Электрический заряд — это физическая величина, характеризующая возможности тел быть источниками электромагнитного поля и участвовать в электромагнитных взаимодействиях (притяжениях и отталкиваниях). Закономерности взаимодействия атомов и молекул удалось понять и объяснить на основе представления о том, что в природе действительно существуют электрические заряды. Экспериментально было доказано, что минимальным отрицательным электрическим зарядом обладает электрон и заряд электрона не делится на меньшие части.
Понимание делимости электрического заряда пришло значительно позже.
Вместо коэффициента k в законе Кулона чаще используется так называемая электрическая постоянная ε0 :
где:
π = 3,14;
$ε_0 = 8,85*10^{-12} {Кл^2over Н*м^2} $.
Минимальный заряд
Принципиальную возможность деления электрического заряда ученые поняли и даже научились это делать до некоторого предела. Эта задача была решена после изобретения электроскопа англичанином Уильямом Гилбертом в 1600 г. Заряд от стеклянного или смоляного предмета переносился на первый электроскоп. Затем брался второй, точно такой же электроскоп, и на него с помощью проводящего стержня переносилась половина изначального заряда. После этого один из электроскопов полностью разряжался, например, с помощью руки. Далее процедура с зарядкой от электроскопа с остатками заряда повторялась снова и снова.
После очередного деления точности электроскопа переставало хватать для ответа на вопрос: до какого значения дальше можно уменьшать заряд, какой заряд считать минимальным? Есть ли предел деления заряда? Появилось предположение, что если существуют частицы, имеющие электрический заряд, то должен быть и предел деления электрического заряда.
Оказалось, что действительно существует такой минимальный заряд, неподдающийся дальнейшему делению. Практически одновременно в 1910-1911 г.г. это экспериментально доказали американский ученый Роберт Милликен и российский физик Абрам Иоффе.
Опыт Милликена-Иоффе
Исследователи электризовали очень мелкие металлические крупинки цинка (Иоффе) или капельки масла (Милликикен). Эти мелкие частицы помещались в электрическое поле между двух заряженных пластин. Под действием силы тяжести частицы стремились упасть на нижнюю пластину. Но изменяя величину электрического поля, ученые могли регулировать скорость их падения или вообще удерживать в равновесии, компенсируя силу тяжести электрическим воздействием.
Заряд пылинок и капель варьировали (изменяли) с помощью подсветки ультрафиолетовым светом. Результаты наблюдений и измерений физических величин показали, что заряды капель и пылинок всегда изменялись скачкообразно, но всегда в целое число раз (в 2, 3, 4, 5 и т.д. раз) больше некоторого минимального заряда.
Результаты удалось объяснить только следующим образом: пылинке (капле) каждый раз сообщается или отбирается только наименьший заряд или целое число таких зарядов.
Этот заряд далее становится неделимым. Частица с наименьшим электрическим зарядом была названа электроном. Минимальный (элементарный) электрический заряд qe равен:
Рис. 2. Схема опыта Милликена-Иоффе
Электрический заряд — это одно из краеугольных свойств электрона. Заряд неотделим от электрона.
В 1928 г. французский физик Поль Дирак теоретически предсказал возможность существования античастицы, которую он назвал позитроном. Эта частица должна обладать точно такими же параметрами, которые имеет электрон, кроме одного — у нее положительный электрический заряд. В 1932 г. эту частицу экспериментально обнаружил американский физик Андерсон при изучении космического излучения. В исследовательских целях позитроны получают, сталкивая высокоэнергетичные частицы в ускорителях (синхрофазотронах, коллайдерах).
Что мы узнали?
Итак, из этой статьи мы узнали кратко о делимости электрического заряда. Минимальным пределом делимости заряда является заряд электрона. Все остальные заряды, существующие в природе, кратны заряду электрона.
