§ 19. Закон збереження електричного заряду

Відомо, якщо в результаті взаємодії тіл відбувається зміна значень мас цих тіл або їх частин, то загальна маса тіл та їх частин не змінюється. Наприклад, після розбивання брили льоду сума мас її уламків дорівнює

початковій масі брили. Під час електризації тіл та взаємодії між ними також відбувається перерозподіл електричних зарядів між тілами. Чи змінюється при цьому загальний, заряд тіл, що взаємодіють, чи можуть виникати або зникати електричні заряди тільки одного знака?

Дослід 1. Закріпимо на стержні електрометра металевий диск, покладемо на нього клаптик сукна і накриємо його таким самим диском, але з ручкою з діелектрика. Виконаємо диском кілька рухів по клаптику сукна і заберемо диск. Побачимо, що стрілка електрометра відхилиться на певний кут, що свідчить про появу електричного заряду на сукні й диску (мал. 120, а).

Диском, яким терли об сукно, доторкнемося до стержня другого такого самого електрометра. Його стрілка відхилиться на такий самий кут, як і в першому електрометрі (мал. 120, б). Це означає, що під час електризації обидва диски отримали рівні за модулем заряди.

Що можна сказати про знаки цих зарядів? Щоб відповісти на це запитання, з’єднаємо стержні обох електрометрів металевим провідником. Побачимо, що стрілки обох приладів повернуться в нульове положення, тобто заряди електрометрів нейтралізуються. Це означає, що заряди, набуті дисками під час електризації, були рівними за модулем, але протилежними за знаком, тому їхня сума дорівнює нулю.

Цей та інші досліди показують, що під час електризації загальний (сумарний) заряд тіл зберігається:    якщо він дорівнював нулю до

електризації, то таким самим він залишається і після електризації.

Чому так відбувається? Якщо скляну паличку терти об шовк, то вона, як ви вже знаєте, заряджається позитивно, а шовк - негативно. Відбувається це внаслідок того, що певна кількість електронів під час контакту перейшла зі скляної палички на шовк, створюючи тим самим нестачу електронів на паличці, тобто позитивний заряд, і такий самий за модулем негативний заряд на шовку з надлишком тих самих електронів. При цьому повний електричний заряд на шовку і скляній паличці залишається рівним нулю, тобто зберігається.

Повний електричний заряд зберігається і в тому випадку, якщо початкові заряди тіл не дорівнювали нулю.

Отже, під час електризації тіл справджується фундаментальний закон природи, який називають законом збереження електричного заряду. Цей закон справедливий лише для електрично ізольованих, або замкнутих, систем, які не обмінюються електричними зарядами з тілами чи частинками, що не входять до цих систем.

У замкнутій системі заряджених тіл алгебраїчна сума зарядів залишається сталою.

Якщо окремі заряди позначити через q_v </₂, q_a, ..., q_n, то

Я\ ⁺ Ч2 ⁺ 9а ⁺ ·*· ⁺ Я_п ⁼ const·

Із цього закону також випливає, що під час взаємодії заряджених тіл не може виникнути чи зникнути заряд тільки одного знака. Виникнення позитивного електричного заряду завжди супроводжується появою такого самого за модулем негативного електричного заряду.

Закон збереження заряду відкрив у 1750 р. американський учений і видатний політичний діяч Бенджамін Франклін. Він також уперше ввів поняття про позитивні й негативні електричні заряди, позначивши їх знаками « + » і «-».

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1.    Чому на скляній паличці і на шовку під час дотику утворюються заряди, рівні за модулем і протилежні за знаком?

2.    Чому дорівнює сумарний заряд під час електризації тіл?

3.    Сформулюйте закон збереження електричного заряду.

4.    Наведіть приклади явищ, у яких спостерігається збереження заряду.

5.    Є три однакові металеві ізольовані кулі, одна з яких електрично заряджена. Як зробити, щоб дві інші набули таких самих зарядів, але різних за знаком?

Це матеріал з підручника фізика 8 клас Сиротюк