Закон збереження електричного заряду: формула і визначення

Електричний заряд – це здатність тіл бути джерелом електромагнітних полів. Так виглядає енциклопедичне визначення важливою електротехнічної величини. Основними законами, пов’язаними з ним, є Закон Кулона і збереження заряду. У цій статті ми розглянемо закон збереження електричного заряду, постараємося простими словами дати визначення і надати всі необхідні формули.

Поняття «електричний заряд» вперше введено в 1875 році в цьому. Формулювання закону Кулона стверджує, що сила, яка діє між двома зарядженими частинками спрямована по прямій прямо пропорційна заряду і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.

Це означає, що, віддаливши заряди в 2 рази, сила їх взаємодії зменшиться в чотири рази. А ось так це виглядає в векторному вигляді:

Кордон застосовності вищесказаного:

  • точкові заряди;
  • рівномірно заряджені тіла;
  • його дія справедливо на великих і малих відстанях.

Заслуги Шарля Кулона в розвитку сучасної електротехніки великі, але перейдемо до основної теми статті – закону збереження заряду. Він стверджує, що сума всіх заряджених частинок в замкнутій системі незмінна. Простими словами заряди не можуть виникнути або зникнути просто так. При цьому в часі він не змінюється і його можна виміряти (або розділити, квантовать) частинами, кратними елементарного електричного заряду, тобто електрону.

Але пам’ятайте, що в ізольованій системі нові заряджені частинки виникають тільки під впливом певних сил або в результаті яких-небудь процесів. Так іони виникають в результаті іонізації газів, наприклад.

Якщо вас турбує питання, ким і коли відкритий закон збереження заряду? Він був підтверджений в 1843 році великим ученим – Майклом Фарадеєм. У дослідах, що підтверджують закон збереження, кількість зарядів вимірюється Електрометрії, його зовнішній вигляд зображений на малюнку нижче:

Але підтвердимо свої слова практикою. Візьмемо два електрометрії, на стрижень одного кладемо металевий диск, накриваємо його сукном. Тепер нам потрібен ще один металевий диск на діелектричній ручці. Його трьом про диск, що лежить на електрометрію, і вони електризуються. Коли диск з діелектричною ручкою приберуть – електрометрії покаже наскільки зарядженим він став, диском з діелектричною ручкою торкаємося другого електрометрії. Його стрілка також відхилиться. Якщо тепер замкнути два електрометрії стрижнем на діелектричні рукоятки – їх стрілки повернутися в початкове положення. Це говорить про те, що загальний або результуючий електричний заряд дорівнює нулю, і його величина в системі залишилася колишньою.

Звідси випливає формула, що описує закон збереження електричного заряду:

Наступна формула говорить про те, що зміна електричного заряду в обсязі рівносильно повному струму через поверхню. Це також називається «рівняння безперервності».

А якщо перейти до дуже малому обсягу вийде закон збереження заряду в диференціальної формі.

Важливо також розповісти, як пов’язані заряд і масове число. При розмові про будову речовин часто звучать такі слова як молекули, атоми, протони і подібне. Так ось масовим числом називається загальна кількість протонів і нейтронів, а число протонів і електронів в ядрі називають зарядовим числом. Іншими словами, зарядовим числом називають заряд ядра, і він завжди залежить від його складу. Ну а маса елемента залежить від числа його частинок.

Наостанок рекомендуємо переглянути відео, на якому більш детально розглядається вся ця тема:

Таким чином ми коротко розглянули питання, пов’язані з законом збереження електричного заряду. Він є одним з фундаментальних законів фізики поряд з законами збереження імпульсу і енергії. Його дія бездоганно і з плином часу і розвитком техніки не вдається спростувати його справедливість. Сподіваємося, після прочитання нашого пояснення вам стали зрозумілі всі ключові моменти цього закону!

Ссылка на основную публикацию