ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД И ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ

 

Со словами электричество, элек­трический заряд, электрический ток вы встречались много раз и успели к ним привыкнуть. Но попробуйте ответить на вопрос: «Что такое элек­трический заряд?» - и вы убедитесь, что это не так-то просто. Дело в том, что понятие заряд - это основное, первичное понятие, которое не сво­дится на современном уровне разви­тия наших знаний к каким-либо бо­лее простым, элементарным поня­тиям.

Попытаемся сначала выяснить, что понимают под утверждением «Данное тело или частица имеют электрический заряд».

Вы знаете, что все тела построены из мельчайших частиц, которые не­делимы на более простые и поэтому называются элементарными. Все эле­ментарные частицы имеют массу и благодаря этому притягиваются друг к другу согласно закону всемирного тяготения. С увеличением расстоя­ния между частицами сила тяготе­ния убывает обратно пропорционально квадрату этого расстояния. Большинство элементарных частиц, хотя и не все, кроме того, обладают способностью взаимодействовать друг с другом с силой, которая так­же убывает обратно пропорциональ­но квадрату расстояния, но эта сила в огромное число раз превосходит силу тяготения. Так, в атоме водорода, изображенном схематически на рисунке, электрон притягивается к ядру (протону) с силой, в 10³⁹ раз превышающей силу гравитационного притяжения.

Если частицы взаимодействуют друг с другом с силами, которые убывают с увеличением расстояния так же, как и силы всемирного тя­готения, но превышают силы тяго­тения во много раз, то говорят, что эти частицы имеют электрический заряд. Сами частицы называются заряженными. Бывают частицы без электрического заряда, но не сущест­вует электрического заряда без час­тицы.

Взаимодействия между заряжен­ными частицами носят название электромагнитных. Электрический заряд определяет интенсивность электромагнитных взаимодействий, подобно тому как масса определяет интенсивность гравитационных взаимодействий.

Электрический заряд элементарнойчастицы - это не особый механизм в частице, который можно было бы снять с нее, разложить на состав­ные части и снова собрать. Наличие электрического заряда у электрона и других частиц означает лишь сущест­вование определенных силовых вза­имодействий между ними. Но мы, В сущности, ничего не знаем о заряде, если не знаем законов этих взаимо­действий. Знание законов взаимо­действий должно входить в наши представления о заряде. Эти законы непросты, и изложить их в несколь­ких словах невозможно. Поэтому нельзя дать достаточно удовлетвори­тельное краткое определение поня­тию электрический заряд.

Два знака электрических заря­дов. Все тела обладают массой и поэтому притягиваются друг к другу. Заряженные же тела могут, как притягивать, так и отталкивать друг друга. Этот важнейший факт, знако­мый вам из курса физики VIII клас­са, означает, что в природе есть частицы с электрическими зарядами противоположных знаков; при заря­дах одинаковых Знаков частицы от­талкиваются, а при разных притягиваются.

Заряд элементарных частиц ­– протонов, входящих в состав всех атомных ядер, называют положи­тельным, а заряд электронов - от­рицательным. Между положительны­ми и отрицательными зарядами внутренних различий нет. Если бы знаки зарядов частиц поменялись местами, то от этого характер элек­тромагнитных взаимодействий ни­сколько бы не изменился.

Элементарный заряд. Кроме элек­тронов и протонов, есть еще несколь­ко типов заряженных элементарных частиц. Но только электроны и про­тоны могут неограниченно долго су­ществовать в свободном состоянии. Остальные же заряженные частицы живут менее миллионных долей се­кунды. Они рождаются при столкно­вениях быстрых элементарных час­тиц и, просуществовав ничтожно мало, распадаются, превращаясь в другие частицы. С этими частицами вы познакомитесь в XI классе.

К частицам, не имеющим элек­трического заряда, относится ней­трон. Его масса лишь незначительно превышает массу протона. Нейтро­ны вместе с протонами входят в состав атомного ядра.

Если элементарная частица имеет заряд, то его значение, как показали многочисленные опыты, строго опре­делено. Об одном из таких опытов ­опыте Милликена - Иоффе - будет рассказано в дальнейшем.

 

Существует минимальный заряд, называемый элементарным, которым обладают все заряженные элемен­тарные частицы. Заряды элементар­ных частиц различают лишь зна­ками. Отделить часть заряда, напри­мер, у электрона невозможно. Все сведения об электрических зарядах получают из опыта.