Od około 1000 sekund (dla wolnego neutronu) do pomijalnego ułamka sekundy (od 10-24 do 10-22 s dla rezonansów).

Struktura i zachowanie cząstek elementarnych jest badane przez fizykę cząstek elementarnych.

Wszystko cząstki elementarne przestrzegaj zasady identyczności (wszystkie cząstki elementarne tego samego typu we Wszechświecie są całkowicie identyczne pod względem wszystkich swoich właściwości) i zasady dualizmu cząstka-fala (każda cząstka elementarna odpowiada fali de Brogliego).

Wszystkie cząstki elementarne mają właściwość wzajemnej przemiany, co jest konsekwencją ich oddziaływań: silnych, elektromagnetycznych, słabych, grawitacyjnych. Interakcje cząstek powodują przemiany cząstek i ich agregatów w inne cząstki i ich agregaty, o ile takie przemiany nie są zabronione przez prawa zachowania energii, pędu, pędu, ładunku elektrycznego, ładunku barionowego itp.

Podstawowe cechy cząstek elementarnych: czas życia, masa, spin, ładunek elektryczny, moment magnetyczny, ładunek barionowy, ładunek leptonowy, dziwność, spin izotopowy, parzystość, parzystość ładunku, parzystość G, parzystość CP.

Klasyfikacja

Do końca życia

Stabilne cząstki elementarne - cząstki, które mają nieskończenie wielki czas życie w stanie wolnym (proton, elektron, neutrino, foton i ich antycząstki).
Niestabilne cząstki elementarne to cząstki, które rozpadają się na inne cząstki w stanie wolnym w skończonym czasie (wszystkie inne cząstki).

Przez masę

Wszystkie cząstki elementarne są podzielone na dwie klasy:

Cząstki bezmasowe to cząstki o zerowej masie (foton, gluon).
Cząstki o masie niezerowej (wszystkie inne cząstki).

Największy tył

Wszystkie cząstki elementarne są podzielone na dwie klasy:

Według typów interakcji

Cząstki elementarne są podzielone na następujące grupy:

Cząsteczki złożone

Hadrony to cząstki zaangażowane we wszelkiego rodzaju podstawowe interakcje. Składają się z kwarków i dzielą się z kolei na:
- mezony - hadrony o spinie całkowitym, to znaczy są bozonami;
- bariony to hadrony o spinie półcałkowitym, czyli fermiony. Należą do nich w szczególności cząstki tworzące jądro atomu - proton i neutron.

Podstawowe (bez struktury) cząstki

Leptony to fermiony, które mają postać cząstek punktowych (czyli niczego nie składają się z niczego) do skal rzędu 10–18 m. Nie uczestniczą w oddziaływaniach silnych. Udział w oddziaływaniach elektromagnetycznych był eksperymentalnie obserwowany tylko dla naładowanych leptonów (elektronów, mionów, leptonów tau) i nie był obserwowany dla neutrin. Istnieje 6 rodzajów leptonów.
Kwarki to cząstki o ładunku frakcjonowanym, które tworzą hadrony. Nie obserwowano ich w stanie wolnym (zaproponowano mechanizm uwięzienia w celu wyjaśnienia braku takich obserwacji). Podobnie jak leptony dzielą się na 6 typów i są uważane za pozbawione struktury, jednak w przeciwieństwie do leptonów uczestniczą w silnych oddziaływaniach.
Bozony miernicze to cząstki, za pośrednictwem których zachodzą interakcje:
- foton - cząstka przenosząca oddziaływanie elektromagnetyczne;
- osiem gluonów - cząsteczek niosących silne oddziaływanie;
- trzy pośrednie bozony wektorowe W. + , W. - i Z 0, niosąc słabą interakcję;
- grawiton to hipotetyczna cząstka, która przenosi oddziaływanie grawitacyjne. Istnienie grawitonów, chociaż nie zostało jeszcze udowodnione eksperymentalnie z powodu słabości oddziaływań grawitacyjnych, jest uważane za całkiem prawdopodobne; jednak grawiton nie jest częścią Modelu Standardowego cząstek elementarnych.

Powiązane wideo

Podstawowe rozmiary cząstek

Pomimo dużej różnorodności cząstek elementarnych ich rozmiary mieszczą się w dwóch grupach. Rozmiary hadronów (zarówno barionów, jak i mezonów) wynoszą około 10-15 m, co jest zbliżone do średniej odległości między kwarkami wchodzącymi do nich. Rozmiary fundamentalnych, bezstrukturalnych cząstek - bozonów cechowania, kwarków i leptonów - zgadzają się w granicach błędu eksperymentalnego z ich wielkością punktową (górna granica średnicy to około 10-18 m) ( zobacz wyjaśnienie). Jeśli w dalszych eksperymentach nie zostaną znalezione ostateczne rozmiary tych cząstek, może to wskazywać, że rozmiary bozonów cechowania, kwarków i leptonów są bliskie długości podstawowej (która najprawdopodobniej okaże się długością Plancka równą 1,6 × 10-35 m) ...

Należy jednak zauważyć, że rozmiar cząstki elementarnej jest pojęciem dość złożonym, nie zawsze zgodnym z koncepcjami klasycznymi. Po pierwsze, zasada nieoznaczoności nie pozwala na ścisłą lokalizację cząstki fizycznej. Pakiet falowy reprezentujący cząstkę jako superpozycja precyzyjnie zlokalizowanych stanów kwantowych zawsze ma skończony rozmiar i pewną struktura przestrzenna, a rozmiar pakietu może być całkiem makroskopowy - na przykład elektron w eksperymencie z interferencją na dwóch szczelinach „czuje” obie szczeliny interferometru, rozmieszczone w makroskopowej odległości. Po drugie, fizyczna cząstka zmienia strukturę otaczającej ją próżni, tworząc „powłokę” z krótkotrwałych wirtualnych cząstek - par fermion-antifermion (patrz Polaryzacja próżni) oraz bozonów, które przenoszą oddziaływania. Przestrzenne wymiary tego obszaru zależą od ładunków mierniczych posiadanych przez cząstkę i mas pośrednich bozonów (promień powłoki masywnych wirtualnych bozonów jest zbliżony do ich długości fali Comptona, która z kolei jest odwrotnie proporcjonalna do ich masy). Zatem promień elektronu z punktu widzenia neutrin (możliwe jest tylko słabe oddziaływanie między nimi) jest w przybliżeniu równy długości fali Comptona bozonów W, ~ 3 × 10-18 m, a wielkość obszaru silnego oddziaływania hadronów jest określona przez długość fali Comptona najlżejszego z hadronów, pi-mezon (~ 10-15 m), działając tutaj jako nośnik interakcji.

Historia

Początkowo termin „cząstka elementarna” oznaczał coś absolutnie elementarnego, pierwszą cegłę materii. Jednak kiedy w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych XX wieku odkryto setki hadronów o podobnych właściwościach, stało się jasne, że przynajmniej hadrony mają wewnętrzne stopnie swobody, to znaczy nie są elementarne w ścisłym znaczeniu tego słowa. Podejrzenie to potwierdziło się, gdy okazało się, że hadrony składają się z kwarków.

W ten sposób fizycy weszli nieco głębiej w strukturę materii: leptony i kwarki są obecnie uważane za najbardziej elementarne, punktowe części materii. Dla nich (razem z bozonami cechowania) termin „ fundamentalny cząstki ”.

Teoria strun, aktywnie rozwijana od około połowy lat osiemdziesiątych XX wieku, zakłada, że \u200b\u200bkonsekwencjami są cząstki elementarne i ich interakcje różne rodzaje drgania szczególnie małych „strun”.

Model standardowy

Standardowy model cząstek elementarnych obejmuje 12 aromatów fermionów, odpowiadające im antycząstki, a także bozony cechujące (foton, gluony, W.- i Z-bosony), które przenoszą interakcje między cząstkami, oraz odkryty w 2012 roku bozon Higgsa odpowiedzialny za obecność masy obojętnej w cząstkach. Jednak Model Standardowy jest w dużej mierze postrzegany jako teoria temporalna, a nie prawdziwie fundamentalna, ponieważ nie obejmuje grawitacji i zawiera kilkadziesiąt dowolnych parametrów (masy cząstek itp.), Których wartości nie wynikają bezpośrednio z teorii. Być może istnieją cząstki elementarne, które nie są opisane przez Model Standardowy - na przykład grawiton (cząstka, która hipotetycznie przenosi siły grawitacyjne) lub supersymetryczni partnerzy zwykłych cząstek. W sumie model opisuje 61 cząstek.

Fermiony

12 smaków fermionów podzielonych jest na 3 rodziny (generacje) po 4 cząstki. Sześć z nich to kwarki. Pozostałe sześć to leptonów, z których trzy to neutrina, a pozostałe trzy mają jednostkowy ładunek ujemny: elektron, mion i lepton tau.

Generacje cząstek

Pierwsza generacja	Drugie pokolenie	Trzecia generacja
Elektron: e -	Mion: μ −	Lepton tau: τ −
Neutrino elektroniczne: ν e	Neutrino mionowe: ν μ	Tau Neutrino: ν τ (\\ Displaystyle \\ nu _ (\\ tau))
u-quark ("w górę"): u	c-quark ("czarodziejski"): do	t-quark („prawda”): t
d-quark ("dół"): re	s-quark ("dziwny"): s	b-kwark ("urocza"): b

Antycząstki

Istnieje również 12 fermionowych antycząstek odpowiadających powyższym dwunastu cząstkom.

Antycząstki

Pierwsza generacja	Drugie pokolenie	Trzecia generacja
pozyton: e +	Mion dodatni: μ +	Pozytywny lepton tau: τ +
Elektroniczne antyneutrino: ν ¯ e (\\ Displaystyle (\\ bar (\\ nu)) _ (e))	Antyneutrino mionowe: ν ¯ μ (\\ Displaystyle (\\ bar (\\ nu)) _ (\\ mu))	Tau antineutrino: ν ¯ τ (\\ Displaystyle (\\ bar (\\ nu)) _ (\\ tau))
u-antikwark: u ¯ (\\ Displaystyle (\\ bar (u)))	do-antikwark: do ¯ (\\ Displaystyle (\\ bar (c)))	t-antikwark: t ¯ (\\ Displaystyle (\\ bar (t)))
re-antikwark: re ¯ (\\ Displaystyle (\\ bar (d)))	s-antikwark: s ¯ (\\ Displaystyle (\\ bar (s)))	b-antikwark: b ¯ (\\ Displaystyle (\\ bar (b)))

Kwarki

Kwarki i antykwarki nigdy nie zostały znalezione w stanie wolnym - wyjaśnia to zjawisko

Cząstka elementarna to najmniejsza, niepodzielna cząstka, która nie ma struktury.

PODSTAWY ELEKTRODYNAMIKI

Elektrodynamika - dział fizyki zajmujący się badaniem oddziaływań elektromagnetycznych. Oddziaływania elektromagnetyczne - oddziaływania naładowanych cząstek. Głównymi przedmiotami badań w elektrodynamice są elektrotechnika i pola magnetycznegenerowane przez ładunki elektryczne i prądy.

Temat 1. Pole elektryczne (elektrostatyka)

Elektrostatyka -dział elektrodynamiki badający oddziaływanie ładunków stacjonarnych (statycznych).

Ładunek elektryczny.

Wszystkie ciała są naelektryzowane.

Elektryzowanie ciała oznacza nadawanie mu ładunku elektrycznego.

Naelektryzowane ciała oddziałują na siebie - przyciągają i odpychają.

Im bardziej naelektryzowane są ciała, tym bardziej oddziałują.

Ładunek elektryczny jest wielkość fizyczna, który charakteryzuje zdolność cząstek lub ciał do wchodzenia w interakcje elektromagnetyczne i jest ilościową miarą tych interakcji.

Całość wszystkich znanych faktów doświadczalnych prowadzi do następujących wniosków:

· Istnieją dwa rodzaje ładunków elektrycznych, umownie zwane dodatnimi i ujemnymi.

Ładunki nie istnieją bez cząstek

· Opłaty mogą być przenoszone z jednego organu do drugiego.

· W przeciwieństwie do masy ciała, ładunek elektryczny nie jest integralną cechą danego ciała. To samo ciało w różnych warunkach może mieć inny ładunek.

· Ładunek elektryczny nie zależy od wyboru układu odniesienia, w którym jest mierzony. Ładunek elektryczny nie zależy od prędkości ruchu nośnika ładunku.

· Jak ładunki odpychają, w przeciwieństwie do ładunków przyciągają.

Jednostka SI - zawieszka

Cząstka elementarna to najmniejsza, niepodzielna cząstka, która nie ma struktury.

Na przykład w atomie: elektron ( , proton ( , neutron ( .

Cząstka elementarna może mieć ładunek lub nie: , ,

Ładunek elementarny - ładunek należący do cząstki elementarnej, najmniejszej, niepodzielnej.

Ładunek elementarny - modulo ładunku elektronu.

Ładunki elektronu i protonu są liczbowo równe, ale przeciwne w znaku:

Elektryfikacja tel.
Co oznacza „naładowane makroskopowo ciało”? Co decyduje o ładunku ciała?

Wszystkie ciała składają się z atomów, w tym dodatnio naładowanych protonów, ujemnie naładowanych elektronów i neutralnych cząstek - neutronów . Protony i neutrony są częścią jąder atomowych, elektrony tworzą powłokę elektronową atomów.

W neutralnym atomie liczba protonów w jądrze jest równa liczbie elektronów w powłoce.

Ciała makroskopowe składające się z neutralnych atomów są elektrycznie obojętne.

Atom danej substancji może stracić jeden lub więcej elektronów lub pozyskać dodatkowy elektron. W takich przypadkach neutralny atom zamienia się w dodatnio lub ujemnie naładowany jon.

Elektryzujące ciała– proces otrzymywania ciał naładowanych elektrycznie z elektrycznie obojętnych.

Ciała elektryzują się w kontakcie ze sobą.

Po zetknięciu część elektronów z jednego ciała jest przenoszona do drugiego, oba ciała są naelektryzowane, tj. otrzymują opłaty równe wielkości i przeciwne w znaku:
„Nadmiar” elektronów w porównaniu z protonami tworzy w ciele ładunek „-”;
„Brak” elektronów w porównaniu z protonami tworzy ładunek „+” w ciele.
Ładunek dowolnego ciała zależy od liczby nadmiarowych lub niewystarczających elektronów w porównaniu z protonami.

Ładunek może być przenoszony z jednego ciała na drugie tylko w częściach zawierających całkowitą liczbę elektronów. Zatem ładunek elektryczny ciała jest wielkością dyskretną będącą wielokrotnością ładunku elektronu:

Czy możesz krótko i zwięźle odpowiedzieć na pytanie: „Co to jest ładunek elektryczny?” Na pierwszy rzut oka może się to wydawać proste, ale w rzeczywistości okazuje się znacznie bardziej skomplikowane.

Czy wiemy, czym jest ładunek elektryczny

Faktem jest, że na współczesnym poziomie wiedzy nie możemy jeszcze rozłożyć pojęcia „ładunku” na prostsze elementy. To jest fundamentalna, że \u200b\u200btak powiem, pierwotna koncepcja.

Wiemy, że jest to pewna właściwość cząstek elementarnych, znany jest mechanizm oddziaływania ładunków, możemy zmierzyć ładunek i wykorzystać jego właściwości.

Wszystko to jest jednak konsekwencją danych uzyskanych empirycznie. Natura tego zjawiska wciąż nie jest dla nas jasna. Dlatego nie możemy jednoznacznie określić, czym jest ładunek elektryczny.

W tym celu konieczne jest ujawnienie całego szeregu pojęć. Wyjaśnij mechanizm oddziaływania ładunków i opisz ich właściwości. Dlatego łatwiej jest zrozumieć, co oznacza stwierdzenie: „dana cząstka ma (niesie) ładunek elektryczny”.

Obecność ładunku elektrycznego na cząstce

Jednak później można było ustalić, że liczba cząstek elementarnych jest znacznie większa, a proton, elektron i neutron nie są niepodzielnymi i podstawowymi materiałami budulcowymi Wszechświata. Same mogą rozłożyć się na składniki i zamienić w inne rodzaje cząstek.

Dlatego też nazwa „cząstka elementarna” obejmuje obecnie dość dużą klasę cząstek, mniejszych niż atomy i jądra atomów. W takim przypadku cząstki mogą mieć różnorodne właściwości i właściwości.

Jednak taka właściwość, jak ładunek elektryczny, ma tylko dwa typy, które są konwencjonalnie nazywane dodatnimi i ujemnymi. Obecność ładunku na cząstce jest jej właściwością odpychania lub przyciągania innej cząstki, która również niesie ładunek. Kierunek interakcji w tym przypadku zależy od rodzaju ładunków.

Ładunki o tej samej nazwie są odpychane, w przeciwieństwie do ładunków przyciąganych. W tym przypadku siła oddziaływania między ładunkami jest bardzo duża w porównaniu z siłami grawitacji właściwymi dla wszystkich ciał we Wszechświecie bez wyjątku.

Na przykład w jądrze wodoru elektron niosący ładunek ujemny jest przyciągany do jądra składającego się z protonu i niosącego ładunek dodatni z siłą 1039 razy większą niż siła, z jaką ten sam elektron jest przyciągany przez proton w wyniku oddziaływania grawitacyjnego.

Cząsteczki mogą być naładowane lub nie, w zależności od ich rodzaju. Niemożliwe jest jednak „usunięcie” ładunku z cząstki, tak jak niemożliwe jest również istnienie ładunku poza cząstką.

Oprócz protonu i neutronu, niektóre inne typy cząstek elementarnych niosą na sobie ładunek, ale tylko te dwie cząstki mogą istnieć przez nieograniczony czas.

We Wszechświecie każde ciało żyje w swoim czasie, podobnie jak podstawowe cząstki elementarne. Czas życia większości cząstek elementarnych jest raczej krótki.

Niektóre rozpadają się natychmiast po urodzeniu, dlatego nazywamy je niestabilnymi cząstkami.

Po krótkim czasie rozpadają się na stabilne: protony, elektrony, neutrina, fotony, grawitony i ich antycząstki.

Najważniejsze mikro-obiekty w naszej bliskiej przestrzeni to protony i elektrony... Niektóre z odległych części Wszechświata mogą składać się z antymaterii, najważniejszymi cząstkami będą antyproton i antyelektron (pozyton).

Łącznie odkryto kilkaset cząstek elementarnych: proton (p), neutron (n), elektron (e -), a także foton (g), mezon pi (p), miony (m), neutrina trzech typów (elektron ve, mionowy vm, z leptonem v t) itp. przyniesie oczywiście więcej nowych mikrocząstek.

Pojawianie się cząstek:

Protony i elektrony

Początki protonów i elektronów sięgają około dziesięciu miliardów lat.

Kolejny rodzaj mikroobiektów, które odgrywają istotną rolę w budowie bliskiej przestrzeni - neutrony posiadające nazwa zwyczajowa z protonem: nukleony. Neutrony same w sobie są niestabilne, rozpadają się po około dziesięciu minutach od powstania. Mogą być stabilne tylko w jądrze atomowym. Ogromna liczba neutronów stale pojawia się w głębinach gwiazd, gdzie jądra atomów rodzą się z protonów.

Neutrino

Wszechświat nieustannie wytwarza również neutrina podobne do elektronu, ale bez ładunku i o małej masie. W 1936 roku odkryto różne neutrina: neutrina mionowe, które powstają, gdy protony są przekształcane w neutrony, we wnętrzach supermasywnych gwiazd oraz podczas rozpadu wielu niestabilnych mikroobiektów. Rodzą się, gdy promienie kosmiczne zderzają się w przestrzeni międzygwiazdowej.

Wielki Wybuch spowodował pojawienie się ogromnej liczby neutrin i neutrin mionowych. Ich liczba w przestrzeni stale rośnie, ponieważ nie są one wchłaniane przez praktycznie żadną materię.

Foton

Podobnie jak fotony, neutrina i neutrina mionowe wypełniają całą przestrzeń. Zjawisko to nazywane jest „morzem neutrin”.
Od Wielki wybuch pozostało bardzo wiele fotonów, które nazywamy reliktem lub skamieniałością. Cała przestrzeń kosmiczna jest nimi wypełniona, a ich częstotliwość, a co za tym idzie energia, stale maleje, w miarę rozszerzania się Wszechświata.

Obecnie wszystkie ciała kosmiczne, głównie gwiazdy i mgławice, biorą udział w tworzeniu fotonicznej części Wszechświata. Fotony powstają na powierzchni gwiazd z energii elektronów.

Związek cząsteczkowy

W etap początkowy formacji Wszechświata, wszystkie podstawowe cząstki elementarne były wolne. Wtedy nie było jąder atomów, planet, gwiazd.

Atomy, a także planety, gwiazdy i cała materia, powstały później, kiedy minęło 300 000 lat, a żarząca się materia dostatecznie ostygła podczas ekspansji.

Jedynie neutrino, neutrino mionowe i foton nie zostały włączone do żadnego systemu: ich wzajemne przyciąganie jest zbyt słabe. Pozostały wolnymi cząstkami.

Nadal na etap początkowy powstanie Wszechświata (300 000 lat po jego narodzinach), wolne protony i elektrony połączone w atomy wodoru (jeden proton i jeden elektron, połączone siłą elektryczną).

Proton jest uważany za główną cząstkę elementarnąo ładunku +1 i masie 1,672 · 10 −27 kg (nieco mniej niż 2000 razy cięższy od elektronu). Protony, uwięzione w masywnej gwieździe, stopniowo przekształciły się w główny budynek „żelaza” Wszechświata. W tym samym czasie każdy z nich uwolnił jeden procent swojej masy spoczynkowej. W supermasywnych gwiazdach, które pod koniec swojego życia są kompresowane do małych objętości w wyniku własnej grawitacji, proton może stracić prawie jedną piątą swojej energii spoczynkowej (a tym samym jedną piątą swojej masy spoczynkowej).

Wiadomo, że „mikrobloki budujące” Wszechświata to protony i elektrony.

Wreszcie, gdy spotykają się proton i antyproton, nie powstaje żaden układ, ale cała ich energia spoczynkowa jest uwalniana w postaci fotonów ().

Naukowcy argumentują, że tak jakby istniała również upiorna podstawowa cząstka elementarna, grawiton, który przenosi oddziaływanie grawitacyjne podobne do elektromagnetyzmu. Jednak obecność grawitonu została udowodniona tylko teoretycznie.

W ten sposób powstały główne cząstki elementarne, które teraz reprezentują nasz Wszechświat, w tym Ziemię: protony, elektrony, neutrina, fotony, grawitony i wiele innych otwartych i nieodkrytych mikroobiektów.

« Fizyka - klasa 10 "

Najpierw rozważmy najprostszy przypadek, kiedy ciała naładowane elektrycznie są w spoczynku.

Nazywa się dział elektrodynamiki poświęcony badaniu warunków równowagi ciał naładowanych elektrycznie elektrostatyka.

Co to jest ładunek elektryczny?
Jakie są opłaty?

Słowami prąd, ładunek elektryczny, elektryczność spotkałeś się wiele razy i przyzwyczaiłeś się do nich. Ale spróbuj odpowiedzieć na pytanie: „Co to jest ładunek elektryczny?” Sama koncepcja opłata - to podstawowe, pierwotne pojęcie, które na obecnym poziomie rozwoju naszej wiedzy nie sprowadza się do prostszych, elementarnych pojęć.

Spróbujmy najpierw dowiedzieć się, co oznacza stwierdzenie: „ To ciało albo cząstka ma ładunek elektryczny. "

Wszystkie ciała są zbudowane z najmniejszych cząstek, które są niepodzielne na prostsze i dlatego nazywane są podstawowy.

Cząstki elementarne mają masę i dzięki temu są przyciągane do siebie zgodnie z prawem powszechnego ciążenia... Wraz ze wzrostem odległości między cząstkami siła grawitacji maleje odwrotnie do kwadratu tej odległości. Większość cząstek elementarnych, choć nie wszystkie, dodatkowo ma zdolność do wzajemnego oddziaływania z siłą, która również maleje odwrotnie do kwadratu odległości, ale siła ta jest wielokrotnie większa niż siła grawitacji.

Zatem w atomie wodoru, pokazanym schematycznie na rysunku 14.1, elektron jest przyciągany do jądra (protonu) z siłą 10 39 razy większą niż siła przyciągania grawitacyjnego.

Jeśli cząstki oddziałują ze sobą siłami, które zmniejszają się wraz ze wzrostem odległości w taki sam sposób jak siły grawitacji powszechnej, ale wielokrotnie przekraczają siły grawitacji, to mówią, że cząstki te mają ładunek elektryczny. Same cząstki są nazywane naładowany.

Istnieją cząstki bez ładunku elektrycznego, ale nie ma ładunku elektrycznego bez cząstki.

Nazywa się to oddziaływaniem naładowanych cząstek elektromagnetyczny.

Ładunek elektryczny determinuje intensywność oddziaływań elektromagnetycznych, podobnie jak masa określa intensywność oddziaływań grawitacyjnych.

Ładunek elektryczny cząstki elementarnej nie jest specjalnym mechanizmem w cząsteczce, który można by z niej usunąć, rozłożyć na części składowe i ponownie złożyć. Obecność ładunku elektrycznego w elektronie i innych cząstkach oznacza jedynie istnienie pewnych oddziaływań sił między nimi.

W istocie nic nie wiemy o ładunku, jeśli nie znamy praw tych interakcji. Znajomość praw interakcji powinna być częścią naszego zrozumienia ładunku. Prawa te nie są łatwe i nie sposób podsumować ich w kilku słowach. Dlatego nie można dać dostatecznie zadowalającego wyniku krótka definicja pojęcie ładunek elektryczny.

Dwie oznaki ładunków elektrycznych.

Wszystkie ciała mają masę i dlatego są do siebie przyciągane. Ciała naładowane mogą się wzajemnie przyciągać i odpychać. To najważniejszy faktznajomy oznacza, że \u200b\u200bw naturze występują cząstki o przeciwnych znakach ładunków elektrycznych; w przypadku ładunków o tym samym znaku cząstki są odpychane, aw przypadku innych przyciągane.

Ładunek cząstek elementarnych - protonyktóre składają się na wszystkie jądra atomowe nazywane są dodatnimi i ładunkiem elektrony - negatywny. Nie ma różnicy między dodatnimi i ujemnymi ładunkami wewnętrznymi. Gdyby znaki ładunków cząstek zostały odwrócone, to natura oddziaływań elektromagnetycznych nie zmieniłaby się wcale.

Opłata podstawowa.

Oprócz elektronów i protonów istnieje kilka rodzajów naładowanych cząstek elementarnych. Jednak w stanie wolnym tylko elektrony i protony mogą istnieć w nieskończoność. Reszta naładowanych cząstek żyje krócej niż milionowa część sekundy. Rodzą się w zderzeniach szybkich cząstek elementarnych i, żyjąc przez znikomy czas, rozpadają się, przekształcając się w inne cząstki. Te cząstki spotkasz w klasie 11.

Cząstki, które nie mają ładunku elektrycznego, obejmują neutron... Jego masa tylko nieznacznie przewyższa masę protonu. Neutrony wraz z protonami są częścią jądro atomowe... Jeśli cząstka elementarna ma ładunek, to jej wartość jest ściśle określona.

Ciała naładowane Siły elektromagnetyczne w przyrodzie odgrywają ogromną rolę ze względu na fakt, że cząstki naładowane elektrycznie są częścią wszystkich ciał. Części składowe atomów - jądra i elektrony - mają ładunek elektryczny.

Bezpośrednio działanie sił elektromagnetycznych między ciałami nie jest wykrywane, ponieważ ciała w stanie normalnym są elektrycznie obojętne.

Atom dowolnej substancji jest obojętny, ponieważ liczba elektronów w nim jest równa liczbie protonów w jądrze. Cząstki naładowane dodatnio i ujemnie są połączone ze sobą siłami elektrycznymi i tworzą układy neutralne.

Ciało makroskopowe jest naładowane elektrycznie, jeśli zawiera nadmierną ilość cząstek elementarnych z jednym znakiem ładunku. Zatem ujemny ładunek ciała wynika z nadmiaru liczby elektronów w porównaniu z liczbą protonów, a ładunek dodatni z braku elektronów.

Aby uzyskać elektrycznie naładowany makroskopowy korpus, czyli naelektryzować go, konieczne jest oddzielenie części ładunek ujemny od skojarzonego dodatniego lub przenieść ładunek ujemny do ciała neutralnego.

Można to zrobić za pomocą tarcia. Jeśli przeczesujesz suche włosy, wówczas niewielka część najbardziej ruchliwych naładowanych cząstek - elektrony przejdą z włosa do grzebienia i naładują go ujemnie, a włosy zostaną naładowane dodatnio.

Równość opłat podczas elektryfikacji

Za pomocą doświadczenia można udowodnić, że podczas elektryzowania przez tarcie oba ciała uzyskują ładunki o przeciwnym znaku, ale tej samej wielkości.

Weź elektrometr, na którym zamocowana jest metalowa kula z otworem oraz dwie płytki na długich uchwytach: jedna wykonana z ebonitu, a druga z pleksi. Podczas ocierania się o siebie płyty są naelektryzowane.

Wprowadźmy jedną z płytek do wnętrza kuli bez dotykania jej ścian. Jeśli płytka jest naładowana dodatnio, to część elektronów ze strzałki i pręta elektrometru zostanie przyciągnięta do płytki i zgromadzi się na wewnętrznej powierzchni kuli. W takim przypadku strzała zostanie naładowana dodatnio i odpychana od pręta elektrometru (ryc. 14.2, a).

Jeśli wprowadzisz do kuli kolejną płytkę, po usunięciu pierwszej, elektrony kuli i pręta zostaną odpychane od płytki i gromadzą się w nadmiarze na strzale. Spowoduje to odchylenie strzały od pręta i pod takim samym kątem jak w pierwszym eksperymencie.

Opuszczając obie płyty wewnątrz kuli, w ogóle nie wykryjemy żadnego wychylenia strzały (ryc. 14.2, b). Dowodzi to, że ładunki płyt są równe pod względem wielkości i przeciwne w znaku.

Elektryfikacja ciał i jej przejawy. Podczas pocierania tkanin syntetycznych następuje znaczna elektryzacja. Jeśli zdejmiesz koszulę z materiału syntetycznego na suchym powietrzu, usłyszysz charakterystyczny trzask. Małe iskry przeskakują między naładowanymi obszarami ocierających się powierzchni.

W drukarniach papier podczas drukowania elektryzuje się, a arkusze sklejają się ze sobą. Aby temu zapobiec, do odprowadzania ładunku używane są specjalne urządzenia. Jednak elektryfikacja ciał pozostających w bliskim kontakcie jest czasami stosowana, na przykład w różnych maszynach do elektrofotografii itp.

Prawo zachowania ładunku elektrycznego.

Doświadczenia z elektryfikacją płyt dowodzą, że podczas elektryzowania przez tarcie istniejące ładunki są redystrybuowane między ciałami, które wcześniej były neutralne. Mała część elektrony są przenoszone z jednego ciała do drugiego. W tym samym czasie nie pojawiają się nowe cząsteczki, a istniejące wcześniej nie znikają.

Kiedy ciała są naelektryzowane, prawo zachowania ładunku elektrycznego... Prawo to obowiązuje dla układu, który nie wchodzi z zewnątrz iz którego nie opuszczają naładowane cząstki, tj system izolowany.

W systemie izolowanym zachowana jest algebraiczna suma ładunków wszystkich ciał.

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n \u003d const. (14.1)

gdzie q 1, q 2 itd. są ładunkami poszczególnych ciał naładowanych.

Prawo zachowania ładunku ma głębokie znaczenie... Jeśli liczba naładowanych cząstek elementarnych nie zmienia się, to spełnienie prawa zachowania ładunku jest oczywiste. Ale cząsteczki elementarne mogą się wzajemnie przekształcać, rodzić i znikać, dając życie nowym cząstkom.

Jednak we wszystkich przypadkach naładowane cząstki rodzą się tylko w parach z ładunkami tej samej wielkości i przeciwnymi w znaku; naładowane cząstki również znikają tylko parami, zamieniając się w neutralne. We wszystkich tych przypadkach suma algebraiczna ładunków pozostaje taka sama.

O słuszności prawa zachowania ładunku świadczą obserwacje ogromnej liczby przekształceń cząstek elementarnych. Prawo to wyraża jedną z najbardziej podstawowych właściwości ładunku elektrycznego. Powód zachowania ładunku jest nadal nieznany.