Электрические заряды
Если потереть стеклянную палочку о лист бумаги, то палочка приобретёт способность
притягивать к себе листочки «султана» (см. рис. 1.1), пушинки, тонкие струйки воды.
При расчёсывании сухих волос пластиковой расчёской волосы притягиваются к расчёске.
В этих простых примерах мы встречаемся с проявлением сил, которые получили название
электрических.
Рис. 1.1. Притягивание листочков «султана» наэлектризованной стеклянной палочкой.
Тела или частицы, которые действуют на окружающие предметы электрическими силами,
называют заряженными или наэлектризованными. Например, упомянутая выше стеклянная
палочка после того, как её потереть о лист бумаги, становится наэлектризованной.
Частицы имеют электрический заряд, если они взаимодействуют друг с другом посредством
электрических сил. Электрические силы уменьшаются с увеличением расстояния между частицами.
Электрические силы во много раз превышают силы всемирного тяготения.
Электрический заряд – это физическая величина, которая определяет интенсивность
электромагнитных взаимодействий. Электромагнитные взаимодействия – это взаимодействия
между заряженными частицами или телами.
Электрические заряды делятся на положительные и отрицательные. Положительным зарядом
обладают стабильные элементарные частицы – протоны и позитроны, а также
ионы атомов металлов и т.д. Стабильными носителями отрицательного заряда являются
электрон и антипротон.
Существуют электрически незаряженные частицы, то есть нейтральные: нейтрон, нейтрино.
В электрических взаимодействиях эти частицы не участвуют, так как их электрический заряд
равен нулю. Бывают частицы без электрического заряда, но электрический заряд
не существует без частицы.
На стекле, потёртом о шёлк, возникают положительные заряды. На эбоните, потёртом
о мех – отрицательные заряды. Частицы отталкиваются при зарядах одинаковых знаков
(одноимённые заряды), а при разных знаках (разноимённые заряды) частицы притягиваются.
Все тела состоят из атомов. Атомы состоят из положительно заряженного атомного ядра и
отрицательно заряженных электронов, которые движутся вокруг ядра атома.
Атомное ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных частиц – нейтронов.
Заряды в атоме распределены таким образом, что атом в целом является нейтральным,
то есть сумма положительных и отрицательных зарядов в атоме равна нулю.
Электроны и протоны входят в состав любого вещества и являются наименьшими устойчивыми
элементарными частицами. Эти частицы могут неограниченно долго существовать в
свободном состоянии. Электрический заряд электрона и протона называется элементарным зарядом.
Элементарный заряд – это минимальный заряд, которым обладают все заряженные
элементарные частицы. Электрический заряд протона равен по абсолютной величине заряду электрона:
е = 1,6021892(46) * 10-19 Кл
Величина любого заряда кратна по абсолютной величине элементарному заряду,
то есть заряду электрона. Электрон в переводе с греческого electron – янтарь,
протон – от греческого protos – первый, нейтрон от латинского neutrum – ни то, ни другое.
Проводники и диэлектрики
Электрические заряды могут перемещаться. Вещества, в которых электрические заряды могут
свободно перемещаться, называются проводниками. Хорошими проводниками являются все металлы
(проводники I рода), водные растворы солей и кислот – электролиты (проводники II рода),
а также раскалённые газы и другие вещества. Тело человека также является проводником.
Проводники обладают высокой электропроводностью, то есть хорошо проводят электрический ток.
Вещества, в которых электрические заряды не могут свободно перемещаться, называются
диэлектриками (от английского dielectric, от греческого dia – через, сквозь
и английского electric – электрический). Эти вещества также называют изоляторами.
Электропроводность диэлектриков очень мала по сравнению с металлами. Хорошими изоляторами
являются фарфор, стекло, янтарь, эбонит, резина, шёлк, газы при комнатных температурах и
другие вещества.
Разделение на проводники и изоляторы условно, так как проводимость зависит от различных
факторов, в том числе от температуры. Например, стекло хорошо изолирует только в сухом
воздухе и становится плохим изолятором при большой влажности воздуха.
Проводники и диэлектрики играют огромную роль в современном применении электричества.
