ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД

Поговорим об электрическом заряде. Со школы нам объясняют, что тело можно зарядить, например, трением. Расческа и волосы тому пример. Простейший прибор для обнаружения заряда – электроскоп: две металлические палочки, соединённые как ножницы, проводят электрический заряд, потому и отталкиваются, т.е. одна поворачивается относительной другой из-за соединения. Вот два примера, а уже можно вводить кучу терминов и определений: электризация, проводник и диэлектрик, электрические силы отталкивания и притяжения, знак заряда и т.п., и т.д. Но, не суть моего написания строгая терминология, это, пожалуйста, ищите в учебниках. Хотя некоторые условности хочу внести сразу.

Положительно заряженными называют тела, которые действуют на другие заряженные предметы так же, как стекло, наэлектризованное трением о шёлк. Отрицательно заряженным называют тела, которые действуют так же, как сургуч, наэлектризованный трением о шерсть (по ак. Г.С. Ландсбергу).

Теперь важно помнить, что электрический заряд не создается трением. Электризация сводится к тому, что положительные и отрицательные заряды каким-то образом разделяются, так как если соединить оба тела участвующих в процессе электризации трением, заряд исчезнет. Отсюда ещё один закон сохранения: сумма зарядов в изолированной системе остается постоянной.

Далее заряд не мыслим без тела. Ведённое нами поле, как характеристика определенного напряжения пространства, не может обладать зарядом. Носителем заряда всегда выступает материальное тело, т.е. частица с определенной массой. Тела в механике мы определяли как материальная точка, абсолютно твердое тело, сплошная среда (деформируемое тело, жидкость, газ). Аналогично, в связи с этим, мы будем определять заряд: точечный, распределенный с равной плотностью (линейный, поверхностный, объёмный), распределённый с переменной плотностью (это, я думаю, пока рассматривать не будем).

Теперь о модели. Куда физика без модели. Планетарная модель атома (или Резерфордовская-Боровская), как самая простейшая и наглядная, которую демонстрирует у нас Вечный студент, оформилась не сразу. Да и сейчас в современной релятивисткой и квантовой физике атом выглядит немного иначе. В конце 19-го столетия конкурирующей моделью атома был английский пудинг (модель Лоренца): положительно заряженный атом, внутри которого находились отрицательно заряженные более мелкие частицы (электроны), наподобие изюма в кексе. До открытия электрона, говорили вообще про электрическую жидкость (вспомните, например, термодинамику: теорию о теплороде). 19 век часто объяснял явления невидимой сплошной средой (веществом): поле, эфир, теплород, электричество… Сегодня в нашем сознании количество электричества представляется определённым количеством отрицательно заряженных шариков (электронов). Таким образом, мы уже вносим понятие о квантованности, дискретности заряда. То, что существует элементарный заряд – материальная точка с наименьшим зарядом – уже должно подвигнуть нас квантовой механике, но в нашем случае: несколько электронов лишь капля (дифференциал) электричества (вспоминает анекдот про кружку пива).

Нужно также сразу оговорить и такой момент: будем рассматривать ядро атома как целую положительно заряженную частицу, а иначе, если, описывать только электрические силы, оно будет не стабильным (одноимённо заряженные частицы отталкиваются!)

Вот мы опять подошли к веществу, точнее, к его строению. Если заряженные частицы принадлежат самому телу, значит, оно состоит не просто из нейтральных атомов или молекул, как это было в МКТ (молекулярно-кинетической теории), а определённым образом перераспределённым зарядом. Прошу уяснить, что, рассматривая электричество и магнетизм, мы не можем абстрагироваться идеальной моделью заряженных частиц в вакууме, нам рано или поздно придётся описывать влияние среды на те или иные эффекты, а потому описывать вещество на новом уровне согласно электронной теории.

Ещё один важный момент состоит в том, что величина заряда не зависит от выбора инерциальной системы отсчета (это величина инвариантна). Преобразований Лоренца, в отличие от других физических величин, которые мы рассматривали в механике (например, вводя понятия массы и полной массы), нет.

Возвратимся теперь к близкодействию и дальнодействию. Электризация, в данном случае, явление возможное при явном соприкосновении тел. Вспоминаем размеры атомов (  ̴10^-10м), именно, это расстояние будет характеризовать непосредственное взаимодействие. Возможно ли зарядить тело на расстоянии. Тут можно привести такие явления как электрическая индукция и фотоэффект. Как объяснить эти эффекты с точки зрения теории близкодействия?

Таким образом, заряд – тело, участвующее в электромагнитном взаимодействии, а поле – пространство в котором проявляется действие электрического заряда (см. СТО, масса и гравитационное поле). В термодинамике мы тепловые явления сводили к хаотическому движению частиц, поэтому свести описание поля к чему-либо также наблюдается по и сей день (кванты взаимодействий, теория суперструн), но мы этого в рамках классической физики делать не будем.

В заключении: заряд заряду – рознь. Так заряды могут двигаться, а движение может быть финитно (ограниченно в пространстве), хаотично или упорядочено, то заряды по способу получения и взаимодействия будем характеризовать как наведённые, свободные, связанные и т.д. (в квантовой механике им даже будут соответствовать разные кванты).