Эдвард М. Парселл
"ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ"
(БЕРКЛЕЕВСКИЙ КУРС ФИЗИКИ, ТОМ II)
М.; "НАУКА", 1971г.

ГЛАВА 1

ЭЛЕКТРОСТАТИКА

1.3. 

Квантование заряда

Опыт Милликэна с каплей масла и ряд других экспериментов показали, что в природе электрические заряды состоят из дискретных зарядов постоянной величины. Эта величина обозначается через е и является зарядом электрона. Мы уже отмечали, что позитрон обладает в точности таким же количеством электричества. Еще более замечательным фактом является точное равенство зарядов всех других заряженных частиц - равенство по величине, например, положительного заряда протона и отрицательного заряда электрона.

Последнее равенство - а именно равенство зарядов протона и электрона - было проверено в очень тонком эксперименте, который заключается в исследовании электрической нейтральности атома или молекулы водорода. Иными словами, нужно было попытаться отклонить пучок атомов или молекул электрическим полем. В опыте, поставленном для этой цели, использовался хорошо коллимированный пучок атомов цезия в высоком вакууме, проходящий через сильное электрическое поле. По отсутствию какого-либо наблюдаемого отклонения можно сделать вывод, что чистый заряд атома цезия должен быть меньше 10 -16e. Еще более тонкий эксперимент был недавно проведен другим способом. Большой объем водорода подвергался сжатию в резервуаре, полностью изолированном в электрическом отношении от окружающей среды. Затем газ выпускали из резервуара таким образом, чтобы с ним не могли выйти обычные ионы. Если бы заряд протона отличался от заряда электрона, скажем, на одну часть от биллиона, тогда каждая молекула водорода, состоящая из двух протонов и двух электронов, имела бы заряд, равный 2·10 -9e, и удаление всей массы водорода заметно изменило бы электрический заряд и потенциал резервуара. Действительно, этот эксперимент мог бы обнаружить такой остаточный заряд, как 10 -20e на атом, но наблюдения никаких зарядов не показали! Отсюда мы делаем вывод, что электрон и протон имеют одинаковые заряды с точностью до одной части на 10 20.

Согласно современным взглядам, между электроном и протоном существует наибольшее, возможное для элементарных частиц, различие. Никто еще не понимает, почему при этом их заряды равны с такой фантастической степенью точности. Очевидно, что квантование заряда является таинственным и универсальным законом природы. Опыт показывает, что заряды всех элементарных частиц в точности одинаковы. Мы можем надеяться, что в будущем какое-нибудь новое открытие или теоретическая интуиция объяснят нам, почему частицы с зарядом 0,500е или 0,999е не могут существовать.

Факт квантования заряда выходит, конечно, за пределы классического электромагнетизма. Обычно мы его игнорируем и поступаем так, как будто наши точечные заряды q могут иметь любую величину. Нас это не волнует. Однако полезно вспомнить, что классическая теория не в состоянии объяснить структуры элементарных частиц. (Нельзя определенно сказать, что современная квантовая теория может это сделать!) Что удерживает электрон от распада - так же таинственно, как и то, что определяет точную величину его заряда. Здесь должны иметь место какие-то силы, величина которых больше величины электрических сил, так как электростатические силы, действующие между различными частями электрона, приводят к отталкиванию.

Изучая электричество и магнетизм, мы будем считать заряженные частицы столь малыми, что их размеры и строение в ряде случаев совершенно не играют никакой роли. Например, из экспериментов по рассеянию при высокой энергии нам известно, что электрический заряд протона не выходит заметно за пределы сферы радиуса 10 -13см. Напомним, что опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц показали, что даже у тяжелых ядер электрический заряд распределен по области, размеры которой не превышают 10 -11см. Для физика девятнадцатого столетия "точечный заряд" оставался абстрактным понятием, довольно слабым подобием которого служил заряженный полый шар. В настоящее время мы находимся в коротком знакомстве с частицами, из которых построен атом. Представление о дискретности заряда так глубоко вошло в наше современное описание природы, что точечный заряд кажется нам менее искусственной идеализацией, чем заряд, распределенный в объеме с непрерывной плотностью. Когда мы постулируем такие непрерывные распределения зарядов, мы можем их считать средними из очень большого количества элементарных зарядов, так же как, вводя макроскопическую плотность жидкости, мы не обращаем внимания на ее неоднородность на молекулярном уровне. Квантование заряда не может быть очень заметно на объектах, размеры которых гораздо больше масляных капель Милликэна!

В этой главе:
1.1. Электрический заряд
1.2. Сохранение заряда
1.3. Квантование заряда
1.4. Закон Кулона
1.5. Энергия системы зарядов
1.6. Электрическая энергия кристаллической решетки
1.7. Электрическое поле
1.8. Распределение зарядов
1.9. Поток
1.10. Закон Гаусса
1.11. Поле сферического распределения зарядов
1.12. Поле линейного заряда
1.13. Поле бесконечно большого плоского заряженного слоя
ВСЕГДА ВЫРУЧИТ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО от одной батарейки!

Вы не останетесь без связи в самый нужный момент - в качестве источника энергии выступит обычная батарейка типа АА...

Удобная почтовая доставка не только по России...

 
Более 3000 типов оригинальных аккумуляторов...

...для смартфонов и мобильных телефонов LG, Samsung, Motorola, Nokia, Sony Ericsson и др.

Доставка почтой, курьером...

webmaster@radio-1895.ru