Физика

Вопросы экзаменационного собеседования ЭР-11-18-05.

1 Электрический заряд и электрический ток.

Электрический заряд - одно из основных понятий теории электромагнетизма: источник электромагнитного поля, связанный с материальным носителем; характеристика элементарной частицы, определяющая интенсивность её электромагнитного взаимодействия; квантовое число.

Различают два вида электрических зарядов, условно называемые положительным и отрицательным. Одноимённо заряженные тела (частицы) отталкиваются, а разноимённо заряженные притягиваются (Du Fay Charle, 1733-34).

Заряд наэлектризованной стеклянной палочки назвали положительным, а смоляной (в частности, янтарной) — отрицательным. В соответствии с этим условием электрический заряд электрона (электрон по-гречески — янтарь) отрицателен.

Электрический заряд квантован: существует минимальный, элементарный электрический заряд e, которому кратны все электрические заряды тел, e = 1,602176462(63)×10 ^{– 19} Кл.

Полный электрический заряд замкнутой физической системы, равный алгебраической сумме зарядов слагающих систему элементарных частиц (для обычных макроскопических тел — протонов и электронов), сохраняется во всех взаимодействиях и превращениях частиц системы закон сохранения электрического заряда.

Сила взаимодействия между покоящимися заряженными точечными телами (частицами) подчиняется закону Кулона (Coulomb Charles Augustin, 1785).

Связь электрического заряда с электромагнитным полем определяется полевыми уравнениями Максвелла (Maxwell James Clerk, 1860-64).

В Международной системе единиц электрический заряд измеряется в кулонах (Кл).

1. Закон сохранения электрического заряда (Faraday Michael, 1843).

Заряд электрически замкнутой системы (через поверхность которой не переносятся заряженные частицы) не изменяется, какие бы процессы в ней не происходили.

Электрические заряды существуют не сами по себе, а связаны с частицами, являются внутренним свойством частиц. Например, электрон (открыт в 1897) - носитель отрицательного элементарного электрического заряда, протон (открыт в 1921) - обладает таким же по величине положительным зарядом.

В физике элементарных частиц высоких энергий характерны процессы взаимопревращений частиц. Число частиц не сохраняется — одни исчезают, другие рождаются, но при этом закон сохранения электрического заряда всегда строго выполняется и требует, чтобы полный заряд оставался неизменным при всех взаимодействиях и превращениях частиц.

Рождение новой заряженной частицы возможно лишь либо при одновременном исчезновении «старой» частицы с таким же зарядом, либо в паре с другой частицей, имеющей заряд противоположного знака (например, в процессе рождения пар частица-античастица).

При всех таких превращениях выполняются и другие законы сохранения, например, энергии, импульса.

Закон сохранения электрического заряда вместе с законом сохранения энергии «объясняют» устойчивость электрона. Электрон (и его античастица позитрон) — самая лёгкая из заряженных частиц, поэтому он ни на что не может распасться: распад на более тяжёлые заряженные частицы (например, мюон, пи-мезон) запрещен законом сохранения энергии, а распад на более лёгкие, чем электрон, нейтральные частицы (фотоны, нейтрино) запрещен законом сохранения электрического заряда.