Что такое закон сохранения электрического заряда

Видео: "Электростатика (часть 1): Понятие о заряде и закон Кулона"

Как известно из школьного курса физики, в процессе электризации тел выполняется закон сохранения электрических зарядов. На первый взгляд может показаться, что знание этого факта слишком абстрактно, чтобы сталкиваться с ним в повседневной жизни. Давайте же сегодня поговорим о том, так ли это на самом деле, и где можно встретить закон сохранения электрического заряда.

Видео: 76. Электрический заряд. Закон сохранения заряда

Существующие в настоящее время теории о строении микромира утверждают, что носитель заряда – электрон, является одной из самых стабильных частиц. Энергия не может исчезнуть: во всей Вселенной происходит лишь ее преобразование. Таким образом, выполняется закон сохранения электрического заряда. Предположим, что электрон в некоторых условиях может делиться на другие, составляющие его частицы (к примеру, фотон и неуловимую нейтрино), с соответствующим суммарным зарядом. Однако до сих пор официальная наука отрицает подобную возможность, так как практические опыты (а они проводились неоднократно) не увенчались успехом. Недаром говорят, что электрон неделим, он неисчерпаем…Теоретическое время существования данной частицы составляет не менее 10 в степени 22.

Ни для кого не секрет, что суммарный заряд атома равен нулю. Это происходит потому, что отрицательный потенциал всех электронов компенсируется положительным зарядом протонов в ядре. Выполняется взаимная нейтрализация, поэтому атом в целом электрически нейтрален. Разумеется, если ему сообщить дополнительную энергию (например, нагреть материал до высоких температур или воздействовать переменным магнитным полем), то электроны на внешних орбитах (валентные) могут покидать свои «законные места». В этом случае получается ион вещества и свободный электрон. Но, как правило, приобретенная частицей энергия излучается в виде квантов и устойчивая структура атома восстанавливается. Частный случай – соединения элементов, когда некоторые частицы являются общими для двух (и более) атомов. Закон сохранения также выполняется в полной мере.

Видео: 75. Электризация тел. Два рода зарядов. Закон сохранения электрического заряда

Однако вернемся из области микромира к более практичной жизни. Закон сохранения электрического заряда активно используется в расчетах электротехники. К примеру, достаточно вспомнить первое правило Кирхгофа. Фактически, оно подтверждает закон сохранения электрического заряда. Например, в цепях переменного трехфазного тока часто используется способ соединения проводников в звезду. При этом три фазных провода соединяются в узле. Казалось бы, неизбежно короткое замыкание с ростом тока и перегоранием проводящего материала. В действительности же происходит следующее: в каждом таком узле сумма токов равна нулю. В расчетах (условность) втекающие токи считаются положительными, а выходящие – отрицательными. Другими словами: I1+I2+I3=0, или, что также верно, I2=I1-I3 и так далее. Говоря простым языком, поступающий заряд не может превышать сумму исходящего из узла. Если бы при подобном соединении проводников закон сохранения зарядов не работал, то фиксировалось бы накопление заряженных частиц в узле, а этого не происходит.

Электротехника и атомы – это далеко не единственные области, где действует закон сохранения заряда. Биология и ботаника также не забыта. При знаменитом процессе фотосинтеза (создание органических веществ в хлорофилловых зернах под действием солнечного света) в момент поглощения кванта света структуру ткани покидает один электрон. Однако так как хлорофилловая молекула при этом приобретает положительный заряд, то «вакантное место» вскоре заполняется одной из свободных частиц. Фактически, именно благодаря закону сохранения заряда возможно существование Вселенной в том виде, к которому мы все привыкли.