Шервуд, Брюс (2015). Материя и взаимодействия (4-е изд.). Вайли. п. 867.

[3] Чабай, Рут; Шервуд, Брюс (2015). Материя и взаимодействия (4-е изд.). Вайли. п. 673.

[4] Чабай, Рут; Шервуд, Брюс (2015). Материя и взаимодействия (4-е изд.). Вайли. п. 942.

[5] Ренни, Ричард; Закон, Джонатан, ред. (2019). «Квантовая электродинамика». Словарь по физике (8-е изд.). Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780198821472.

[CIPM1946-6] "CIPM, 1946: Резолюция 2" . BIPM.

[SIBrochure-7] Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), ISBN 92-822-2213-6, архивировано (PDF) из оригинала на 2017-08-14, п. 150

[9thSIp127-8] Международное бюро мер и весов (2019-05-20), Брошюра SI: Международная система единиц (SI) (PDF) (9-е изд.), ISBN 978-92-822-2272-0, п. 127

[9] Гамбхир, RS; Banerjee, D; Дургапал, MC (1993). Основы физики. 2 . Нью-Дели: Wiley Eastern Limited. п. 51. ISBN 9788122405231. Проверено 10 октября 2018 года .

[10] Каррон, Нил Дж. (21 мая 2015 г.). «Вавилон единиц: эволюция систем единиц в классическом электромагнетизме». п. 5. arXiv : 1506.01951 [ Physics.hist -ph ].

[11] Перселл, Эдвард М .; Морин, Дэвид Дж. (2013). Электричество и магнетизм (3-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 766. ISBN 9781107014022.

[12] Ролик, Дуэйн; Ролик, DHD (1954). Развитие концепции электрического заряда: Электричество от греков до кулонов . Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета . п. 1 .

[13] Перейти ↑ O'Grady, Patricia F. (2002). Фалес Милетский: Начало западной науки и философии . Ashgate. п. 8. ISBN 978-1351895378.

[DL-14] Жизни выдающихся философов Диогена Лаэртиуса, книга 1, §24

[15] Ролик, Дуэйн; Ролик, DHD (1953). «Пренатальная история электротехники». Американский журнал физики . 21 (5): 348. Bibcode : 1953AmJPh..21..343R . DOI : 10.1119 / 1.1933449 .

[16] Ролик, Дуэйн; Ролик, DHD (1953). «Пренатальная история электротехники». Американский журнал физики . 21 (5): 351. Bibcode : 1953AmJPh..21..343R . DOI : 10.1119 / 1.1933449 .

[17] Ролик, Дуэйн; Ролик, DHD (1953). «Пренатальная история электротехники». Американский журнал физики . 21 (5): 353. Bibcode : 1953AmJPh..21..343R . DOI : 10.1119 / 1.1933449 .

[Roller356-18] Ролик, Дуэйн; Ролик, DHD (1953). «Пренатальная история электротехники». Американский журнал физики . 21 (5): 356. Bibcode : 1953AmJPh..21..343R . DOI : 10.1119 / 1.1933449 .

[19] Перейти ↑ Roche, JJ (1998). Математика измерения . Лондон: Атлон Пресс. п. 62. ISBN 978-0387915814.

[20] Ролик, Дуэйн; Ролик, DHD (1954). Развитие концепции электрического заряда: Электричество от греков до кулонов . Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета . С. 6–7 .
Хейлброн, Дж. Л. (1979). Электричество в 17-м и 18-м веках: исследование ранней современной физики . Калифорнийский университет Press. п. 169. ISBN. 978-0-520-03478-5.

[21] Brother Potamian; Уолш, Дж. Дж. (1909). Производители электричества . Нью-Йорк: Издательство Фордхэмского университета . п. 70 .

[Baigrie11-22] Baigrie, Brian (2007). Электричество и магнетизм: историческая перспектива . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. п. 11.

[23] Перейти ↑ Heathcote, NH de V. (1950). "Серный шар Герике". Анналы науки . 6 (3): 304. DOI : 10,1080 / 00033795000201981 .
Хейлброн, Дж. Л. (1979). Электричество в 17-м и 18-м веках: исследование ранней современной физики . Калифорнийский университет Press . С. 215–218. ISBN 0-520-03478-3.

[Baigrie20-24] Бэигри, Брайан (2007). Электричество и магнетизм: историческая перспектива . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. п. 20.

[Baigrie21-25] Baigrie, Brian (2007). Электричество и магнетизм: историческая перспектива . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. п. 21.

[Baigrie27-26] Бэигри, Брайан (2007). Электричество и магнетизм: историческая перспектива . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. п. 27.

[Baigrie28-27] Baigrie, Brian (2007). Электричество и магнетизм: историческая перспектива . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. п. 28.

[28] Перейти ↑ Heilbron, JL (1979). Электричество в 17-м и 18-м веках: исследование ранней современной физики . Калифорнийский университет Press. п. 248. ISBN 978-0-520-03478-5.

[Baigrie35-29] Baigrie, Brian (2007). Электричество и магнетизм: историческая перспектива . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. п. 35.

[30] Ролик, Дуэйн; Ролик, DHD (1954). Развитие концепции электрического заряда: Электричество от греков до кулонов . Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета . п. 40 .

[31] Два вида электрических жидкостей: стекловидное и смолистое - 1733. Шарль Франсуа де Систерне Дюфе (1698–1739). Архивировано 26 мая 2009 г. в Wayback Machine . sparkmuseum.com

[32] Вангснесса, Роальд К. (1986). Электромагнитные поля (2-е изд.). Нью-Йорк: Вили. п. 40. ISBN 0-471-81186-6.

[33] Перейти ↑ Heilbron, JL (1979). Электричество в 17-м и 18-м веках: исследование ранней современной физики . Калифорнийский университет Press. С. 280–289. ISBN 978-0-520-03478-5.

[34] Хейлброн, Джон (2003). «Лейденская банка и электрофор». В Хейльброне, Джон (ред.). Оксфордский компаньон по истории современной науки . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. п. 459. ISBN. 9780195112290.

[Baigrie38-35] Бэигри, Брайан (2007). Электричество и магнетизм: историческая перспектива . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. п. 38.

[36] Гварнери, Massimo (2014). «Электричество в эпоху просвещения». Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine . 8 (3): 61. DOI : 10,1109 / MIE.2014.2335431 . S2CID 34246664 .

[Franklin1747-37] Франклин, Бенджамин (1747-05-25). «Письмо Питеру Коллинсону от 25 мая 1747 года» . Письмо Питеру Коллинсону . Проверено 16 сентября 2019 .

[38] Уотсон, Уильям (1748). «Некоторые дальнейшие исследования природы и свойств электричества» . Философские труды Лондонского королевского общества . 45 : 100. DOI : 10.1098 / rstl.1748.0004 . S2CID 186207940 .

[Cohen66-39] Коэн, И. Бернар (1966). Франклин и Ньютон (переиздание ред.). Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета. С. 390–413.

[40] Вайнберг, Стивен (2003). Открытие субатомных частиц (ред.). Издательство Кембриджского университета. п. 13. ISBN 9780521823517.

[41] Перейти ↑ Heilbron, JL (1979). Электричество в 17-м и 18-м веках: исследование ранней современной физики . Калифорнийский университет Press . С. 344–5. ISBN 0-520-03478-3.

[42] Tricker, RAR (1965). Ранняя электродинамика: первый закон циркуляции . Оксфорд: Пергамон. п. 2 . ISBN 9781483185361.

[one-kind-43] Денкер, Джон (2007). «Один вид заряда» . www.av8n.com/physics . Архивировано из оригинала на 2016-02-05.

[44] Зангвилл, Эндрю (2013). Современная электродинамика . Издательство Кембриджского университета. п. 31. ISBN 978-0-521-89697-9.

[45] Фарадей, Майкл (1833). «Экспериментальные исследования в электричестве - третья серия» . Философские труды Лондонского королевского общества . 123 : 23–54. DOI : 10,1098 / rstl.1833.0006 . S2CID 111157008 .

[46] Фарадей, Майкл (1838). «Экспериментальные исследования в электричестве - одиннадцатая серия» . Философские труды Лондонского королевского общества . 128 : 4. дои : 10.1098 / rstl.1838.0002 . S2CID 116482065 . §1168

[47] Steinle, Friedrich (2013). «Электромагнетизм и физика поля». В Бухвальде, Джед З .; Фокс, Роберт (ред.). Оксфордский справочник по истории физики . Издательство Оксфордского университета. п. 560.

[48] Фарадей, Майкл (1838). «Экспериментальные исследования в электричестве - четырнадцатая серия» . Философские труды Лондонского королевского общества . 128 : 265–282. DOI : 10,1098 / rstl.1838.0014 . S2CID 109146507 .

[Buchwald-49] Бухвальд, Джед З. (2013). «Электродинамика от Томсона и Максвелла до Герца». В Бухвальде, Джед З .; Фокс, Роберт (ред.). Оксфордский справочник по истории физики . Издательство Оксфордского университета. п. 575.

[50] Джеймс Клерк Максвелл (1891) Трактат об электричестве и магнетизме , стр. 32–33, Dover Publications

[51] Jefimenko, О. Д. (1999). «Релятивистская инвариантность электрического заряда» (PDF) . Zeitschrift für Naturforschung . 54 (10–11): 637–644. Bibcode : 1999ZNatA..54..637J . DOI : 10.1515 / зна-1999-10-1113 . S2CID 29149866 . Проверено 11 апреля 2018 года .

[52] "Как мы можем доказать зарядовую инвариантность при преобразовании Лоренца?" . Physics.stackexchange.com . Проверено 27 марта 2018 .

[53] Singal, AK (1992). «О зарядовой инвариантности и релятивистских электрических полях от установившегося тока проводимости». Физика Буквы A . 162 (2): 91–95. Bibcode : 1992PhLA..162 ... 91S . DOI : 10.1016 / 0375-9601 (92) 90982-R . ISSN 0375-9601 .