Od približno 1000 sekundi (za slobodni neutron) do zanemarivog djelića sekunde (od 10 −24 do 10 −22 s za rezonancije).

Građu i ponašanje elementarnih čestica proučava fizika čestica.

svi elementarne čestice pokoravaju se načelu identiteta (sve elementarne čestice iste vrste u Svemiru potpuno su identične po svim svojim svojstvima) i načelu čestično-valnog dualizma (svaka elementarna čestica odgovara de Broglieovom valu).

Sve elementarne čestice imaju svojstvo interkonvertibilnosti, što je posljedica njihovih međudjelovanja: jakih, elektromagnetskih, slabih, gravitacijskih. Interakcije čestica uzrokuju transformacije čestica i njihovih skupova u druge čestice i njihove skupove, ako takve transformacije nisu zabranjene zakonima održanja energije, količine gibanja, kutne količine gibanja, električnog naboja, barionskog naboja itd.

Glavne karakteristike elementarnih čestica:životni vijek, masa, spin, električni naboj, magnetski moment, barionski naboj, leptonski naboj, neobičnost, izotopski spin, paritet, paritet naboja, G-paritet, CP-paritet.

Klasifikacija

Po životnom vijeku

• Stabilne elementarne čestice su čestice koje imaju beskonačno veliko vrijemeživot u slobodnom stanju (proton, elektron, neutrino, foton i njihove antičestice).
• Nestabilne elementarne čestice su čestice koje se raspadaju na druge čestice u slobodnom stanju u konačnom vremenu (sve ostale čestice).

Po težini

Sve elementarne čestice dijele se u dvije klase:

• Čestice bez mase su čestice mase nula (foton, gluon).
• Čestice mase različite od nule (sve ostale čestice).

Po najvećim leđima

Sve elementarne čestice dijele se u dvije klase:

Po vrsti interakcije

Elementarne čestice dijelimo u sljedeće skupine:

Složene čestice

• Hadroni su čestice koje sudjeluju u svim vrstama fundamentalnih interakcija. Sastoje se od kvarkova i dijele se na:
  • mezoni su hadroni s cijelim spinom, odnosno bozoni;
  • barioni su hadroni s polucijelim spinom, odnosno fermioni. To posebno uključuje čestice koje čine jezgru atoma - proton i neutron.

Fundamentalne (bezstrukturne) čestice

• Leptoni su fermioni koji imaju oblik točkastih čestica (to jest, ne sastoje se ni od čega) do mjerila reda veličine 10 −18 m. Oni ne sudjeluju u jakim interakcijama. Sudjelovanje u elektromagnetskim interakcijama eksperimentalno je uočeno samo za nabijene leptone (elektrone, mione, tau leptone) i nije uočeno za neutrine. Postoji 6 poznatih tipova leptona.
• Kvarkovi su djelomično nabijene čestice koje su dio hadrona. Nisu primijećeni u slobodnom stanju (predložen je mehanizam zatvaranja kako bi se objasnio nedostatak takvih opažanja). Poput leptona, podijeljeni su u 6 vrsta i smatraju se bezstrukturnim, međutim, za razliku od leptona, sudjeluju u jakim interakcijama.
• Kalibracijski bozoni su čestice čijom izmjenom se ostvaruju interakcije:
  • foton je čestica koja nosi elektromagnetsku interakciju;
  • osam gluona - čestica koje nose jaku silu;
  • tri posredna vektorska bozona W + , W− i Z 0, koji toleriraju slabu interakciju;
  • graviton je hipotetska čestica koja nosi gravitacijsku silu. Postojanje gravitona, iako još nije eksperimentalno dokazano zbog slabosti gravitacijske interakcije, smatra se sasvim vjerojatnim; međutim, graviton nije uključen u standardni model elementarnih čestica.

Video na temu

Veličine elementarnih čestica

Unatoč velikoj raznolikosti elementarnih čestica, njihove veličine mogu se podijeliti u dvije skupine. Veličine hadrona (i bariona i mezona) su oko 10 −15 m, što je blizu prosječne udaljenosti između kvarkova koji ih čine. Veličine temeljnih čestica bez strukture - kalibracijskih bozona, kvarkova i leptona - unutar eksperimentalne pogreške u skladu su s njihovom točkastom prirodom (gornja granica promjera je oko 10 −18 m) ( vidi objašnjenje). Ako se u daljnjim pokusima ne otkriju konačne veličine ovih čestica, onda to može značiti da su veličine kalibracijskih bozona, kvarkova i leptona blizu osnovne duljine (koja se vrlo vjerojatno može pokazati kao Planckova duljina jednaka 1,6 10 −35 m) .

Međutim, treba napomenuti da je veličina elementarne čestice prilično složen koncept koji nije uvijek u skladu s klasičnim konceptima. Prvo, načelo nesigurnosti ne dopušta striktno lokaliziranje fizičke čestice. Valni paket, koji predstavlja česticu kao superpoziciju precizno lokaliziranih kvantnih stanja, uvijek ima konačne dimenzije i određenu prostorna struktura, a dimenzije paketa mogu biti prilično makroskopske - npr. elektron u eksperimentu s interferencijom na dva proreza "osjeća" oba proreza interferometra, odvojena makroskopskom udaljenosti. Drugo, fizička čestica mijenja strukturu vakuuma oko sebe, stvarajući "ogrtač" kratkotrajnih virtualnih čestica - parova fermion-antifermion (vidi Polarizacija vakuuma) i bozona koji prenose interakcije. Prostorne dimenzije ovog područja ovise o mjernim nabojima koje čestica posjeduje i o masama međubozona (polumjer ljuske masivnih virtualnih bozona je blizu njihove Comptonove valne duljine, koja je pak obrnuto proporcionalna njihovoj masa). Dakle, radijus elektrona sa stajališta neutrina (među njima je moguća samo slaba interakcija) približno je jednak Comptonovoj valnoj duljini W-bozona, ~3 × 10 −18 m, a dimenzije područja jake interakcije hadrona određene su Comptonovom valnom duljinom najlakšeg od hadrona, pi-mezona (~10 −15 m), koji ovdje djeluje kao nositelj interakcije.

Priča

U početku je izraz "elementarna čestica" označavao nešto apsolutno elementarno, prvu ciglu materije. Međutim, kada su 1950-ih i 1960-ih otkrivene stotine hadrona sa sličnim svojstvima, postalo je jasno da hadroni barem imaju unutarnje stupnjeve slobode, odnosno da nisu elementarni u strogom smislu riječi. Ta je sumnja kasnije potvrđena kada se pokazalo da se hadroni sastoje od kvarkova.

Tako su fizičari otišli malo dublje u strukturu materije: leptoni i kvarkovi sada se smatraju najelementarnijim, točkastim dijelovima materije. Za njih (zajedno s baždarnim bozonima) izraz " temeljničestice".

U teoriji struna, koja se aktivno razvija od sredine 1980-ih, pretpostavlja se da su elementarne čestice i njihove interakcije posljedice različite vrste vibracije posebno malih “žica”.

Standardni model

Standardni model elementarnih čestica uključuje 12 okusa fermiona, njihove odgovarajuće antičestice, kao i mjerne bozone (fotone, gluone, W- I Z-bozoni), koji prenose interakcije među česticama, te Higgsov bozon, otkriven 2012., koji je odgovoran za prisutnost inercijske mase u česticama. Međutim, Standardni model se uglavnom smatra privremenom teorijom, a ne istinski temeljnom, budući da ne uključuje gravitaciju i sadrži nekoliko desetaka slobodnih parametara (mase čestica, itd.), čije vrijednosti ne slijede izravno iz teorija. Možda postoje elementarne čestice koje nisu opisane standardnim modelom - na primjer, kao što je graviton (čestica koja hipotetski nosi gravitacijske sile) ili supersimetrični partneri običnih čestica. Ukupno, model opisuje 61 česticu.

Fermioni

12 okusa fermiona podijeljeno je u 3 obitelji (generacije) od po 4 čestice. Šest od njih su kvarkovi. Ostalih šest su leptoni, od kojih su tri neutrina, a preostala tri nose jedinični negativni naboj: elektron, mion i tau lepton.

Generacije čestica

Prva generacija	Druga generacija	Treća generacija
Elektron: e−	mion: μ −	Tau lepton: τ −
Elektronski neutrino: ν e	mionski neutrino: ν μ	Tau neutrino: ν τ (\displaystyle \nu _(\tau ))
u-kvark ("gore"): u	c-kvark ("začaran"): c	t-kvark ("pravi"): t
d-kvark ("dolje"): d	s-kvark ("čudno"): s	b-kvark ("ljupko"): b

Antičestice

Postoji i 12 fermionskih antičestica koje odgovaraju gornjih dvanaest čestica.

Antičestice

Prva generacija	Druga generacija	Treća generacija
pozitron: e+	Pozitivni mion: μ +	Pozitivni tau lepton: τ +
Elektronski antineutrino: ν ¯ e (\displaystyle (\bar (\nu ))_(e))	Mionski antineutrino: ν ¯ μ (\displaystyle (\bar (\nu ))_(\mu ))	Tau antineutrino: ν ¯ τ (\displaystyle (\bar (\nu ))_(\tau ))
u-antički: u ¯ (\displaystyle (\bar (u)))	c-antički: c ¯ (\displaystyle (\bar (c)))	t-antički: t ¯ (\displaystyle (\bar (t)))
d-antički: d ¯ (\displaystyle (\bar (d)))	s-antički: s ¯ (\displaystyle (\bar (s)))	b-antički: b ¯ (\displaystyle (\bar (b)))

Kvarkovi

Kvarkovi i antikvarkovi nikada nisu otkriveni u slobodnom stanju - to se objašnjava fenomenom

Elementarna čestica je najmanja, nedjeljiva čestica bez strukture.

OSNOVE ELEKTRODINAMIKE

Elektrodinamika– grana fizike koja proučava elektromagnetske interakcije. Elektromagnetske interakcije– interakcije nabijenih čestica. Glavni predmeti proučavanja elektrodinamike su električni i magnetska polja koje stvaraju električni naboji i struje.

Tema 1. Električno polje (elektrostatika)

elektrostatika – grana elektrodinamike koja proučava međudjelovanje stacionarnih (statičkih) naboja.

Električno punjenje.

Sva su tijela naelektrizirana.

Naelektrizirati tijelo znači prenijeti mu električni naboj.

Naelektrizirana tijela međusobno djeluju – privlače se i odbijaju.

Što su tijela više naelektrizirana, to jače međusobno djeluju.

Električni naboj je fizička količina, koji karakterizira svojstvo čestica ili tijela da stupaju u elektromagnetske interakcije i kvantitativna je mjera tih interakcija.

Ukupnost svih poznatih eksperimentalnih činjenica omogućuje nam da izvučemo sljedeće zaključke:

· Postoje dvije vrste električnih naboja, konvencionalno nazvani pozitivni i negativni.

· Naboji ne postoje bez čestica

· Naboji se mogu prenositi s jednog tijela na drugo.

· Za razliku od mase tijela, električni naboj nije sastavna karakteristika određenog tijela. Isto tijelo pod različitim uvjetima može imati različit naboj.

· Električni naboj ne ovisi o izboru referentnog sustava u kojem se mjeri. Električni naboj ne ovisi o brzini nositelja naboja.

· Kao naboji odbijaju, za razliku od naboja privlače.

SI jedinica – privjesak

Elementarna čestica je najmanja, nedjeljiva čestica bez strukture.

Na primjer, u atomu: elektron ( , proton ( , neutron ( .

Elementarna čestica može, ali i ne mora imati naboj: , ,

Elementarni naboj je naboj koji pripada elementarnoj čestici, najmanji, nedjeljivi.

Elementarni naboj – naboj elektrona po modulu.

Naboji elektrona i protona brojčano su jednaki, ali suprotnog predznaka:

Elektrifikacija tijela.
Što znači "makroskopsko tijelo je nabijeno"? Što određuje naboj bilo kojeg tijela?

Sva su tijela građena od atoma, koji uključuju pozitivno nabijene protone, negativno nabijene elektrone i neutralne čestice - neutrone . Protoni i neutroni dio su atomskih jezgri, elektroni čine elektronsku ljusku atoma.

U neutralnom atomu broj protona u jezgri jednak je broju elektrona u ljusci.

Makroskopska tijela koja se sastoje od neutralnih atoma su električki neutralna.

Atom određene tvari može izgubiti jedan ili više elektrona ili dobiti dodatni elektron. U tim se slučajevima neutralni atom pretvara u pozitivno ili negativno nabijen ion.

Elektrifikacija tijela– postupak dobivanja električki nabijenih tijela iz električki neutralnih.

Tijela se naelektriziraju u međusobnom kontaktu.

Pri dodiru dio elektrona s jednog tijela prelazi na drugo, oba se tijela naelektriziraju, tj. primiti naboje jednake veličine i suprotnog predznaka:
"višak" elektrona u odnosu na protone stvara "-" naboj u tijelu;
“Manjak” elektrona u usporedbi s protonima stvara “+” naboj u tijelu.
Naboj svakog tijela određen je brojem viška ili manjka elektrona u odnosu na protone.

Naboj se može prenijeti s jednog tijela na drugo samo u dijelovima koji sadrže cijeli broj elektrona. Dakle, električni naboj tijela je diskretna veličina koja je višekratnik naboja elektrona:

Možete li kratko i jezgrovito odgovoriti na pitanje: "Što je električni naboj?" Ovo se na prvi pogled može činiti jednostavnim, ali u stvarnosti se ispostavlja da je mnogo kompliciranije.

Znamo li što je električni naboj?

Činjenica je da na sadašnjoj razini znanja još ne možemo rastaviti koncept "naboja" na jednostavnije komponente. Ovo je temeljni, da tako kažem, primarni koncept.

Znamo da je to određeno svojstvo elementarnih čestica, poznat je mehanizam međudjelovanja naboja, možemo mjeriti naboj i koristiti njegova svojstva.

No, sve je to posljedica podataka dobivenih eksperimentalnim putem. Priroda ovog fenomena još nam nije jasna. Stoga ne možemo jednoznačno odrediti što je električni naboj.

Da bismo to učinili, potrebno je raspakirati cijeli niz koncepata. Objasniti mehanizam međudjelovanja naboja i opisati njihova svojstva. Stoga je lakše razumjeti što znači izjava: "ova čestica ima (nosi) električni naboj."

Prisutnost električnog naboja na čestici

Međutim, kasnije je bilo moguće utvrditi da je broj elementarnih čestica mnogo veći, te da proton, elektron i neutron nisu nedjeljivi i temeljni gradivni materijali Svemira. Oni se sami mogu razgraditi na komponente i pretvoriti u druge vrste čestica.

Stoga naziv "elementarna čestica" trenutno uključuje prilično veliku klasu čestica manjih dimenzija od atoma i atomskih jezgri. U ovom slučaju čestice mogu imati različita svojstva i kvalitete.

Međutim, takvo svojstvo kao što je električni naboj dolazi samo u dvije vrste, koje se konvencionalno nazivaju pozitivnim i negativnim. Prisutnost naboja na čestici je njezina sposobnost odbijanja ili privlačenja druge čestice, koja također nosi naboj. Smjer međudjelovanja ovisi o vrsti naboja.

Kao naboji odbijaju, za razliku od naboja privlače. Štoviše, sila interakcije između naboja vrlo je velika u usporedbi s gravitacijskim silama svojstvenim svim tijelima u svemiru bez iznimke.

U jezgri vodika, na primjer, elektron s negativnim nabojem privlači jezgra koja se sastoji od protona i nosi pozitivan naboj silom 1039 puta većom od sile kojom taj isti elektron privlači proton zbog gravitacije. interakcija.

Čestice mogu i ne moraju nositi naboj, ovisno o vrsti čestice. Međutim, nemoguće je “skinuti” naboj s čestice, kao što je nemoguće postojanje naboja izvan čestice.

Osim protona i neutrona, još neke vrste elementarnih čestica nose naboj, ali samo te dvije čestice mogu postojati neograničeno dugo.

U Svemiru svako tijelo živi u svom vremenu, pa tako i osnovne elementarne čestice. Životni vijek većine elementarnih čestica prilično je kratak.

Neke se raspadaju odmah nakon rođenja, pa ih nazivamo nestabilnim česticama.

Nakon kratkog vremena raspadaju se na stabilne: protone, elektrone, neutrine, fotone, gravitone i njihove antičestice.

Najvažniji mikroobjekti u našem bliskom prostoru - protona i elektrona. Neki od udaljenih dijelova Svemira mogu se sastojati od antimaterije; tamo će najvažnije čestice biti antiproton i antielektron (pozitron).

Ukupno je otkriveno nekoliko stotina elementarnih čestica: proton (p), neutron (n), elektron (e -), kao i foton (g), pi-mezoni (p), mioni (m), neutrini tri vrste(elektronički v e, mionski v m, s leptonom v t), itd. Očito će donijeti još novih mikročestica.

Izgled čestica:

Protoni i elektroni

Pojava protona i elektrona seže u prošlost, a njihova starost je otprilike deset milijardi godina.

Druga vrsta mikroobjekata koji igraju značajnu ulogu u strukturi obližnjeg svemira jesu neutroni uobičajeno ime s protonom: nukleoni. Sami neutroni su nestabilni; raspadaju se desetak minuta nakon što su proizvedeni. Oni mogu biti stabilni samo u jezgri atoma. Ogroman broj neutrona neprestano se pojavljuje u dubinama zvijezda, gdje se iz protona rađaju atomske jezgre.

Neutrino

U Svemiru postoji i stalno rađanje neutrina, koji su slični elektronu, ali bez naboja i male mase. Godine 1936. otkrivena je vrsta neutrina: mionski neutrini, koji nastaju tijekom transformacije protona u neutrone, u dubinama supermasivnih zvijezda i tijekom raspada mnogih nestabilnih mikroobjekata. Rađaju se kada se kozmičke zrake sudare u međuzvjezdanom prostoru.

Veliki prasak rezultirao je stvaranjem ogromnog broja neutrina i mionskih neutrina. Njihov je broj u svemiru u stalnom porastu jer ih ne apsorbira praktički nikakva tvar.

fotoni

Poput fotona, neutrini i mionski neutrini ispunjavaju sav prostor. Taj se fenomen naziva "more neutrina".
Od veliki prasak ostaje jako mnogo fotona koje nazivamo reliktima ili fosilima. Sav svemirski prostor ispunjen je njima, a njihova frekvencija, a time i energija, neprestano se smanjuje kako se Svemir širi.

Trenutno sva kozmička tijela, prvenstveno zvijezde i maglice, sudjeluju u formiranju fotonskog dijela Svemira. Fotoni se rađaju na površini zvijezda iz energije elektrona.

Čestična veza

U početno stanje nastanka Svemira sve osnovne elementarne čestice bile su slobodne. Tada nije bilo ni atomskih jezgri, ni planeta, ni zvijezda.

Atomi, a od njih planeti, zvijezde i sve tvari, nastali su kasnije, kada je prošlo 300.000 godina i kada se vruća materija tijekom širenja dovoljno ohladila.

Samo neutrino, mionski neutrino i foton nisu ušli ni u jedan sustav: njihovo međusobno privlačenje je preslabo. Ostale su slobodne čestice.

Više na početno stanje Tijekom nastanka Svemira (300 000 godina nakon njegova rođenja) slobodni protoni i elektroni spojili su se u atome vodika (jedan proton i jedan elektron povezani električnom silom).

Proton se smatra glavnom elementarnom česticom s nabojem +1 i masom 1.672 10 −27 kg (nešto manje od 2000 puta teži od elektrona). Protoni koji su završili u masivnoj zvijezdi postupno su se pretvorili u glavne građevne blokove Svemira. Svaki od njih oslobodio je jedan posto svoje mase mirovanja. U supermasivnim zvijezdama, koje su na kraju svog života komprimirane u male volumene kao rezultat vlastite gravitacije, proton može izgubiti gotovo petinu svoje energije mirovanja (a time i petinu svoje mase mirovanja).

Poznato je da su “građevni mikroblokovi” Svemira protoni i elektroni.

Konačno, kada se proton i antiproton sretnu, ne nastaje sustav, već se sva njihova energija mirovanja oslobađa u obliku fotona ().

Znanstvenici tvrde da postoji i sablasna osnovna elementarna čestica, graviton, koja nosi gravitacijsku interakciju sličnu elektromagnetizmu. Međutim, prisutnost gravitona je dokazana samo teoretski.

Tako su nastale osnovne elementarne čestice koje sada predstavljaju naš Svemir, uključujući i Zemlju: protoni, elektroni, neutrini, fotoni, gravitoni i još mnogo otkrivenih i neotkrivenih mikroobjekata.

« Fizika - 10. razred"

Prvo, razmotrimo najjednostavniji slučaj, kada električki nabijena tijela miruju.

Grana elektrodinamike koja se bavi proučavanjem stanja ravnoteže električki nabijenih tijela naziva se elektrostatika.

Što je električni naboj?
Koje su naknade?

Riječima elektricitet, električni naboj, struja susreli ste se mnogo puta i uspjeli se naviknuti na njih. Ali pokušajte odgovoriti na pitanje: "Što je električni naboj?" Sam koncept naplatiti- to je osnovni, primarni pojam koji se na sadašnjem stupnju razvoja našeg znanja ne može svesti na neke jednostavnije, elementarne pojmove.

Pokušajmo prvo otkriti što se misli pod izjavom: " Ovo tijelo ili čestica ima električni naboj.”

Sva su tijela građena od najsitnijih čestica, koje su nedjeljive na jednostavnije te se stoga i zovu elementarni.

Elementarne čestice imaju masu i zbog toga se međusobno po zakonu privlače univerzalna gravitacija. Kako se udaljenost između čestica povećava, gravitacijska sila opada obrnuto proporcionalno kvadratu te udaljenosti. Većina elementarnih čestica, iako ne sve, također ima sposobnost međusobnog djelovanja silom koja također opada obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti, ali je ta sila višestruko veća od sile gravitacije.

Tako je u atomu vodika, shematski prikazanom na slici 14.1, elektron privučen jezgri (protonu) silom 10 39 puta većom od sile gravitacijskog privlačenja.

Ako čestice međusobno djeluju silama koje se smanjuju s povećanjem udaljenosti na isti način kao i sile univerzalne gravitacije, ali višestruko premašuju gravitacijske sile, tada se za te čestice kaže da imaju električni naboj. Same se čestice nazivaju nabijen.

Postoje čestice bez električnog naboja, ali nema električnog naboja bez čestice.

Međudjelovanje nabijenih čestica naziva se elektromagnetski.

Električni naboj određuje intenzitet elektromagnetskih međudjelovanja, kao što masa određuje intenzitet gravitacijskih međudjelovanja.

Električni naboj elementarne čestice nije poseban mehanizam u čestici koji bi se iz nje mogao skinuti, razložiti na sastavne dijelove i ponovno sastaviti. Prisutnost električnog naboja na elektronu i drugim česticama znači samo postojanje određenih međudjelovanja sila među njima.

Mi, u biti, ne znamo ništa o naboju ako ne poznajemo zakone tih međudjelovanja. Poznavanje zakona međudjelovanja treba uključiti u naše ideje o naboju. Ti zakoni nisu jednostavni i nemoguće ih je opisati u nekoliko riječi. Stoga je nemoguće dati dovoljno zadovoljavajuće kratka definicija koncept električno punjenje.

Dva znaka električnih naboja.

Sva tijela imaju masu pa se međusobno privlače. Nabijena tijela mogu se međusobno privlačiti i odbijati. Ovaj najvažnija činjenica, vama poznato, znači da u prirodi postoje čestice s električnim nabojem suprotnih znakova; kod naboja istog predznaka čestice se odbijaju, a kod različitih predznaka privlače.

Naboj elementarnih čestica - protoni, koji ulaze u sastav svih atomskih jezgri, nazivaju se pozitivnim, a naboj elektroni- negativno. Ne postoje unutarnje razlike između pozitivnih i negativnih naboja. Kad bi se predznaci naboja čestica obrnuli, tada se priroda elektromagnetskih međudjelovanja uopće ne bi promijenila.

Elementarni naboj.

Osim elektrona i protona, postoji još nekoliko vrsta nabijenih elementarnih čestica. Ali samo elektroni i protoni mogu postojati u slobodnom stanju neograničeno dugo. Ostatak nabijenih čestica živi manje od milijuntinke sekunde. Oni se rađaju tijekom sudara brzih elementarnih čestica i, posto su postojali beznačajno kratko vrijeme, raspadaju se, pretvarajući se u druge čestice. S tim ćete se česticama upoznati u 11. razredu.

Čestice koje nemaju električni naboj uključuju neutron. Njegova masa tek je malo veća od mase protona. Neutroni su zajedno s protonima dio atomska jezgra. Ako elementarna čestica ima naboj, tada je njegova vrijednost strogo određena.

Nabijena tijela Elektromagnetske sile u prirodi igraju veliku ulogu jer sva tijela sadrže električki nabijene čestice. Sastavni dijelovi atoma - jezgre i elektroni - imaju električni naboj.

Ne detektira se izravno djelovanje elektromagnetskih sila između tijela, jer su tijela u svom normalnom stanju električki neutralna.

Atom bilo koje tvari je neutralan jer je broj elektrona u njemu jednak broju protona u jezgri. Pozitivno i negativno nabijene čestice međusobno su povezane električnim silama i tvore neutralne sustave.

Makroskopsko tijelo je električki nabijeno ako sadrži višak elementarnih čestica s bilo kojim predznakom naboja. Dakle, negativan naboj tijela nastaje zbog viška elektrona u odnosu na broj protona, a pozitivan naboj zbog nedostatka elektrona.

Da biste dobili električno nabijeno makroskopsko tijelo, odnosno da biste ga naelektrizirali, potrebno je odvojiti dio negativni naboj od pozitivnog naboja povezanog s njim ili prenijeti negativni naboj na neutralno tijelo.

To se može učiniti pomoću trenja. Prođete li češljem kroz suhu kosu, tada će mali dio najpokretljivijih nabijenih čestica - elektrona - prijeći s kose na češalj i naelektrisati ga negativno, a kosa pozitivno.

Jednakost naboja tijekom elektrifikacije

Uz pomoć pokusa može se dokazati da naelektrizirana trenjem oba tijela dobivaju naboje suprotnih predznaka, ali identične veličine.

Uzmimo elektrometar na čijoj se šipki nalazi metalna kugla s rupom i dvije pločice na dugim drškama: jednu od tvrde gume, a drugu od pleksiglasa. Trljajući se jedna o drugu, ploče se naelektriziraju.

Unesimo jednu od ploča unutar sfere bez dodirivanja njezinih stijenki. Ako je ploča pozitivno nabijena, tada će dio elektrona s igle i šipke elektrometra biti privučen pločom i skupljen na unutarnjoj površini kugle. Istodobno, strelica će biti pozitivno nabijena i bit će odgurnuta od šipke elektrometra (slika 14.2, a).

Ako unesete drugu ploču unutar kugle, nakon što ste prvo uklonili prvu, tada će se elektroni kugle i štapića odbiti od ploče i nakupiti u suvišku na strelici. To će uzrokovati odstupanje strelice od šipke, i to pod istim kutom kao u prvom pokusu.

Nakon što smo obje ploče spustili unutar sfere, uopće nećemo otkriti nikakvo odstupanje strelice (Sl. 14.2, b). To dokazuje da su naboji ploča jednaki po veličini i suprotnog predznaka.

Elektrifikacija tijela i njezine manifestacije. Tijekom trenja sintetičkih tkanina dolazi do značajne elektrifikacije. Kada na suhom zraku svučete majicu od sintetičkog materijala, čuje se karakteristično pucketanje. Male iskre skaču između nabijenih područja trljajućih površina.

U tiskarama se tijekom tiskanja papir naelektrizira te se listovi lijepe. Kako se to ne bi dogodilo, koriste se posebni uređaji za pražnjenje naboja. Međutim, ponekad se koristi elektrifikacija tijela u bliskom kontaktu, na primjer, u raznim elektrokopirnim instalacijama itd.

Zakon održanja električnog naboja.

Iskustvo s elektriziranjem ploča dokazuje da tijekom elektriziranja trenjem dolazi do preraspodjele postojećih naboja između tijela koja su prethodno bila neutralna. Mali dio elektroni prelaze s jednog tijela na drugo. U tom se slučaju nove čestice ne pojavljuju, a već postojeće ne nestaju.

Kada su tijela naelektrizirana, zakon održanja električnog naboja. Ovaj zakon vrijedi za sustav u koji nabijene čestice ne ulaze izvana i iz kojeg ne izlaze, tj. izolirani sustav.

U izoliranom sustavu algebarski zbroj naboja svih tijela je očuvan.

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = konst. (14.1)

gdje su q 1, q 2 itd. naboji pojedinih nabijenih tijela.

Zakon očuvanja naboja ima duboko značenje. Ako se broj nabijenih elementarnih čestica ne mijenja, tada je ispunjenje zakona očuvanja naboja očito. Ali elementarne čestice se mogu pretvarati jedna u drugu, rađati se i nestajati, dajući život novim česticama.

Međutim, u svim slučajevima, nabijene čestice rađaju se samo u parovima s nabojima iste veličine i suprotnog predznaka; Nabijene čestice također nestaju samo u parovima, pretvarajući se u neutralne. I u svim tim slučajevima, algebarski zbroj naboja ostaje isti.

Valjanost zakona održanja naboja potvrđuju opažanja ogromnog broja transformacija elementarnih čestica. Ovaj zakon izražava jedno od najosnovnijih svojstava električnog naboja. Razlog očuvanja naboja još uvijek nije poznat.