Sähkövarauksen säilymislaki
Mitä tahansa maailmassa tapahtuu, universumissa on tietty kokonaissähkövaraus, jonka koko pysyy aina ennallaan. Vaikka maksu jostain syystä lakkaisi olemasta yhdessä paikassa, se päätyy varmasti toiseen paikkaan. Tämä tarkoittaa, että lataus ei voi kadota ikuisesti.
Tämän tosiasian vahvisti ja tutki Michael Faraday. Kerran hän pystytti laboratorioonsa valtavan onton metallipallon, jonka ulkopintaan hän liitti erittäin herkän galvanometrin. Pallon koko mahdollisti kokonaisen laboratorion sijoittamisen sen sisään.
Ja niin teki Faraday. Hän alkoi tuoda palloon mitä monipuolisimpia käytettävissään olevia sähkölaitteita ja ryhtyi sitten kokeilemaan. Pallossa ollessaan hän alkoi hieroa lasitankoja turkilla, käynnistää sähköstaattisia koneita jne. Mutta vaikka Faraday yritti kuinka kovasti, pallon varaus ei lisääntynyt. Tiedemies ei millään tavalla onnistunut luomaan varausta.
Ja ymmärrämme tämän, koska hieroessasi lasitankoa turkilla, vaikka sauva saa positiivisen varauksen, turkki saa välittömästi negatiivisen varauksen saman verran, ja turkin ja tangon varauksen summa on nolla .
Galvanometri pallon ulkopuolella heijastaisi varmasti vastuun vaihdon tosiasiaa, jos Faradayn laboratoriossa ilmaantuisi "ylimääräinen" varaus, mutta mitään sellaista ei tapahtunut. Täysi lataus on tallennettu.
Toinen esimerkki. Neutroni on alun perin varaamaton hiukkanen, mutta neutroni voi hajota protoniksi ja elektroniksi. Ja vaikka neutroni itsessään on neutraali, eli sen varaus on nolla, sen hajoamisen seurauksena syntyneet hiukkaset kantavat vastakkaisen merkkisiä ja yhtä suuria sähkövarauksia. Universumin kokonaisvaraus ei ole muuttunut lainkaan, se pysyy vakiona.
Toinen esimerkki on positroni ja elektroni. Positroni on elektronin antihiukkanen, sillä on elektronin vastakkainen varaus ja se on olennaisesti elektronin peilikuva. Kun ne kohtaavat, elektroni ja positroni tuhoavat toisensa, kun syntyy gamma-kvantti (sähkömagneettinen säteily), mutta kokonaisvaraus pysyy jälleen ennallaan. Käänteinen prosessi on myös totta (katso kuva yllä).
Sähkövarauksen säilymislaki on muotoiltu seuraavasti: sähköisesti suljetun järjestelmän varausten algebrallinen summa säilyy. Tai näin: jokaisella kappaleiden vuorovaikutuksella niiden kokonaissähkövaraus pysyy muuttumattomana.
Sähkövarauksen muutokset osissa (kvantisoitu)
Sähkövarauksella on epätavallinen ominaisuus – se muuttuu aina osissa. Harkitse varattua hiukkasta. Sen varaus voi olla esimerkiksi yksi osa varauksesta tai kaksi osaa varauksesta, miinus yksi tai miinus kaksi osaa.Alkuaineella (vähintään olemassa olevilla pitkäikäisillä hiukkasilla) negatiivinen varaus sisältää elektronin.
Elektronin varaus on 1,602 176 6208 (98) x 10-19 Riipus. Tämä varausmäärä on pienin osa (sähkövarauksen kvantti). Sähkövarauksen minuuttipalaset voivat liikkua vaihtelevissa määrin paikasta toiseen avaruudessa, mutta kokonaisvaraus säilyy aina ja kaikkialla, ja se voidaan periaatteessa mitata näiden minuuttikappaleiden lukumääränä.
Sähkövaraukset ovat sähkö- ja magneettikenttien lähteitä
On syytä huomata, että sähkövaraukset ovat lähteitä sähkö- ja magneettikentät… Siksi sähköinen lähestymistapa mahdollistaa sen, että sen kantoaallon varauksen määrä voidaan määrittää. Varaus on myös varautuneen kappaleen vuorovaikutuksen mitta sähkökentän kanssa. Tämän seurauksena sähkön voidaan väittää olevan ilmiö, joka liittyy varauksiin levossa (staattinen sähkö, sähkökenttä) tai liikkuessa (virta, magneettikenttä).