Дискретність електричного заряду. Густина заряду

Надзвичайно точні вимірювання показали, що заряд протона по модулю в точності дорівнює заряду електрона. Більше того, інші заряджені елементарні частинки також мають електричні заряд в точності рівний заряду електрона. Таким чином, заряд електрона є мінімально можливим електричним зарядом, мінімальної «порцією» електричного заряду, тому його називають елементарним зарядом. Численні спроби, що тривають і в даний час, виявити частинки, що мають заряд, менший елементарного, закінчилися невдачею. Так як заряди тел обумовлені надлишком або нестачею електронів, то їх заряд виявляється кратним елементарному заряду.

Перші вимірювання величини заряду електрона провів у 1909-1913 році американський фізик Р. Міллікен. Ідея його експериментів дуже проста – він спостерігав рух мікроскопічних крапельок масла в електричному полі. Йому вдалося показати, що заряди крапельок кратні елементарному заряду, і виміряти величину цього заряду. В даний час заряд електрона виміряно з дуже високою точністю, відносна похибка вимірювань менше ніж 10-8. За сучасними даними величина цього заряду дорівнює e ≈ 1,60 · 10-19 Кл. Малість цієї величини пояснює, чому протягом тривалого часу дискретність [1] електричного заряду не спостерігалося.

Перші теорії електрики будувалися на уявленні про заряді, як деякої особливої ​​електричної рідини (про молекулярну структуру справжніх рідин тоді теж не було відомо). Довгі суперечки велися про те, скільки електричних рідин існує, одна або дві. Відгомони цих рідинних уявлень дійшли до нас у численних термінах – заряд перетікає (звідси електричний струм), конденсатор має електричну ємністю (показує скільки електричної рідини він може вмістити), та ін. Електрон, а отже і елементарний заряд, був відкритий тільки в 1897 році англійським фізиком Дж. Дж. Томсоном.

Дискретність електричного заряду виявляється тільки в тому випадку, коли заряди тел малі, порівнянні з елементарним зарядом. Не випадково Р. Міллікен у своїх експериментах використовував мікроскопічні крапельки, заряди яких становили кілька елементарних зарядів. У багатьох випадках немає необхідності враховувати дискретність електричного заряду. Тобто в математичному описі перейти до безперервного опису розподілу зарядів. У цьому випадку можна ввести поняття об’ємної щільності заряду як функції координат ρ (x, y, z), як відношення величини заряду Δq, що міститься в малому обсязі ΔV навколо точки з координатами (x, y, z), до величини цього обсягу

Посилання на основну публікацію