§ 16. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда
Элементарный заряд. На рубеже XIX и XX столетий учёные экспериментально установили, что в природе существует электрический заряд, модуль которого минимален. Этот заряд назвали элементарным. Вы знаете, что ядра всех атомов содержат протоны, которые являются носителями положительного элементарного заряда, а сами атомы содержат электроны, являющиеся носителями отрицательного элементарного заряда. Учёные с точностью порядка ~10–20 установили равенство модулей зарядов электрона и протона.
Модуль элементарного электрического заряда е = 1,6022 · 10–19 Кл. Обычно ограничиваются двумя значащими цифрами е = 1,6 · 10–19 Кл.
Электроны, протоны и нейтроны входят в состав всех тел, так как из них состоят атомы и молекулы любого вещества*. В электрически нейтральном теле алгебраическая сумма зарядов всех частиц равна нулю. Если каким-нибудь образом создать в таком теле избыток зарядов одного знака, то оно окажется заряженным. Заряд тела q образуется совокупностью элементарных зарядов и всегда кратен элементарному заряду е (электрический заряд дискретен):
q = е(Nр – Nе),
где Nр и Nе — числа протонов и электронов в данном теле.
Например, тело, заряд которого q1 = 5е, отличается от нейтрального тела недостатком пяти электронов, а тело, заряд которого q2 = –13е, — избытком тринадцати электронов.
Мы отмечали, что 1 Кл — это очень большой заряд. Какому избытку (недостатку) электронов в теле соответствует этот заряд?
Из истории физики
В 1881 г. немецкий физик Герман Гельмгольц (1821‒1894) чётко сформулировал идею Фарадея об атомности электричества: «Если мы допускаем существование химических атомов, то мы принуждены заключить отсюда далее, что также и электричество, как положительное, так и отрицательное, разделяется на определённые элементарные количества, которые играют роль атомов электричества».
Интересно знать
В одном моле вещества (~6 · 1023 молекул) заряженного тела обычно содержится относительно небольшое количество электронов (до ~1 · 1010), избыточных или недостающих по сравнению с числом протонов. так как масса электрона 9,1 · 10–31 кг, то это вызывает изменение массы одного моля заряженного тела не более чем на 9 · 10–31 кг · 1 · 1010 = 9 · 10–21 кг по сравнению с массой нейтрального тела. такое изменение массы, конечно, можно не учитывать.
* Исключением является водород, у которого ядра атомов — протоны. ↑