Закон сохранения заряда: формула, примеры расчетов с пояснениями

Физиками доказано, что идеального вакуума не существует. В пространстве, откуда откачано свыше 99,99% атмосферных газов, непрерывно появляются и исчезают элементарные частицы. Причём заряд любой области пространства вследствие таких процессов остаётся неизменным. Принцип сохранения энергии применим и для зарядов. Если в одной точке он исчезает, тут же появляется в иной. Разберёмся, в чем заключается закон сохранения заряда. Рассмотрим его формулировку, способ записи.

Теория

Проведём простой опыт. На столе установим пару электрометров на расстоянии. На стержень первого закрепим плоский металлический предмет (диск, пластину). Поверх застелем слой тонкого изолятора: пару листов бумаги, сукно. Сверху положим второй металлический объект с ручкой из изолирующего материала.

Возьмёмся за ручку верхнего диска и потрём им об изолятор, затем поднимем объект. Стрелка отклонится в сторону – свидетельство появления заряда на диске со стержнем. Поднесём этот предмет к стержню второго электрометра. Стрелка отклонится приблизительно на тот же угол. Получается: вследствие электризации заряды при прикосновении тел одновременно появляются на обоих.

Последний шаг – соединим стержни металлическим предметом с ручкой из изоляционного материала. Стрелки обоих устройств возвращаются на прежние места – заряды нейтрализовали друг друга – для системы он стал нулевым.

Аналогичные опыты проводятся с любыми телами, способными к электризации. Они показывают, что предметы обзаводятся равными по величине и противоположными зарядами – равными по модулю.

Формулировка (определение) закона сохранения электрического заряда следующая: алгебраическая сумма (по модулю) электрических зарядов в замкнутой системе, откуда они не выходят и не поступают, остаётся константой – неизменной величиной. Между элементами системы они могут передаваться любым способом, исчезать бесследно или появляться из ниоткуда заряды не способны. Это мы установили опытным путём.

При появлении положительного заряда q⁺ – позитрона, обязательно образовывается и отрицательный q^- – электрон, равный ему по модулю или абсолютному значению. Также они способны нейтрализовать друг друга, если абсолютно равны по значению, но противоположны по номиналу.

Для усвоения материала сформулируйте своими словами закон сохранения электрического заряда.

Отклонение стрелки электрометров объясняется перетеканием элементарных частиц электронов от одного тела к другому. В итоге одно становится заряженным положительно, второе – отрицательно. При соприкосновении таких тел лишние (свободные) электроны из одного перетекают к иному, заполняя незанятые электронные оболочки в атомах.

Формула закона сохранения заряда 

Заряд в физике принято обозначать маленькой буквой «q». Закон сохранения эл. заряда описывается выражением:

q₁ + q₂ + q₃…+ q_n = const, где:

q₁… q_n – заряды элементов замкнутой системы.

Законом сохранения электрического заряда запрещена реакция: n + v^e → p + e⁺.