• Електричний заряд, його властивості.

Розділ фізики, в якому вивчається взаємодія нерухомих електричних зарядів (електростатична взаємодія) називають електростатикою. Оскільки рух або спокій зарядів відносні і визначаються станом інерціальної системи відліку, то ті ж самі заряди в одних системах відліку, відносно яких вони нерухомі, проявляють електростатичну взаємодію, а в інших, відносно яких заряди рухаються, – електромагнітну взаємодію. Отже, чисто електростатична взаємодія зарядів є відносною і проявляється лише в тих системах відліку, відносно яких ці заряди нерухомі. Взаємодія нерухомих зарядів відбувається через електростатичне поле, джерелами якого і являються ці нерухомі заряди. Оскільки поле зарядів локалізоване в просторі, навколо них це поле в кожній точці простору характеризується рядом фізичних величин, то електростатичним часто називають поле, характеристики якого в кожній точці незмінні з часом.

Електричний заряд є внутрішньою характеристикою деяких елементарних частинок, яка проявляється у їхній взаємодії на відстані або під час дії на них зовнішніх електромагнітних полів. Електричний заряд являється джерелом і об’єктом дії електромагнітного поля.

Відомо, що в природі існують два типи електричного заряду: позитивні(додатні) та негативні(від’ємні), причому однотипні заряди відштовхуються один від одного, а заряди різних типів – взаємно притягуються.

Вважаємо відомим факт існування найменших, неподільних зарядів кожного типу – квантів заряду, або елементарних зарядів: . Елементарний електричний заряд за модулем дорівнює Кл. (Кулон – одиниця виміру електричного заряду).

Кожен електричний заряд в природі складається з цілої кількості елементарних зарядів:

(3.1.1)

Передаватися від тіла до тіла електричний заряд також може лише квантами: у вигляді цілого числа елементарних зарядів. Квантовий характер електричного заряду є надзвичайно важливим в мікросвіті, де типова величина електричних зарядів дорівнює декільком квантам заряду (тобто ).

Однією з важливих властивостей елементарного заряду є інваріантність – незалежність його величини від стану інерціальних систем відліку, в яких визначається його числове значення, тобто числове значення заряду не залежить від швидкості.

Незважаючи на відносну самостійність, заряд не існує незалежно від носіїв заряду, тобто від матерії, поза простором і часом. Заряд – це одна із фундаментальних властивостей матерії. Носіями позитивних елементарних зарядів є такі мікрочастинки як протони, тоді як електрони мають рівний за модулем, але протилежний за знаком, від’ємний елементарний заряд.

Для макротіл звичайно , тому квантовий характер заряду не проявляється. В таких випадках вважають, що електричний заряд розподілений у провіднику неперервно і дискретною структурою заряду нехтують. Тому вводиться поняття об’ємної, поверхневої і лінійної густини неперервно розподілених зарядів.

Об’ємну густину заряду в даній точці простору визначають як границю відношення заряду , який міститься в об’ємі , що оточує точку, до величини цього об’єму:

(3.1.2)

Аналогічно введемо поняття поверхневої густини заряду:

Поверхневу густину заряду в даній точці простору визначають як границю відношення заряду , який містить малий елемент зарядженої поверхні площею , що оточує точку, до величини цієї площі:

(3.1.3)

Та лінійної густини заряду

(3.1.4)

При цьому вважають неперервними функціями координат.

Система тіл чи частинок за умови відсутності обміну електричними зарядами з навколишніми тілами називається електрично ізольованою системою. Для таких систем є справедливим закон збереження електричного заряду:

“алгебраїчна сума електричних зарядів тіл чи частинок, які утворюють електрично ізольовану систему, не змінюється за будь-яких процесів, що відбуваються в цій системі”, тобто у електрично ізольованій системі електричні заряди можуть виникати, або зникати лише парами (позитивний + негативний), причому так, що загальний заряд системи є незмінним у часі.