Глава шестая. Электростатика

§ 37. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда

Между телам,и, частицами вещества существует гравитационное взаимодействие, проявляющееся во взаимном притяжении. В природе существует и другой вид взаимодействия - электромагнитное, например, между прогоном и электроном или двумя электронами. Оно в миллиарды раз сильнее, чем гравитационное, и проявляется не только в притяжении, но и в отталкивании. К этому виду взаимодействия относятся: взаимодействие наэлектризованных тел (рис. 42, а), магнитов (рис. 42, б), токов (рис. 42, в), магнита и тока (рис. 42, г), тока и магнита (рис. 42, д). Из приведенных примеров можно сделать вывод, что электромагнитное взаимодействие - это взаимодействие электрически заряженных частиц (тел).

Рис. 42. Примеры электромагнитного взаимодействия

Свойство тел проявлять электромагнитное взаимодействие характеризуется величиной, называемой электрическим зарядом. Если тело проявляет более сильное электромагнитное взаимодействие, оно имеет больший электрический заряд, и наоборот, если тело имеет меньший заряд, то оно проявляет меньшее электромагнитное взаимодействие. Исходя из сказанного, электрическому заряду можно дать такое определение: электрический заряд есть величина, характеризующая способность тел, частиц к электромагнитному взаимодействию.

Большинство электрических и магнитных явлений и свойств веществ зависит от электронов: от их избытка, недостатка, относительного покоя, движения. Так, тела, имеющие избыток или* недостаток электронов, взаимно отталкиваются. Проводники, по которым в одном направлении движутся потоки электронов, взаимно притягиваются.

Тело (твердое, жидкое, газообразное), имеющее одинаковое количество электронов и протонов, электрически нейтрально, т. е. в целом у него нет электрического заряда. Заряд электрона не дает возможности проявиться заряду протона, и наоборот, т. е. их свойства к электромагнитному взаимодействию нейтрализуют друг друга. Исходя из этого, условно заряд электрона считается отрицательным, а протона - положительным. Если на теле оказывается избыток электронов, то оно заряжено отрицательно, а если " недостаток - положительно. Численное значение заряда электрона и протона одинаково. Их заряд называется элементарным. Без материального объекта (тела, частицы вещества) понятие заряда смысла не имеет^*. У частицы, которая не проявляет электромагнитного взаимодействия, например у нейтрона, заряда нет.

^* (Для краткости вместо слов заряженное тело, заряженная частица часто употребляют слово заряд.)

Процесс создания избытка электронов на одном теле и недостатка их на другом называется электризацией. При ней одно тело заряжается положительно, а другое - отрицательно. При электризации с одного тела на другое переходит большое количество электронов, но так как масса электрона очень мала, то мы не обнаруживаем изменения массы наэлектризованных тел.

Рис. 43. К закону сохранения электрического заряда

Возьмем две ненаэлектризованные пластинки: одну эбонитовую, другую из плексигласа. Потерев одну пластинку о другую, наэлектризуем их. Не касаясь стенок, опустим пластинку А в шар одного электрометра, пластинку В - в шар другого (рис.43). Стрелки электрометров отклонились на одинаковое деление. Соединив шары проводником С, видим, что электрометры разрядились. Из опыта следует, что тела при электризации заряжаются противоположными зарядами и в равных количествах. Это наблюдается не только при электризации, тел, но и в процессах превращения одних элементов и элементарных частиц в другие. В 1843 г. Фарадей открыл закон сохранения электрического заряда: электрические заряды не возникают и не исчезают, они только могут перераспределяться между телами или перемещаться внутри данного тела. Говоря о заряде, имеем в виду свойство материального объекта к электромагнитному взаимодействию.

Теория, объясняющая различные электрические и магнитные явления и свойства вещества наличием в нем электронов, их расположением в пространстве, движением и взаимодействием с другими заряженными частицами, составляющими вещество, называется электронной теорией.