1.2. Электрический заряд
Определения, что такое электрический заряд, величина которого обозначается обычно буквами q или Q, нет. Но широко известно, что существуют два сорта зарядов, один из которых назван положительным, а второй отрицательным.
Одинаковые сорта отталкиваются, а разные — притягиваются. Сила их взаимодействия во много раз больше, чем сила гравитационного притяжения. В случае, если положительные и отрицательные заряды перемешаны поровну, отталкивание и притяжение будут сбалансированы. Такой совершенный, точный баланс существует в окружающей нас живой и неживой природе. Нарушение его привело бы к проявлению огромных электрических сил. Для того, чтобы представить их величину, заметим, что если бы в одном из двух человек, стоящих на расстоянии вытянутой руки друг от друга, электронов оказалось бы на 1% больше, чем положительных зарядов, силы их взаимного отталкивания хватило бы, чтобы поднять Землю!Электрические силы, удерживающие атомы и молекулы друг подле друга, обеспечивают высокую жесткость и прочность состоящих из них веществ. Вспомним, к примеру, металлические конструкции и стройматериалы, обеспечивающие прочность даже нью-йоркским небоскребам. В конечном итоге, вся Вселенная представляет собой хорошо уравновешенную смесь положительных и отрицательных зарядов. Он подтвержден опытами, специально поставленными в 1963–1964 годах. Простейшей системой положительных и отрицательных зарядов является атом, в целом нейтральный. Поэтому пучок летящих в вакууме атомов не должен испытывать не отклонения, ни рассеяния при прохождении через сильное электрическое поле. В описываемых опытах такое рассеяние было бы замечено, если бы сумма зарядов одного знака превышала в пучке сумму зарядов другого знака на величину, равную 10 –20 заряда электрона. Но даже такое малое отклонение от их равенства не наблюдается.
Известен опытный закон сохранения заряда: полный заряд изолированной системы никогда не изменяется.
Заряд нельзя создать либо уничтожить, его можно лишь перенести с одного тела на другое. Явление возникновения заряда не наблюдалось никогда; заряды возникают только парами — положительный и равный ему отрицательный. Закон сохранения заряда есть опытный закон так же, как и закон сохранения энергии, импульса.Любопытнейшим опытным фактом является также квантованность электрического заряда: существует “квант” электричества, минимальная его порция, равная заряду электрона. Эта порция одинакова по величине как для положительных, так и для отрицательных зарядов и составляет 1,6?10–19 Кл в Международной системе единиц СИ. Величина этой порции принята за единицу измерения заряда в молекулярной, атомной и ядерной физике, физике элементарных частиц. Так, например, заряд ядра атома лития, совпадающий, как известно, с номером этого элемента в периодической системе Менделеева, равен трем. Если вы хотите найти этот заряд в кулонах — единице измерения заряда в СИ, следует указанный выше заряд электрона умножить на три.
Любой электрический заряд создает вокруг себя поле, благодаря которому взаимодействует с другим зарядом, находящимся на расстоянии от него. Покоящийся заряд создает поле, которое называется электростатическим. Движущийся равномерно заряд создает также и магнитное поле. И, наконец, заряд, движущийся с ускорением, создает электромагнитное поле. Эти поля обладают разными свойствами, но все являются объективной реальностью и широко используются в науке и технике. К описанию свойств первого из этих полей мы теперь переходим.