Scopic purtătorilor de sarcină electrică

Sub purtătorilor de sarcină microscopice înțeleg particule încărcate electric și ioni. Ele pot transporta sarcină atât pozitive, cât și negative. Conform valoarea numerică poate fi doar un număr întreg de ori elementar:

Până în prezent, în ciuda efortului considerabil experimental este detectat purtători microscopice cu fracționat încărcat într-o stare liberă.

Există mai mult de 200 de particule, și un număr enorm de ioni, atomi și molecule. Majoritatea particulelor după apariția acolo pentru o perioadă scurtă de timp, după care se dezintegrează în alte particule, adică. E. Particulele au o durată finită. În cele mai multe cazuri, este extrem de mică și este o fracțiune de secundă meschin. Dar există un număr mic de particule încărcate care au o durată de viață infinită. Acest electroni, protoni si antiparticula sa: un antiproton și un pozitron. Protonii fac parte din nucleele atomice și electronii cojile de electroni de atomi. Este aceste particule și provoacă aproape toate fenomenele studiate în cursul electricitate și magnetism. Compoziția include, de asemenea, nucleele și neutronii. Ele sunt neutre electric și timpul vieții lor, ca parte a nucleelor ​​nu este limitat. Cu toate acestea, în afara nucleului, adică. E. Într-un stat liber, timpul vieții lor aproximativ 17 de minute. Electronii și protonii în stare liberă, au o durată de viață infinită.

Charged ioni datorită faptului că compoziția atomului sau învelișul moleculei de electroni sunt „extra“ electroni (ioni negativi), sau le lipsește unul sau mai mulți (ioni pozitivi). Prin urmare, problema modului microscopice ionii de purtători de sarcină este redusă la o întrebare cu privire la costurile de electroni și protoni.

Materialul purtător de electroni este sarcină negativă elementar. Se presupune, de obicei, că locul de electroni este nestructurate m particula. E. Întreaga sarcină electrică a unui electron este concentrată într-un punct. O astfel de reprezentare este auto-contradictorie, deoarece energia câmpului electric generat de un punct de încărcare este infinit, și, prin urmare, trebuie să fie infinit, iar inerțial taxa punct de masă, ceea ce contrazice experimentul deoarece electronul kg de masă egale. Cu toate acestea, această contradicție trebuie reconciliată din cauza lipsei unei viziuni satisfăcătoare și mai puțin contradictorii ale structurii (sau lipsa de structură) de electroni. Dificultatea de propria sa greutate fără sfârșit a depăși cu succes în calcularea diferitelor efecte folosind renormalizare în masă.

purtător de protoni este o sarcină pozitivă elementar, dar în contrast cu protonul electronului are o structură internă în distribuția de încărcare. Experimentele Percepția asupra interacțiunii particulelor incarcate (electroni) la protoni, sa constatat că sarcina electrică în interiorul protonul distribuit în spațiu. a fost obținut curba caracteristică care cuprinde două maxime distincte (Figura 1a). Dacă axa ordonatei reprezintă densitatea încărcăturii totale în toate direcțiile departe de centru (deoarece cantitatea - taxa totală într-o grosime a stratului sferic cu densitate), se poate observa că în mod substanțial toată încărcătura de protoni concentrat în ordinea minge MS nu scade monoton după primul maxim și are un alt maxim.

Experimente similare au fost efectuate și la împrăștierea electronilor de neutroni. Sa dovedit că în interiorul neutronul are, de asemenea, structura electromagnetică. Distribuția de încărcare este prezentată în figura 2a.

În mod evident, centrul este situat în apropiere de taxa de neutroni pozitive, iar mai departe de centru - negativ. Zona delimitată de curbele și axa orizontală sunt egale, prin urmare, sarcina pozitivă este negativă, iar neutronul global este electric neutru. Rețineți că dimensiunea zonelor în care concentrate sarcini electrice protonul și neutronul sunt aproximativ aceleași.

Ceea ce înseamnă o distribuție continuă a taxei elementare electrice? La urma urmei, până acum nu a reușit să detecteze obiecte fizice cu taxa de fracționare. Care este sensul afirmația că în măsura în care există o mică parte din sarcina elementară?

Se crede acum că protonul este format din două cvasi-particule - quarcuri cu taxe +2/3 și una cu zaryadom- / 3 (a se vedea figura 1b ..). Neutron invers este format din două quark cu încărcare - / 3 și unul dintre încărcare +2/3 (a se vedea figura 2b ..). Quark este în continuă mișcare. Timpul lor de rezidență relativă la distanțe diferite de centru poate fi reprezentat în mod eficient ca o pătare a taxei de volum. Într-o stare liberă cuarci nu se găsesc. Se crede acum că acestea, în principiu, nu poate fi găsit într-o stare liberă, deoarece este necesar să-și petreacă de energie fără sfârșit, și ei există în interiorul protoni și neutroni. Această presupunere ajută la explicarea multe dintre fenomenele și, prin urmare, a acceptat ca o ipoteză foarte probabil.

Spin și un moment magnetic.

Mai mult decât atât particulele de sarcină pot avea un moment cinetic, care se numește de spin. Spin nu este cauzată de rotirea unei particule în jurul axei sale, deoarece pentru o astfel de explicație ar trebui să-și asume existența unei viteze de rotație liniară, cu atât mai mare viteza luminii, ceea ce este imposibil. Prin urmare, spinul este considerată ca o proprietate particulă internă și în legătură cu acesta, în prezența unor particule ale proprietăților magnetice, și anume prezența momentului magnetic, care, de asemenea, nu poate fi explicat prin mișcarea de încărcare și este considerată ca fiind proprietatea particulei inițiale. Rețineți că, în electrodinamicii clasice momentul magnetic poate fi doar un rezultat al mișcării taxelor de-a lungul traseelor ​​închise.

Prin urmare, momentul magnetic de spin al particulelor poate fi descrisă în teoria clasică a electricității și magnetismului. Cu toate acestea, câmpul magnetic datorită momentelor magnetice de spin poate fi opțional descrisă fenomenologic. De obicei, această intensitate a câmpului este foarte scăzută. Numai în cazul unor magneți permanenți, aceasta atinge valori ridicate. Teoria clasică nu este în măsură să descrie mecanismul de apariție a acestui domeniu, dar câmpul în sine este magneți permanenți este descrisă complet de teoria clasică.

taxa elementară și invarianta lui.

Ideea naturii discrete a sarcinii electrice a fost sugerată pentru prima oară de către Franklin în 1752, ci ca urmare a pilot - discret sarcini electrice, în principiu, ar trebui să fie de la deschis în 1834 de Michael Faraday (1791-1867) legile electrolizei. Dar această concluzie din legile de electroliză a fost făcută numai în 1881, GL von Helmholtz (1821-1894) și D. Stoneem (1826-1911). În 1895 G. G. Lorents (1853-1928) a dezvoltat teoria electromagnetismului, se bazează pe noțiunea de taxe elementare de fapt existente (electroni). Valoarea numerică a taxei elementare a fost calculat teoretic pe baza legilor electrolizei. O măsurare experimentală directă a Millikan (1868-1953) a fost realizată mai întâi prin taxa elementară în 1909

Experimentele Schema MILLIKAN ilustrat în Figura 3.

Milliken a considerat mișcarea particulelor mici sferice într-un lichid vâscos într-un câmp electric sub acțiunea gravitației, forța lui Arhimede, forțe electrice și frecare vâscoasă. Ecuația a doua lege a lui Newton este:

Toate forțele în afară = poate fi măsurată experimental prin deplasarea particulelor fără un câmp electric. Mijloace de (1.1) poate fi găsit, și a găsit știind. Modificări de încărcare a particulelor în timp, care afectează mișcarea unei particule. Găsirea și la momente diferite pot fi găsite. De asemenea, este posibilă modificarea câmpului electric și pentru a se asigura că particula este în repaus. În acest caz, forța de frecare este absent și forțele rămase sunt cunoscute. Prin urmare, știind puteți identifica. Efectuarea unui număr mare de măsurători ale taxei, Millikan a constatat că este întotdeauna un multiplu de aceeași magnitudine; t. e. Millikan a constatat că, KI.

Desigur, în viitor, au fost dezvoltate metode mai avansate (metoda de rezonanță), dar rezultatul a fost același - fracționată taxa în stare liberă, nu există.

În ceea ce privește experimentele de măsurare de încărcare măsurate atât sarcină elementară pozitive și negative. În prezent, acesta a stabilit experimental că sarcina negativă elementară a unui electron este egală cu valoarea absolută a sarcinii pozitive a protonului cu o precizie relativă 10-21, adică, în orice caz - .. relativă eroare.

taxa invarianta este independența valorilor numerice ale vitezei. De fapt, invarianta este dovedit de faptul atomilor neutri. Din - diferențele maselor de electronul și protonul se poate trage concluzia că electronii din atomi misca mult mai repede decât protoni. Și în cazul în care taxa este dependentă de viteza, neutralitatea ar fi compromisă. În prezent, sa dovedit experimental taxa invarianță pentru viteze de electroni de până la, unde c = 3M / c - vitezei luminii în vid. Nu există nici un motiv să presupunem că el nu este invariantă, și la viteze mai mari. Prin urmare, invarianta taxa este acceptată ca fiind unul dintre pilot studiază teoria electricității.