§ 18. Два роди електричних зарядів. Дискретність електричного заряду

У природі існують два роди електричних зарядів: позитивні та негативні.

З попередніх дослідів ви побачили, що наелектризовані тіла взаємодіють між собою. Під час електризації ебонітової або скляної палички виникають порівняно невеликі заряди, тому сили, з якими вони взаємодіють, незначні. Сильнішу взаємодію можна спостерігати, зарядивши будь-які тіла від електрофорної машини, яка дає змогу безперервно розділяти і накопичувати позитивні та негативні заряди. З’єднані дротом-провідни-ком з кульками машини, «султани» (вузькі паперові смужки на штативах для демонстрації взаємодії заряджених тіл) сильніше взаємодіють, якщо збільшується кількість електричних зарядів на них (мал. 114).

Із цих і попередніх дослідів добре видно, що однойменні заряди відштовхуються, а різнойменні — притягуються.

Тіла, які мають електричні заряди однакового знака (мал. 115, а, б), взаємно відштовхуються, а тіла, що мають заряди протилежних знаків, взаємно притягуються (мал. 115, б).

Явище взаємного притягання або відштовхування наелектризованих тіл використовують для виявлення, чи передано певному тілу електричний заряд. Дія пристрою, за допомогою якого виявляють, чи наелектри-

зоване тіло, ґрунтується на взаємодії заряджених тіл. Такий пристрій називають електроскопом (з грец. електрон - бурштин, електрика і skopeo - спостерігаю, виявляю). Прилад, у конструкцію якого додано стрілку і шкалу для оцінювання значення електричного заряду, називають електрометром (мал. 116).

Крізь пластмасову вставку в металевій оправі корпуса електрометра пропущено металевий стержень, до якого прикріплено легку стрілку (або дві паперові смужки). Стрілка, заряджаючись від наелектризованого ебонітовою (скляною) паличкою стержня, відштовхується від нього й відхиляється на певний кут. Що більший заряд електрометра, то з більшою силою стрілка відштовхується від стержня і на більший кут вона відхиляється. Отже, за зміною кута відхилення стрілки електрометра можна визначати, збільшується чи зменшується його заряд. Аналогічні висновки можна зробити за кутом розходження паперових смужок у найпростішому електроскопі, який можна самостійно виготовити зі скляної баночки, цвяха і пробки.

Якщо доторкнутися рукою до зарядженого стержня електрометра, то він розрядиться (електрометр заряду не матиме). Електричні заряди перейдуть на тіло та через нього можуть піти в Землю (мал. 117). Будь-яке заряджене тіло розрядиться, якщо його з’єднати із Землею залізною, мідною або алюмінієвою дротиною. Якщо заряджене тіло з’єднати із Землею скляною, ебонітовою або пластмасовою паличкою, то електричні заряди не переходитимуть із тіла в Землю, тіло не розрядиться.

За здатністю проводити електричні заряди речовини поділяють на провідники та непровідники електрики.

Дослід 1. Зарядимо електрометр, з’єднаємо його за допомогою ебонітової, скляної, порцелянової або пластмасової палички з іншим таким самим електрометром, але незарядженим. У результаті досліду побачимо, що другий електрометр не зарядиться (мал. 118).

Порцеляна (фарфор), ебоніт, скло, бурштин, гума, шовк, капрон, пластмаса, гас, повітря - непровідники електрики.

Тіла, виготовлені з таких речовин, називають ізоляторами (діелектриками, з франц. isolateur відокремити).

Дослід 2. Зарядимо електрометр, з’єднаємо його за допомогою будь-якого металевого провідника з таким самим, але незарядженим електрометром. Через провідник заряди перейдуть на незарядже-ний електрометр. Обидва електрометри стануть однаково зарядженими (мал. 119).

Усі метали, ґрунт, розчини солей і кислот у воді - гарні провідники електрики. Тіло людини також є провідником.

Дослід 3. Роз’єднаємо заряджені в попередньому досліді електрометри і дотиком розрядимо один із них. Знову з’єднаємо його з першим електрометром, на якому залишилася половина початкового заряду. Заряд, що залишився на ньому, знову поділиться на дві рівні частини, і на першому електрометрі залишиться четверта частина початкового заряду. У такий самий спосіб можна отримати одну восьму частину, одну шістнадцяту частину початкового заряду і т. д.

Виникають запитання: доки можна зменшувати заряд? Чи існує межа поділу електричного заряду?

Щоб довести, що існує межа поділу електричного заряду та встановити її, видатний фізик А. Ф. Йоффе (1880-1960) виконав досліди, у яких електризувалися дрібні порошинки цинку, видимі тільки в мікроскоп. Заряд порошинок кілька разів змінювали і щоразу його вимірювали. Досліди показали, що всі зміни заряду порошинок були в ціле число (тобто 2, 3, 4, δ і т. д.) разів більші від певного найменшого заряду, тобто дискретні (з лат. discretus - роздільний, перервний). Оскільки електричний заряд властивий речовині, тому вчений зробив висновок, що у природі є така частинка речовини, яка має найменший заряд, що далі вже не ділиться. У 1897 р. зроблено відкриття, яке дало змогу пояснити більшість електричних явищ — англійський учений Дж. Дж. Томсон відкрив частинку, що є носієм найменшого (елементарного) негативного електричного заряду. Цю частинку назвали електроном.

Числове значення заряду електрона вперше визначив американський учений Р. Міллікен. Свої досліди, подібні до дослідів Йоффе, він проводив з дрібними крапельками олії.

Електричний заряд - одна з основних характеристик електрона. Цей заряд не можна «забрати» з електрона. Більше того, заряд електрона не можна ні збільшити, ні зменшити. Він завжди має одне й те саме значення.

Маса електрона дорівнює 9,1 · IO^-31 кг, вона в 3700 разів менша від маси молекули Гідрогену. Маса крильця мухи приблизно в 5 · IO²² разів більша, ніж маса електрона.

Електричний заряд — це фізична величина, що визначає електричну взаємодію (притягання, відштовхування) заряджених частинок.

Позначають електричний заряд малою латинською літерою q. У Міжнародній системі одиниць (СІ) одиницею електричного заряду є один кулон (1 Кл). Цю одиницю названо на честь французького фізика Шарля Кулона (1736-1806), який відкрив закон взаємодії електричних зарядів.

Один кулон - це дуже великий заряд. У дослідах з електризації тіл, про які йшлося вище, ми мали справу із зарядами в мільйони і мільярди разів меншими, ніж один кулон. Абсолютне значення (модуль) найменшого електричного заряду позначають літерою е і називають елементарним зарядом:

*? - 0,00000000000000000016 Кл - 1,6 · IO-¹⁹ Кл.

За визначенням заряд електрона q_e = -е = -1,6 · IO^li Кл.

Найменший позитивний електричний заряд позначають літерою q_p і називають протоном. Заряд протона q_p = 1,6 · IO^-19 Кл. Цей заряд у мільярди разів менший від заряду, що отримують у дослідах з електризації тіл тертям.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1.    Як взаємодіють між собою різнойменні заряди? Однойменні?

2.    Яка будова електроскопа або електрометра? Для чого його використовують?

3.    Як за допомогою зарядженого електроскопа (електрометра) встановити, які з предметів, виготовлених з різних речовин, є провідниками, а які - ізоляторами?

4.    Чи можна електричний заряд ділити нескінченно?

5.    Хто й коли відкрив електрон? Який електричний заряд має електрон? Яка його маса?

6.    Як називають одиницю заряду в СІ?

7.    Чому заряд електрона можна назвати мінімальним елементарним зарядом?

Це матеріал з підручника фізика 8 клас Сиротюк