Электрический заряд

Электрический заряд – скалярная физическая величина, квантована и инвариантна, которая является количественной мерой свойства физических тел или частиц вещества вступать в электромагнитное взаимодействие. Электрический заряд обычно обозначают латинскими буквами q или Q. Единицей измерения электрического заряда в системе единиц СИ является Кулон.
В привычном для нас макроскопическом мире электрический заряд возникает вследствие процесса электризации, например, электризации трением, и проявляется в привлечении или отталкивании заряженных тел. То, что при натирке янтарь получает способность притягивать к себе легкие предметы, описывал в 600-х годах до Р.Х. Фалес Милетский. Опыты с электроскопом свидетельствуют о том, что эта возможность может проявляться слабее или сильнее, то есть, что электрический заряд можно характеризовать количественно. Электрический заряд может перетекать из одного тела в другое.
Электрические заряды бывают двух типов, их называют положительными и отрицательными зарядами (положительными и отрицательными). Существование двух типов зарядов поясное разницу во взаимодействии наэлектризованных тел. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притагаються. Контакт отрицательно заряженного тела с положительно заряженным приводит к уменьшению зарядов тел, т.е. отрицательный заряд компенсирует положительный и наоборот. Тела, в которых электрические заряды полностью компенсированы называются нейтральными. Таковы большинство тел в природе, поскольку силы взаимодействия между электрическими зарядами очень значительные, и приводят в движение зарядов, при котором они компенсируются и тела разряжаются.
Количественно силы, возникающие при взаимодействии зарядов, описываются законом Кулона. Взаимодействие между зарядами опосредованная электрическим полем, которое возникает вокруг любого заряженного тела.
Движение зарядов приводит к возникновению электрического тока. Движущиеся заряды, то есть электрический ток, создают вокруг себя не только электрическое, но и магнитное поле.
По современным представлениям электрический заряд является свойством частиц, из которых состоят атомы и молекулы. Ядра атомов должны положительный заряд, а электроны – отрицательный. В целом большинство атомов нейтральные, поскольку в каждом из них столько электронов, чтобы компенсировать дотатний заряд ядра. Законы квантовой механики приводят к тому, что тяжелые ядра окружены словно облаком легких электронов. В случае избытка или отсутствия электронов атомы становятся отрицательно или положительно заряженными ионами.
Основном электрический ток объясняется движением электронов, однако, в некоторых случаях, например, в электролитах электрический ток обусловлен движением ионов.
Кроме электронов электрический заряд имеют много других элементарных частиц. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Кроме того, электрический заряд имеют другие частицы: мюоны, тауоны, мезоны, каона т.д. Для каждой частицы, кроме фотона, существует античастица с обратным электрическим зарядом. Так, для электрона античастицей является позитрон, зяряд которого положительный, для протона – антипротон с отрицательным зарядом и т.д.
Важная особенность заряда состоит в том, что он квантованных (дискретный). То есть существует наименьший электрический заряд, на который можно увеличить, либо уменьшить совокупный заряд тела. Этот заряд называют единичным или элементарным и часто обозначают латинской буквой е.

е = 1.601 · 10 -19 Кл.

Таким образом, электрический заряд частицы можно рассматривать в двух сущностях: способности частицы создавать электрическое поле и взаимодействовать с ним: дискретной величины, которая принимает целые значения, например, , И постоянной, характеризующей интенсивность этого взаимодействия, количественное значение которой – величина e. В безразмерных единицах интенсивность взаимодействия можно выразить постоянной тонкой структуры, разделив квадрат величины e на произведение двух других фундаментальных постоянных: скорости света и постоянной Планка.
Носителями заряда бывают устойчивы – стабильные и неустойчивые – нестабильные частицы. Среди самых частиц электрон имеет единичный отрицательный заряд, протон – единичный положительный заряд. Заряд ядер атомов определяется числом протонов в них.
Теория кварков утверждает, что эти элементарные частицы имеют дробный электрический заряд: или от элементарного заряда.

Подробнее в статье Закон сохранения электрического заряда


Один из фундаментальных законов физики утверждает, что электрический зярад не возникает и не исчезает. В макроскопическом мире это означает, что заряд определенного тела может увеличиться или уменьшиться только вследствие перетекания его на другие тела и компенсацией зарядом другого знака. Изолированная физическая система сохраняет свой заряд. В мире элементарных частиц закон сохранения означает, что при любых преобразованиях частиц алгебраическая сумма зарядов частиц сохраняется.
Часто пользуются выражению заряд движется, при этом имеется в виду, что движется носитель заряда, или тело, имеющее переизбыток тех или иных носителей заряда. Нейтральность тел свидетельствует, что такие тела имеют одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов.