Νόμος Διατήρησης Ηλεκτρικού Φορτίου
Ό,τι κι αν συμβαίνει στον κόσμο, υπάρχει ένα ορισμένο συνολικό ηλεκτρικό φορτίο στο σύμπαν, το μέγεθος του οποίου παραμένει πάντα αμετάβλητο. Ακόμα κι αν η χρέωση για κάποιο λόγο πάψει να υφίσταται σε ένα μέρος, σίγουρα θα καταλήξει σε άλλο μέρος. Αυτό σημαίνει ότι η χρέωση δεν μπορεί να εξαφανιστεί για πάντα.
Αυτό το γεγονός διαπιστώθηκε και διερευνήθηκε από τον Michael Faraday. Κάποτε έστησε μια τεράστια κούφια μεταλλική μπάλα στο εργαστήριό του, στην εξωτερική επιφάνεια της οποίας συνέδεσε ένα υπερευαίσθητο γαλβανόμετρο. Το μέγεθος της μπάλας έκανε δυνατή την τοποθέτηση ενός ολόκληρου εργαστηρίου μέσα σε αυτήν.
Και το ίδιο έκανε και ο Faraday. Άρχισε να φέρνει στην μπάλα τον πιο ποικίλο ηλεκτρικό εξοπλισμό που είχε στη διάθεσή του και μετά άρχισε να πειραματίζεται. Όντας στην μπάλα, άρχισε να τρίβει γυάλινες ράβδους με γούνα, να ξεκινά ηλεκτροστατικές μηχανές κ.λπ. Όμως όσο κι αν προσπάθησε ο Faraday, η φόρτιση της μπάλας δεν αυξήθηκε. Σε καμία περίπτωση ο επιστήμονας δεν κατάφερε να δημιουργήσει φορτίο.
Και αυτό το καταλαβαίνουμε γιατί όταν τρίβετε μια γυάλινη ράβδο με μια γούνα, παρόλο που η ράβδος παίρνει θετικό φορτίο, η γούνα παίρνει αμέσως αρνητικό φορτίο κατά το ίδιο ποσό και το άθροισμα του φορτίου στη γούνα και τη ράβδο είναι μηδέν .
Ένα γαλβανόμετρο έξω από τη μπάλα σίγουρα θα αντικατόπτριζε το γεγονός της αλλαγής του φορτίου εάν εμφανιζόταν μια «έξτρα» φόρτιση στο εργαστήριο του Faraday, αλλά τίποτα τέτοιο δεν συνέβαινε. Η πλήρης φόρτιση αποθηκεύεται.
Ενα άλλο παράδειγμα. Ένα νετρόνιο είναι αρχικά ένα αφόρτιστο σωματίδιο, αλλά ένα νετρόνιο μπορεί να διασπαστεί σε πρωτόνιο και ηλεκτρόνιο. Και παρόλο που το ίδιο το νετρόνιο είναι ουδέτερο, δηλαδή το φορτίο του είναι μηδέν, τα σωματίδια που γεννήθηκαν ως αποτέλεσμα της διάσπασής του φέρουν ηλεκτρικά φορτία αντίθετου προσήμου και ίσου αριθμού. Το συνολικό φορτίο του σύμπαντος δεν έχει αλλάξει καθόλου, παραμένει σταθερό.
Ένα άλλο παράδειγμα είναι ένα ποζιτρόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Το ποζιτρόνιο είναι το αντισωματίδιο του ηλεκτρονίου, έχει το αντίθετο φορτίο του ηλεκτρονίου και είναι ουσιαστικά μια κατοπτρική εικόνα του ηλεκτρονίου. Μόλις συναντηθούν, το ηλεκτρόνιο και το ποζιτρόνιο εξαφανίζονται μεταξύ τους καθώς γεννιέται ένα γάμμα-κβάντο (ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία), αλλά το συνολικό φορτίο παραμένει και πάλι αμετάβλητο. Η αντίστροφη διαδικασία ισχύει επίσης (βλ. παραπάνω σχήμα).
Ο νόμος διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου διατυπώνεται ως εξής: διατηρείται το αλγεβρικό άθροισμα των φορτίων ενός ηλεκτρικά κλειστού συστήματος. Ή κάπως έτσι: με κάθε αλληλεπίδραση των σωμάτων, το συνολικό τους ηλεκτρικό φορτίο παραμένει αμετάβλητο.
Αλλαγές ηλεκτρικού φορτίου σε μέρη (κβαντισμένα)
Το ηλεκτρικό φορτίο έχει μια ασυνήθιστη ιδιότητα — αλλάζει πάντα σε μέρη. Θεωρήστε ένα φορτισμένο σωματίδιο. Η φόρτισή του μπορεί να είναι, για παράδειγμα, ένα μέρος του φορτίου ή δύο μέρη του φορτίου, μείον ένα ή μείον δύο μέρη.Ένα στοιχειώδες (ελάχιστο πραγματικά υπάρχοντα μακρόβια σωματίδια) αρνητικό φορτίο έχει ένα ηλεκτρόνιο.
Το φορτίο ηλεκτρονίων είναι 1.602 176 6208 (98) x 10-19 Κρεμαστό. Αυτή η ποσότητα φορτίου είναι το ελάχιστο μέρος (ένα κβάντο ηλεκτρικού φορτίου). Τα λεπτά τεμάχια ηλεκτρικού φορτίου μπορούν να μετακινηθούν σε ποικίλες ποσότητες από το ένα μέρος στο διάστημα στο άλλο, αλλά το συνολικό φορτίο διατηρείται πάντα και παντού και καταρχήν μπορεί να μετρηθεί ως ο αριθμός αυτών των λεπτών κομματιών.
Τα ηλεκτρικά φορτία είναι πηγές ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων
Αξίζει να σημειωθεί ότι τα ηλεκτρικά φορτία είναι πηγές ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία… Επομένως, η ηλεκτρική προσέγγιση καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της ποσότητας φόρτισης σε έναν ή τον άλλο φορέα του. Επίσης, το φορτίο είναι ένα μέτρο της αλληλεπίδρασης ενός φορτισμένου σώματος με ένα ηλεκτρικό πεδίο. Ως αποτέλεσμα, ο ηλεκτρισμός μπορεί να υποστηριχθεί ότι είναι ένα φαινόμενο που σχετίζεται με φορτία σε ηρεμία (στατικός ηλεκτρισμός, ηλεκτρικό πεδίο) ή κινούμενο (ρεύμα, μαγνητικό πεδίο).