Od približno 1000 sekund (za prosti nevtron) do zanemarljivega delčka sekunde (od 10 −24 do 10 −22 s za resonance).

Zgradbo in obnašanje osnovnih delcev preučuje fizika delcev.

Vse elementarni delci upoštevajo načelo identitete (vsi osnovni delci iste vrste v vesolju so popolnoma enaki v vseh svojih lastnostih) in načelo dualizma delcev in valov (vsak elementarni delec ustreza de Brogliejevemu valu).

Vsi osnovni delci imajo lastnost medsebojne pretvorljivosti, ki je posledica njihovih interakcij: močnih, elektromagnetnih, šibkih, gravitacijskih. Interakcije delcev povzročajo transformacije delcev in njihovih zbirk v druge delce in njihove zbirke, če takih transformacij ne prepovedujejo zakoni ohranitve energije, gibalne količine, kotne količine, električnega naboja, barionskega naboja itd.

Glavne značilnosti osnovnih delcev:življenjska doba, masa, spin, električni naboj, magnetni moment, barionski naboj, leptonski naboj, nenavadnost, izotopski spin, pariteta, pariteta naboja, G-pariteta, CP-pariteta.

Razvrstitev

Po življenjski dobi

Stabilni osnovni delci so delci, ki imajo neskončno velik časživljenje v prostem stanju (proton, elektron, nevtrino, foton in njihovi antidelci).
Nestabilni osnovni delci so delci, ki v končnem času v prostem stanju razpadejo na druge delce (vsi ostali delci).

Po teži

Vse osnovne delce delimo v dva razreda:

Brezmasni delci so delci z ničelno maso (foton, gluon).
Delci z maso, različno od nič (vsi ostali delci).

Po največjem hrbtu

Vse osnovne delce delimo v dva razreda:

Po vrsti interakcije

Elementarne delce delimo v naslednje skupine:

Sestavljeni delci

Hadroni so delci, ki sodelujejo v vseh vrstah temeljnih interakcij. Sestavljeni so iz kvarkov in se delijo na:
- mezoni so hadroni s celim spinom, torej so bozoni;
- barioni so hadroni s polcelim spinom, torej fermioni. Sem sodijo zlasti delci, ki sestavljajo jedro atoma - proton in nevtron.

Osnovni (brezstrukturni) delci

Leptoni so fermioni, ki imajo obliko točkastih delcev (to pomeni, da niso sestavljeni iz ničesar) do velikosti reda 10 −18 m, ne sodelujejo v močnih interakcijah. Udeležbo v elektromagnetnih interakcijah smo eksperimentalno opazili le pri nabitih leptonih (elektroni, mioni, tau leptoni) in je nismo opazili pri nevtrinih. Poznamo 6 tipov leptonov.
Kvarki so delno nabiti delci, ki so del hadronov. V prostem stanju jih niso opazili (predlagan je bil mehanizem zadrževanja, ki pojasnjuje odsotnost takih opazovanj). Tako kot leptoni so razdeljeni na 6 vrst in veljajo za brezstrukturne, vendar za razliko od leptonov sodelujejo v močnih interakcijah.
Merilni bozoni so delci, z izmenjavo katerih se izvajajo interakcije:
- foton je delec, ki prenaša elektromagnetno interakcijo;
- osem gluonov - delcev, ki nosijo močno silo;
- trije vmesni vektorski bozoni W + , W− in Z 0, ki dopuščajo šibko interakcijo;
- graviton je hipotetični delec, ki prenaša gravitacijsko silo. Obstoj gravitonov, čeprav še ni eksperimentalno dokazan zaradi šibkosti gravitacijske interakcije, velja za precej verjetnega; vendar pa graviton ni vključen v standardni model osnovnih delcev.

Video na temo

Velikosti elementarnih delcev

Kljub veliki raznolikosti elementarnih delcev se njihove velikosti uvrščajo v dve skupini. Velikosti hadronov (tako barionov kot mezonov) so okoli 10 −15 m, kar je blizu povprečne razdalje med kvarki, ki so v njih. Velikosti osnovnih, brezstrukturnih delcev - merilnih bozonov, kvarkov in leptonov - znotraj eksperimentalne napake so skladne z njihovo točkovno naravo (zgornja meja premera je približno 10 −18 m) ( glej razlago). Če v nadaljnjih poskusih ne bodo odkrite končne velikosti teh delcev, lahko to pomeni, da so velikosti merilnih bozonov, kvarkov in leptonov blizu osnovne dolžine (ki se zelo verjetno lahko izkaže za Planckovo dolžino, ki je enaka 1,6 10 −35 m).

Vedeti pa je treba, da je velikost osnovnega delca precej kompleksen koncept, ki ni vedno skladen s klasičnimi koncepti. Prvič, načelo negotovosti ne dovoljuje stroge lokalizacije fizičnega delca. Valovni paket, ki predstavlja delec kot superpozicijo natančno lokaliziranih kvantnih stanj, ima vedno končne dimenzije in določeno prostorska struktura, dimenzije paketa pa so lahko precej makroskopske - na primer, elektron v poskusu z interferenco na dveh režah "čuti" obe reži interferometra, ločeni z makroskopsko razdaljo. Drugič, fizični delec spremeni strukturo vakuuma okoli sebe in ustvari "plašč" kratkotrajnih virtualnih delcev - parov fermion-antifermion (glej Polarizacija vakuuma) in bozonov, ki prenašajo interakcije. Prostorske dimenzije tega območja so odvisne od merilnih nabojev, ki jih ima delec, in od mase vmesnih bozonov (polmer lupine masivnih virtualnih bozonov je blizu njihove Comptonove valovne dolžine, ki je obratno sorazmerna z njihovo masa). Tako je polmer elektrona z vidika nevtrinov (med njimi je možna le šibka interakcija) približno enak Comptonovi valovni dolžini W-bozonov, ~3 × 10 −18 m, in dimenzije območja močno interakcijo hadrona določa Comptonova valovna dolžina najlažjega izmed hadronov, pi-mezona (~10 −15 m), ki tu deluje kot nosilec interakcije.

Zgodba

Sprva je izraz "elementarni delec" pomenil nekaj popolnoma elementarnega, prvo opeko snovi. Ko pa so v 50. in 60. letih 20. stoletja odkrili na stotine hadronov s podobnimi lastnostmi, je postalo jasno, da imajo hadroni vsaj notranje prostostne stopnje, to je, da niso elementarni v strogem pomenu besede. Ta sum se je kasneje potrdil, ko se je izkazalo, da so hadroni sestavljeni iz kvarkov.

Tako so se fiziki nekoliko poglobili v strukturo snovi: leptoni in kvarki zdaj veljajo za najbolj elementarne, točkaste dele snovi. Za njih (skupaj z merilnimi bozoni) je izraz " temeljni delci".

V teoriji strun, ki se aktivno razvija približno od sredine osemdesetih let prejšnjega stoletja, se predpostavlja, da so osnovni delci in njihove interakcije posledice različne vrste vibracije posebej majhnih "strun".

Standardni model

Standardni model osnovnih delcev vključuje 12 okusov fermionov, njihovih ustreznih antidelcev, kot tudi merilne bozone (fotone, gluone, W- In Z-bozoni), ki prenašajo interakcije med delci, in Higgsov bozon, odkrit leta 2012, ki je odgovoren za prisotnost vztrajnostne mase v delcih. Vendar se na standardni model večinoma gleda kot na začasno teorijo in ne na resnično temeljno, saj ne vključuje gravitacije in vsebuje več deset prostih parametrov (mase delcev itd.), katerih vrednosti ne sledijo neposredno iz teorija. Morda obstajajo osnovni delci, ki jih standardni model ne opisuje - na primer graviton (delec, ki hipotetično prenaša gravitacijske sile) ali supersimetrični partnerji navadnih delcev. Skupaj model opisuje 61 delcev.

Fermioni

12 okusov fermionov je razdeljenih v 3 družine (generacije) po 4 delce. Šest od njih je kvarkov. Ostalih šest je leptonov, od katerih so trije nevtrini, preostali trije pa nosijo enoto negativnega naboja: elektron, mion in tau lepton.

Generacije delcev

Prva generacija	Druga generacija	Tretja generacija
Elektron: e−	mion: μ −	Tau lepton: τ −
Elektronski nevtrino: ν e	mionski nevtrino: ν μ	Tau nevtrino: ν τ (\displaystyle \nu _(\tau ))
u-kvark (»gor«): u	c-kvark ("očaran"): c	t-kvark (»true«): t
d-kvark ("dol"): d	s-kvark (»čuden«): s	b-kvark ("ljubek"): b

Antidelci

Obstaja tudi 12 fermionskih antidelcev, ki ustrezajo zgornjim dvanajstim delcem.

Antidelci

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

Kvarki

Kvarki in antikvarki niso bili nikoli odkriti v prostem stanju - to pojasnjuje pojav

Osnovni delec je najmanjši, nedeljiv delec brez strukture.

OSNOVE ELEKTRODINAMIKE

elektrodinamika– veja fizike, ki preučuje elektromagnetne interakcije. Elektromagnetne interakcije– interakcije nabitih delcev. Glavni predmeti študija elektrodinamike so električni in magnetna polja ki jih ustvarjajo električni naboji in tokovi.

Tema 1. Električno polje (elektrostatika)

elektrostatika – veja elektrodinamike, ki preučuje interakcijo mirujočih (statičnih) nabojev.

Električni naboj.

Vsa telesa so naelektrena.

Naelektriti telo pomeni prenesti nanj električni naboj.

Naelektrena telesa medsebojno delujejo – privlačijo in odbijajo.

Bolj ko so telesa naelektrena, močneje medsebojno delujejo.

Električni naboj je fizikalna količina, ki označuje lastnost delcev ali teles, da vstopijo v elektromagnetne interakcije in je kvantitativno merilo teh interakcij.

Skupek vseh znanih eksperimentalnih dejstev nam omogoča naslednje zaključke:

· Obstajata dve vrsti električnih nabojev, ki jih običajno imenujemo pozitivni in negativni.

· Naboji ne obstajajo brez delcev

· Naboji se lahko prenašajo z enega telesa na drugo.

· Za razliko od telesne mase električni naboj ni integralna lastnost določenega telesa. Isto telo ima lahko pod različnimi pogoji različen naboj.

· Električni naboj ni odvisen od izbire referenčnega sistema, v katerem se meri. Električni naboj ni odvisen od hitrosti nosilca naboja.

· Enaki naboji odbijajo, za razliko od nabojev privlačijo.

enota SI – obesek

Osnovni delec je najmanjši, nedeljiv delec brez strukture.

Na primer, v atomu: elektron ( , proton ( , nevtron ( .

Elementarni delec ima lahko ali pa tudi ne naboj: , ,

Elementarni naboj je naboj, ki pripada osnovnemu delcu, najmanjši, nedeljiv.

Elementarni naboj – naboj elektrona modulo.

Naboja elektrona in protona sta številčno enaka, vendar nasprotna predznaka:

Elektrifikacija teles.
Kaj pomeni »makroskopsko telo je naelektreno«? Kaj določa naboj katerega koli telesa?

Vsa telesa so sestavljena iz atomov, ki vključujejo pozitivno nabite protone, negativno nabite elektrone in nevtralne delce - nevtrone. . Protoni in nevtroni so del atomskih jeder, elektroni tvorijo elektronsko ovojnico atomov.

V nevtralnem atomu je število protonov v jedru enako številu elektronov v lupini.

Makroskopska telesa, sestavljena iz nevtralnih atomov, so električno nevtralna.

Atom dane snovi lahko izgubi enega ali več elektronov ali pridobi dodaten elektron. V teh primerih se nevtralni atom spremeni v pozitivno ali negativno nabit ion.

Elektrifikacija teles– postopek pridobivanja električno nabitih teles iz električno nevtralnih.

Telesa se ob medsebojnem stiku naelektrijo.

Ob stiku del elektronov z enega telesa preide na drugo, obe telesi se naelektrita, t.j. prejmejo naboje, enake velikosti in nasprotnega predznaka:
"presežek" elektronov v primerjavi s protoni ustvari "-" naboj v telesu;
"Pomanjkanje" elektronov v primerjavi s protoni ustvari "+" naboj v telesu.
Naboj katerega koli telesa je določen s številom presežnih ali premajhnih elektronov v primerjavi s protoni.

Naboj se lahko prenaša z enega telesa na drugo le v delih, ki vsebujejo celo število elektronov. Tako je električni naboj telesa diskretna količina, ki je večkratnik naboja elektrona:

Ali lahko na kratko in jedrnato odgovorite na vprašanje: "Kaj je električni naboj?" To se na prvi pogled morda zdi preprosto, v resnici pa se izkaže, da je veliko bolj zapleteno.

Ali vemo, kaj je električni naboj?

Dejstvo je, da na trenutni ravni znanja še ne moremo razstaviti koncepta "naboja" na enostavnejše komponente. To je temeljni, tako rekoč primarni koncept.

Vemo, da je to določena lastnost osnovnih delcev, mehanizem medsebojnega delovanja nabojev je znan, naboj lahko merimo in uporabljamo njegove lastnosti.

Vendar je vse to posledica eksperimentalno pridobljenih podatkov. Narava tega pojava nam še vedno ni jasna. Zato ne moremo nedvoumno določiti, kaj je električni naboj.

Za to je potrebno razpakirati celo vrsto konceptov. Pojasnite mehanizem medsebojnega delovanja nabojev in opišite njihove lastnosti. Zato je lažje razumeti, kaj pomeni izjava: "ta delec ima (nosi) električni naboj."

Prisotnost električnega naboja na delcu

Kasneje pa je bilo mogoče ugotoviti, da je število osnovnih delcev veliko večje in da proton, elektron in nevtron niso nedeljivi in temeljni gradbeni materiali vesolja. Sami se lahko razgradijo na komponente in spremenijo v druge vrste delcev.

Zato ime "elementarni delec" trenutno vključuje precej velik razred delcev, ki so po velikosti manjši od atomov in atomskih jeder. V tem primeru imajo lahko delci različne lastnosti in kvalitete.

Vendar pa je takšna lastnost, kot je električni naboj, samo dve vrsti, ki se običajno imenujeta pozitivna in negativna. Prisotnost naboja na delcu je njegova sposobnost odbijanja ali privlačenja drugega delca, ki prav tako nosi naboj. Smer interakcije je odvisna od vrste nabojev.

Podobni naboji odbijajo, za razliko od nabojev privlačijo. Poleg tega je sila interakcije med naboji zelo velika v primerjavi z gravitacijskimi silami, ki so lastne vsem telesom v vesolju brez izjeme.

V vodikovem jedru, na primer, elektron z negativnim nabojem privlači jedro, ki ga sestavlja proton in nosi pozitiven naboj, s silo, ki je 1039-krat večja od sile, s katero isti elektron zaradi gravitacije privlači proton. interakcija.

Delci lahko nosijo naboj ali pa ne, odvisno od vrste delca. Vendar je nemogoče "odstraniti" naboj iz delca, tako kot je nemogoč obstoj naboja zunaj delca.

Poleg protona in nevtrona nosijo naboj še nekatere druge vrste osnovnih delcev, vendar le ta dva delca lahko obstajata neomejeno dolgo.

V vesolju vsako telo živi v svojem času, tako živijo tudi osnovni elementarni delci. Življenjska doba večine osnovnih delcev je precej kratka.

Nekateri razpadejo takoj po rojstvu, zato jih imenujemo nestabilni delci.

Po kratkem času razpadejo na stabilne: protone, elektrone, nevtrine, fotone, gravitone in njihove antidelce.

Najpomembnejši mikroobjekti v našem bližnjem prostoru - protoni in elektroni. Nekateri oddaljeni deli vesolja so morda sestavljeni iz antimaterije; tam bosta najpomembnejša delca antiproton in antielektron (pozitron).

Skupaj je bilo odkritih nekaj sto osnovnih delcev: proton (p), nevtron (n), elektron (e -), pa tudi foton (g), pi-mezoni (p), mioni (m), nevtrini tri vrste(elektronski v e, mionski v m, z leptonom v t), itd. Očitno bodo prinesli več novih mikrodelcev.

Videz delcev:

Protoni in elektroni

Pojav protonov in elektronov sega v preteklost, njihova starost pa je približno deset milijard let.

Druga vrsta mikropredmetov, ki igrajo pomembno vlogo v strukturi bližnjega prostora, so nevtroni pogosto ime s protonom: nukleoni. Sami nevtroni so nestabilni; razpadejo približno deset minut po nastanku. Stabilni so lahko samo v jedru atoma. Ogromno število nevtronov se nenehno pojavlja v globinah zvezd, kjer se iz protonov rojevajo atomska jedra.

Nevtrino

V vesolju se nenehno rojevajo tudi nevtrini, ki so podobni elektronu, vendar brez naboja in z majhno maso. Leta 1936 so odkrili vrsto nevtrinov: mionske nevtrine, ki nastanejo pri pretvorbi protonov v nevtrone, v globinah supermasivnih zvezd in pri razpadu številnih nestabilnih mikroobjektov. Rodijo se ob trku kozmičnih žarkov v medzvezdnem prostoru.

Veliki pok je povzročil nastanek ogromnega števila nevtrinov in mionskih nevtrinov. Njihovo število v vesolju nenehno narašča, saj jih ne absorbira praktično nobena snov.

Fotoni

Tako kot fotoni tudi nevtrini in mionski nevtrini zapolnjujejo ves prostor. Ta pojav se imenuje "morje nevtrinov".
Od veliki pok ostalo je zelo veliko fotonov, ki jih imenujemo relikt ali fosil. Ves vesolje je napolnjen z njimi, njihova frekvenca in s tem energija pa se s širjenjem Vesolja nenehno zmanjšuje.

Trenutno vsa kozmična telesa, predvsem zvezde in meglice, sodelujejo pri oblikovanju fotonskega dela vesolja. Fotoni se rodijo na površini zvezd iz energije elektronov.

Povezava delcev

IN začetni fazi nastanku vesolja so bili vsi osnovni delci prosti. Takrat ni bilo ne atomskih jeder, ne planetov, ne zvezd.

Atomi in iz njih planeti, zvezde in vse snovi so nastali pozneje, ko je minilo 300.000 let in se je vroča snov med širjenjem dovolj ohladila.

Samo nevtrino, mionski nevtrino in foton niso vstopili v noben sistem: njihova medsebojna privlačnost je prešibka. Ostali so prosti delci.

Več na začetni fazi Med nastankom vesolja (300.000 let po rojstvu) so se prosti protoni in elektroni združili v atome vodika (en proton in en elektron sta povezana z električno silo).

Proton velja za glavni osnovni delec z nabojem +1 in maso 1,672 10 −27 kg (malo manj kot 2000-krat težji od elektrona). Protoni, ki so končali v masivni zvezdi, so se postopoma spremenili v glavne gradnike vesolja. Vsak od njih je sprostil en odstotek svoje mirujoče mase. V supermasivnih zvezdah, ki so ob koncu svojega življenja zaradi lastne gravitacije stisnjene v majhne prostornine, lahko proton izgubi skoraj petino svoje energije mirovanja (in torej petino svoje mase mirovanja).

Znano je, da so »gradbeni mikrobloki« vesolja protoni in elektroni.

Končno, ko se srečata proton in antiproton, ne nastane noben sistem, ampak se vsa njuna energija počitka sprosti v obliki fotonov ().

Znanstveniki trdijo, da obstaja tudi srhljiv osnovni elementarni delec, graviton, ki prenaša gravitacijsko interakcijo, podobno elektromagnetizmu. Vendar pa je prisotnost gravitona dokazana le teoretično.

Tako so nastali osnovni osnovni delci, ki sedaj predstavljajo naše vesolje, vključno z Zemljo: protoni, elektroni, nevtrini, fotoni, gravitoni in še mnogo drugih odkritih in neodkritih mikroobjektov.

« Fizika - 10. razred"

Najprej si oglejmo najpreprostejši primer, ko električno nabita telesa mirujejo.

Imenuje se veja elektrodinamike, ki preučuje ravnotežne razmere električno nabitih teles elektrostatika.

Kaj je električni naboj?
Kakšni so stroški?

Z besedami elektrika, električni naboj, elektrika velikokrat ste se srečali in se nanje uspeli navaditi. Toda poskusite odgovoriti na vprašanje: "Kaj je električni naboj?" Koncept sam napolniti- to je osnovni, primarni koncept, ki ga na sedanji stopnji razvoja našega znanja ni mogoče zmanjšati na preprostejše, elementarne koncepte.

Poskusimo najprej ugotoviti, kaj je mišljeno z izjavo: » To telo ali pa ima delec električni naboj.«

Vsa telesa so zgrajena iz najmanjših delcev, ki so nedeljivi na enostavnejše in se zato imenujejo osnovno.

Elementarni delci imajo maso in se zaradi tega med seboj po zakonu privlačijo univerzalna gravitacija. Ko se razdalja med delci povečuje, se gravitacijska sila zmanjšuje v obratnem sorazmerju s kvadratom te razdalje. Večina osnovnih delcev, čeprav ne vsi, ima tudi sposobnost medsebojnega delovanja s silo, ki prav tako pada v obratnem sorazmerju s kvadratom razdalje, vendar je ta sila mnogokrat večja od sile gravitacije.

Torej v atomu vodika, ki je shematsko prikazan na sliki 14.1, elektron privlači jedro (proton) s silo, ki je 10 39-krat večja od sile gravitacijske privlačnosti.

Če delci medsebojno delujejo s silami, ki se z večanjem razdalje zmanjšujejo na enak način kot sile univerzalne gravitacije, vendar večkrat presegajo gravitacijske sile, potem pravimo, da imajo ti delci električni naboj. Sami delci se imenujejo napolnjena.

Obstajajo delci brez električnega naboja, toda električnega naboja brez delca ni.

Interakcija nabitih delcev se imenuje elektromagnetni.

Električni naboj določa intenzivnost elektromagnetnih interakcij, tako kot masa določa intenzivnost gravitacijskih interakcij.

Električni naboj elementarnega delca ni poseben mehanizem v delcu, ki bi mu ga lahko odstranili, razgradili na sestavne dele in ponovno sestavili. Prisotnost električnega naboja na elektronu in drugih delcih pomeni le obstoj določenih silnih interakcij med njimi.

V bistvu ne vemo ničesar o naboju, če ne poznamo zakonov teh interakcij. Poznavanje zakonov interakcij bi moralo biti vključeno v naše predstave o naboju. Ti zakoni niso enostavni in jih je nemogoče orisati v nekaj besedah. Zato je nemogoče dati dovolj zadovoljivo kratka definicija koncept električni naboj.

Dva znaka električnih nabojev.

Vsa telesa imajo maso in se zato privlačijo. Naelektrena telesa se lahko privlačijo in odbijajo. to najpomembnejše dejstvo, ki vam je znano, pomeni, da v naravi obstajajo delci z električnimi naboji nasprotnih znakov; pri nabojih istega predznaka se delci odbijajo, pri različnih predznakih pa privlačijo.

Naboj osnovnih delcev - protoni, ki so del vseh atomskih jeder, imenujemo pozitivni, naboj pa elektroni- negativno. Med pozitivnimi in negativnimi naboji ni notranjih razlik. Če bi bili znaki nabojev delcev obrnjeni, se narava elektromagnetnih interakcij sploh ne bi spremenila.

Elementarni naboj.

Poleg elektronov in protonov obstaja še nekaj drugih vrst nabitih osnovnih delcev. Toda samo elektroni in protoni lahko obstajajo v prostem stanju neomejeno dolgo. Ostali nabiti delci živijo manj kot milijoninko sekunde. Nastanejo med trki hitrih osnovnih delcev in, ko obstajajo zanemarljivo kratek čas, razpadejo in se spremenijo v druge delce. S temi delci se boste seznanili v 11. razredu.

Delci, ki nimajo električnega naboja, vključujejo nevtron. Njegova masa je le malo večja od mase protona. Nevtroni so skupaj s protoni del atomsko jedro. Če ima elementarni delec naboj, potem je njegova vrednost strogo določena.

Naelektrena telesa Elektromagnetne sile v naravi igrajo veliko vlogo zaradi dejstva, da vsa telesa vsebujejo električno nabite delce. Sestavni deli atomov – jedra in elektroni – imajo električni naboj.

Neposredno delovanje elektromagnetnih sil med telesi ni zaznano, saj so telesa v normalnem stanju električno nevtralna.

Atom katere koli snovi je nevtralen, ker je število elektronov v njem enako številu protonov v jedru. Pozitivno in negativno nabiti delci so med seboj povezani z električnimi silami in tvorijo nevtralne sisteme.

Makroskopsko telo je električno nabito, če vsebuje presežek osnovnih delcev s poljubnim predznakom naboja. Tako je negativni naboj telesa posledica presežka števila elektronov v primerjavi s številom protonov, pozitivni naboj pa pomanjkanja elektronov.

Če želite dobiti električno nabito makroskopsko telo, to je, da ga naelektrite, morate ločiti del negativni naboj od pozitivnega naboja, povezanega z njim, ali prenese negativni naboj na nevtralno telo.

To je mogoče storiti s pomočjo trenja. Če greste z glavnikom skozi suhe lase, potem se bo majhen del najbolj mobilnih nabitih delcev – elektronov – premaknil z las na glavnik in ga naelektril negativno, lasje pa pozitivno.

Enakost nabojev pri elektrifikaciji

S pomočjo poskusa je mogoče dokazati, da ob naelektrenju s trenjem obe telesi pridobita naboja, ki sta predznaku nasprotna, a po velikosti enaka.

Vzemimo elektrometer, na katerega palici je kovinska krogla z luknjo, in dve plošči na dolgih ročajih: eno iz trde gume in drugo iz pleksi stekla. Pri drgnjenju druga ob drugo se plošče naelektrijo.

Postavimo eno od plošč v notranjost krogle, ne da bi se dotaknili njenih sten. Če je plošča pozitivno nabita, bo nekaj elektronov iz igle in palice elektrometra pritegnilo ploščo in se zbralo na notranji površini krogle. Hkrati bo puščica pozitivno nabita in bo potisnjena stran od palice elektrometra (slika 14.2, a).

Če v kroglo prinesete drugo ploščo, potem ko ste prvo odstranili, se bodo elektroni krogle in palice odbili od plošče in se nabrali v presežku na puščici. To bo povzročilo, da bo puščica odstopala od palice in pod enakim kotom kot v prvem poskusu.

Ko obe plošči spustimo znotraj krogle, ne bomo zaznali nobenega odstopanja puščice (slika 14.2, b). To dokazuje, da so naboji plošč enaki po velikosti in nasprotnega predznaka.

Elektrifikacija teles in njene manifestacije. Med trenjem sintetičnih tkanin pride do znatne elektrifikacije. Ko na suhem zraku slečete srajco iz sintetičnega materiala, lahko slišite značilno prasketanje. Majhne iskre preskakujejo med naelektrenimi območji drgnih površin.

V tiskarnah se papir med tiskom naelektri in listi se zlepijo. Da se to ne bi zgodilo, se uporabljajo posebne naprave za odvajanje naboja. Vendar pa se včasih uporablja elektrifikacija teles v tesnem stiku, na primer v različnih napravah za elektrokopiranje itd.

Zakon o ohranitvi električnega naboja.

Izkušnje z elektrifikacijo plošč dokazujejo, da pri elektrifikaciji s trenjem pride do prerazporeditve obstoječih nabojev med telesi, ki so bila prej nevtralna. Majhen del elektroni se prenašajo iz enega telesa v drugo. V tem primeru se novi delci ne pojavijo in že obstoječi ne izginejo.

Ko so telesa naelektrena, zakon o ohranitvi električnega naboja. Ta zakon velja za sistem, v katerega nabiti delci ne vstopajo od zunaj in iz katerega ne izstopajo, tj. izoliran sistem.

V izoliranem sistemu se algebraična vsota nabojev vseh teles ohrani.

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

kjer so q 1, q 2 itd. naboji posameznih naelektrenih teles.

Zakon o ohranitvi naboja ima globok pomen. Če se število nabitih osnovnih delcev ne spremeni, je izpolnitev zakona o ohranitvi naboja očitna. Toda osnovni delci se lahko spreminjajo drug v drugega, se rodijo in izginejo ter dajo življenje novim delcem.

Vendar pa se v vseh primerih nabiti delci rodijo samo v parih z naboji enake velikosti in nasprotnega predznaka; Nabiti delci tudi izginejo le v parih in se spremenijo v nevtralne. In v vseh teh primerih ostane algebraična vsota nabojev enaka.

Veljavnost zakona o ohranitvi naboja potrjujejo opazovanja ogromnega števila transformacij osnovnih delcev. Ta zakon izraža eno najbolj temeljnih lastnosti električnega naboja. Razlog za zadržanje bremena še ni znan.