Заряд частинок - одна з основних характеристик елементарних частинок, що визначає їх електромагнітну взаємодію. Заряд вимірюється в спеціальних одиницях, які відіграють важливу роль у фізиці.
Абсолютна одиниця заряду - це елементарний електричний заряд, рівний приблизно 1,602×10^-19 кулонів. Це мінімально можливий заряд, який може приймати елементарна частинка. Значення цієї константи було встановлено експериментально і є фундаментальною величиною у фізиці.
Існує також відносна одиниця заряду, яка визначає заряд відносно абсолютної одиниці. Для позитивних частинок значення відносного заряду перевищує одиницю, а для негативних частинок – менше одиниці.
Одиниці вимірювання заряду частинок у фізиці відносяться до величин, які легко пояснити на практиці. Вони дозволяють вченим визначати властивості та поведінку частинок, а також проводити фізичні розрахунки та експерименти.
Заряд частинок
Заряд вимірюється в одиницях заряду елементарного електрона, якому присвоєна негативна величина і дорівнює приблизно -1,602 x 10^-19 Кл (кулонів).
Заряд частинок може бути позитивним або негативним. Електрони, античастинки електронів-позитрони і деякі ядра атомів мають негативний заряд. Протони та деякі інші ядра атомів мають позитивний заряд. Нейтрони не мають заряду, так як їх заряд дорівнює нулю.
Заряд частинок відіграє найважливішу роль в електромагнетизмі та електростатиці. Він визначає взаємодію частинок між собою і з електромагнітним полем. Заряд частинок також бере участь у формуванні атома і визначає його властивості.
Елементарний заряд
Елементарний заряд є мінімальною одиницею електричного заряду, який може існувати в природі. Він є фундаментальною константою і не може бути розділений на більш дрібні частини. Всі інші заряди, як позитивні, так і негативні, є цілими або дробовими кратними елементарного заряду.
Елементарний заряд пов'язаний з деякими іншими фізичними константами. Наприклад, він пов'язаний зі швидкістю світла у вакуумі та постійною Планка через формулу:
де α-Константа тонкої структури, ħ-приведена Константа Планка, а c - швидкість світла у вакуумі.
Елементарний заряд відіграє важливу роль у фізиці частинок та електромагнетизмі. Він визначає силу взаємодії між зарядженими частинками, а також властивості електричних і магнітних полів. Вимірювання заряду частинок дозволяє вивчати і розуміти основні закони і принципи електромагнетизму.
Кулон
Кулон також може бути виражений через елементарний електричний заряд, який дорівнює приблизно 1.6 × 10^-19 кулона. Елементарний заряд вважається найменшою можливою порцією заряду в природі і є фундаментальною константою.
Заряди частинок, таких як протони та електрони, вимірюються в кулонах. Протон має позитивний заряд, рівний приблизно 1.6 × 10^-19 кулона, в той час як електрон має негативний заряд такої ж величини, але з протилежним знаком.
Кулон є важливою одиницею вимірювання в електродинаміці та електростатиці. Вона використовується для визначення електричного заряду тіл і частинок, а також для розрахунку електричних сил і потенціалів.
Закон збереження заряду
Цей закон є фундаментальним принципом взаємодії заряджених частинок і обумовлює безліч явищ в світі атомів, молекул і елементарних частинок. Він дозволяє пояснити, чому заряджені частинки притягуються або відштовхуються, як заряд впливає на електричне і магнітне поле, і як відбуваються електрохімічні реакції.
Існування закону збереження заряду підтверджується багатьма експериментами та спостереженнями. Наприклад, в атомі електрони навколо ядра мають негативний заряд, протони в ядрі мають позитивний заряд, і ці заряди підсумовуються до нуля, що означає збереження заряду в атомі.
Важливо відзначити, що закон збереження заряду є наслідком симетрії фізичних процесів щодо часу. Тобто, якщо ми розглянемо фізичний процес "взаємодія зарядів" і програємо його навпаки, то результат буде таким же. Це обумовлює збереження заряду в часі.
Одиниці виміру заряду
Іншою одиницею вимірювання заряду є елементарний заряд (e), який визначає найменший можливий заряд, який несе одна одинична елементарна частинка. Значення елементарного заряду становить приблизно 1,602 x 10^-19 кулона.
Також у фізиці використовуються додаткові одиниці виміру заряду, такі як мікрокулон (μC), мілліколумб (мС), і т.д. вони являють собою менші або більші частки кулона і застосовуються для більш зручного вираження і порівняння зарядів різних частинок.
Використання правильних одиниць вимірювання заряду є важливим аспектом у фізиці, оскільки дозволяє зручно описувати та вимірювати електричні явища, такі як струм, напруга та заряди частинок.
Електронвольт
Електронвольт визначається як енергія, отримана однопозитивним зарядом в результаті переміщення через електричне поле з напругою одного вольта.
Це означає, що електронвольт дорівнює роботі, виробленої електричним полем при переміщенні електрона на відстань, рівну одному одиничному заряду (елементарному заряду). Часто використовується префікс мега- (МЕВ), Гіга - (Гев) тощо для вимірювання більших енергій, пов'язаних з елементарними частинками.
Електронвольт також може бути використаний для вимірювання маси частинок відповідно до формули E = mc². Тут E являє собою енергію, m-масу частинки, а c - швидкість світла у вакуумі (яка дорівнює приблизно 299792458 метрів в секунду).
Завдяки своїй універсальності і зручності використання в різних областях фізики, електронвольт став одним з основних одиниць вимірювання енергії і маси в мікросвіті.
Заряд і електромагнітне поле
Взаємодія заряджених частинок відбувається через електромагнітне поле, яке утворюється навколо зарядженого об'єкта. Електромагнітне поле описується за допомогою векторного поля, що включає в себе електричне і магнітне поле.
Електричне поле виникає в результаті різниці зарядів і є діючою силою на інші заряджені частинки. Воно характеризується напруженістю електричного поля, яка вимірюється в вольтах на метр (В/м).
Магнітне поле виникає при русі заряджених частинок і взаємодії електричного поля зі струмом. Магнітне поле характеризується індукцією магнітного поля, яка вимірюється в теслах (Тл).
Електромагнітне поле впливає на заряджені частинки і назад. Взаємодія відбувається через силу, яка називається електромагнітною силою. Вона дорівнює добутку зарядів частинок і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.
| Заряд | Позначення | Значення |
|---|---|---|
| Елементарний заряд | e | 1.602176634 × 10 -19 Кл |
| Позитивний заряд протона | e + | 1.602176634 × 10 -19 Кл |
| Негативний заряд електрона | e - | -1.602176634 × 10 -19 Кл |
Заряд і елементарні частинки
Однією з основних одиниць вимірювання заряду є кулон (C). Він визначає заряд, який проходить через провідник при силі струму в один ампер протягом однієї секунди.
У фізиці існує поняття елементарного заряду, який позначається символом e. елементарний заряд є мінімальним можливим зарядом і становить приблизно 1.6 * 10^-19 кулона.
Всі елементарні частинки мають заряди, які є цілими або дробовими кратними елементарного заряду. Наприклад, електрон має заряд-e, а протон-e.
Заряд частинки також можна виміряти у відносних одиницях, таких як заряд електрона (e) або одиниця елементарного заряду (|e|).
Вимірювання заряду та його властивостей є основою для розуміння та опису фізичних явищ, таких як електричні та магнітні поля, електричний струм та взаємодія частинок між собою.