Опыты р. милликена и а. ф. иоффе

Эксперимент с масляной каплей

Это одно из наиболее значимых исследований в истории физической науки. За его осуществление принялись Роберт Милликен и Харви Флетчер в 1911 году. Они хотели определить заряд одного электрона.

Для этого Милликен использовал распылитель для создания тумана крошечных масляных капель в камере, где было отверстие. Некоторые капли проваливались в дыру и камеру, где ученые вычисляли финальную скорость и массу

Далее Милликен обнажил капли до рентгеновских лучей, ионизирующих молекулы в воздухе и заставляющих электроны прикрепляться к масляным каплям. Это привело к заряду. Верх и низ камеры подключались к батарее, а разность потенциалов представляла электрическое поле.

Милликену удалось уравновесить силу тяжести и силу электрического поля, из-за чего масляные капли оказались подвершенными в воздухе.

В устройстве есть параллельная пара горизонтальных металлических пластин. В пространстве между ними формируется равномерное электрическое поле. Кольцо обладает тремя отверстиями для подвески и одним для наблюдения в микроскоп. В камеру распыляется специальное масло, где капли электрически заряжаются. Капли поступают в пространство между пластинами и могут управляться через изменение напряжения на пластинах

Далее Милликен определил заряд частиц, подвешенных в воздухе. Он предполагал, что сила тяжести приравнивается к силе электрического поля:

q⋅E = m⋅g

q = m⋅g/E

Он располагал массой масляных капель и ускорением силы тяжести (9.81 м/с2), а также энергией рентгеновских лучей, благодаря чему и вычислил заряд.

Заряд каждой капли оставался загадкой, поэтому Милликен скорректировал силу рентгеновских лучей, ионизирующих воздух, а также вычислил остальные значения. В каждом случае заряд достигал 1.5924 (17) х 10-19 С. Результаты были очень точными и отличались всего на 1% от того, что используется сейчас – 1.602176487 (40) х 10-19 С.

Этот эксперимент был крайне важным для определения заряда электрона и доказательства существования частичек, меньше атома.

Обзор
  • Электрическая зарядка в атоме
  • Свойства электрических зарядов
  • Разделение заряда
  • Поляризация
  • Статическое электричество, заряд и сохранение заряда
  • Проводники и изоляторы
  • Опыт Милликена
Экранирование и зарядка посредством индукции
  • Электростатическое экранирование
  • Индуцированный заряд
Закон Кулона
  • Суперпозиция сил
  • Сферическое распределение заряда
  • Решение проблем с векторами и законом Кулона
Повторное электрическое поле
  • Электрическое поле от точечного заряда
  • Суперпозиция полей
  • Электрические полевые линии
  • Параллельно-пластинчатый конденсатор
  • Электрические поля и проводники
  • Проводники и поля в статическом равновесии
Электрический поток и закон Гаусса
  • Электрический поток
  • Закон Гаусса
Применение электростатики
  • Биология: структура и репликация ДНК
  • Фотокопировальные машины и принтеры
  • Генераторы Ван Де Граафа

Штрихи

Абрам Федорович был оптимистом, спокойно принимал шутки на свой счет. В 1940 г. он с удовольствием смотрел кукольный спектакль, посвященный его 60-летию. Не все иностранные ученые по разным причинам смогли участвовать в праздновании. Физтеховцы заменили отсутствующих ученых куклами с их портретным сходством, которые были изготовлены в мастерской театра Деммени. Традиция таких спектаклей продолжилась в Институте полупроводников. Сохранилось две куклы — одна из них изображала Иоффе, другая — Поля Дирака.

Абрам Федорович всегда хорошо одевался, носил галстуки, преимущественно синие или голубые. Держал в лаборатории конфеты и мыло с нежным запахом . Никогда не курил и всем запрещал курение, как в своем доме, так и на заседаниях. На рабочем столе у него всегда стояли цветы.

Иоффе любил литературу, кино, театр, интересовался живописью и архитектурой, совершал пешие прогулки и играл в теннис до конца своих дней. По воскресеньям его можно было встретить на теннисной площадке с ракеткой.

Абрам Федорович очень любил и ценил музыку (сам не музицировал), часто посещал филармонию, Кировский театр. Во время пребывания в Беркли в 1927 г. ходил слушать Федора Шаляпина, который тогда давал концерты в городках на побережье залива Сан-Франциско . В последние годы жизни Абрам Федорович чаще слушал музыку дома. Сохранилась его записка на двух сторонах листка из блокнота с перечнем музыкальных произведений, пластинки с которыми он просил приобрести своего сотрудника Р. Ш. Малковича.

В 50-е годы Абрам Федорович с женой, Анной Васильевной, проводили выходные на даче, на Финского залива, в Комарово. Они сами сажали в саду розы и другие растения, которые Абрам Федорович привозил из разных мест.

Абрам Федорович Иоффе скончался 14 октября 1960 г., в свой рабочий день, за две недели до восьмидесятилетия. Семёнов писал о нем: «…я думаю, что во все времена ни у одного народа не было физика, который бы, подобно Иоффе, вырастил такое огромное число крупных ученых из своих учеников…» .

В память об основателе у здания ФТИ имени А. Ф. Иоффе установлен памятный бюст (1964). Его именем названы: Физико-технический институт, площадь в Санкт-Петербурге, улицы в Адлерсхофе (Германия) и Ромнах (Украина), научно-исследовательское судно «Академик Иоффе», малая планета (1980), кратер на Луне.

Литература . Семёнов Н. Н. Наука и общество: статьи и речи. М., 1981.. Соминский М. Академик А. Ф. Иоффе. Иерусалим, 1986.. Крылов А. Н. // Воспоминания об А. Ф. Иоффе. Л., 1972; 13–16.. Иоффе А. Ф. Моя жизнь и работа: Автобиографический очерк. М.; Л., 1933.. Обреимов И. В. // Воспоминания об А. Ф. Иоффе. Л., 1972; 21–62.. Дукельский В. М. Очерк по истории Физико-технического института Академии наук СССР за период 1918–1954 гг. 1955 г. Архив ФТИ.. Головин И. Н. И. В. Курчатов. М., 1979.. Семёнов Н. Н. // Воспоминания об А. Ф. Иоффе. Л., 1972; 5–10.. Иорданишвили Е. К. Воспоминания об А. Ф. Иоффе. Л., 1972; 199–203.. Френкель В. Я., Московченко Н. Я. Документы и материалы. Вклад академика А. Ф. Иоффе в становление ядерной физики в СССР. Л., 1980; 8–38. . Зельдович Я. Б., Харитон Ю. Б. Роль А. Ф. Иоффе в развитии советской ядерной физики и техники // Природа. 1980; 10: 27–35.. Френкель Я. И. Абрам Федорович Иоффе. Л., 1968.. Алферов Ж. И. Предисловие. Физико-технический институт в годы Великой Отечественной войны. Сост. Б. Б. Дьяков. СПб., 2006: 3–4.. Гликина М. В. // Воспоминания об А. Ф. Иоффе. Л., 1972: 189–194.. Бредов М. М. // Воспоминания об А. Ф. Иоффе. Л., 1972: 183–188.. Сонин А. С. Черные дни академика Иоффе // Вестник РАН. 1994; 64(5): 448–452. . Классен М. В., Классен Т. В. Воспоминания об А. Ф. Иоффе. Отв. ред. В. П. Жузе. Л., 1972: 126–131.. Лёб Л. Б. // Воспоминания об А. Ф. Иоффе. Л., 1972: 103–107.

Николай Александрович Гезехус говорил тогда: «Рентген — не только рентгеновские лучи. Рентген — это первый экспериментатор Европы» .

Ioffe A. F. Physics of Crystals / Ed. L. B. Loeb. N.Y.; L., 1928.

Опыт Милликена

Схема опыта Милликена

Свой первый знаменитый опыт с каплями масла Милликен провёл в 1909 г. вместе со своим помощником Харви Флетчером. Говорят, что вначале опыт планировали делать с помощью капель воды, но они испарились за несколько секунд, чего оказалось явно мало, чтобы получить результат. Тогда Милликен отправил Флэтчера в аптеку, где тот приобрёл пульверизатор и пузырёк масла для часов. Этого оказалось достаточно, чтобы опыт удался. Впоследствии Милликен получил за него Нобелевскую премию, а Флэтчер докторскую степень.

Роберт Милликен

Харви Флетчер

В чём же заключался эксперимент Милликена?

Наэлектризованная капелька масла под воздействием силы тяжести падает вниз между двумя металлическими пластинами. Но если между ними создать электрическое поле, то оно удержит капельку от падения. Измерив силу электрического поля, можно определить заряд капли.

Две металлические пластины конденсатора экспериментаторы расположили внутри сосуда. Туда же с помощью пульверизатора вводились мельчайшие капельки масла, которые заряжались отрицательно во время разбрызгивания в результате их трения о воздух.

В отсутствии электрического поля капелька падает

Под действием силы тяжести F w = mg капельки начинали падать вниз. Но так они находилась не в вакууме, а в среде, то свободно падать им мешала сила сопротивления воздуха F res
= 6πη

rv
0

, где η

– вязкость воздуха. Когда F w


и F res


уравновешивались, падение становилось равномерным со скоростью v
0

. Измерив эту скорость, учёный определил радиус капли.

Капелька «парит» под действием электрического поля

Если в момент падения капельки на пластины подавалось напряжение таким образом, что верхняя пластина получала положительный заряд, а нижняя отрицательный, падение прекращалось. Ему препятствовало возникшее электрическое поле. Капельки словно зависали. Это происходило, когда сила F r


уравновешивалась силой, действующей со стороны электрического поля F r =

eE


,

где F r


результирующая силы тяжести и силы Архимеда.

F r = 4/3·

πr 3 (
ρ –

ρ 0)

g

ρ


— плотность капли масла;

ρ 0


плотность воздуха.

r


– радиус капли.

Зная F r


иE

,
можно определить величину e


.

Так как добиться того, чтобы капелька долго оставалась в неподвижном состоянии, было очень сложно, то Милликен и Флетчер создавали такое поле, в котором капелька после остановки начинала двигаться вверх с очень малой скоростью v



. В этом случае

Опыты повторялись многократно. Заряды капелькам сообщали, облучая их рентгеновской или ультрафиолетовой установкой. Но всякий раз общий заряд капли всегда был равен нескольким элементарным зарядам.

В 1911 г. Милликен установил, что величина заряда электрона равна 1,5924(17) х 10 -19 Кл. Учёный ошибся всего на 1%. Современное его значение составляет 1,602176487(10) х 10 -19 Кл.

Электрический заряд можно делить

Если в природе существуют заряженные частицы, значит, заряд, полученный телом при электризации, состоит из суммы зарядов этих частиц.

Обнаружить простейший и самый маленький заряд в природе, можно с помощью деления общего заряда тела на части.

Метод половинного деления

Этот метод заключается в делении какой-либо величины на две равные части. После этого, выбирают одну из частей и опять делят на две равные части.

Каждый раз выбирают половину и делят ее пополам, до тех пор, пока не получат самую маленькую часть, заряда которую разделить не получится.

Этот метод можно продемонстрировать на опыте.

Демонстрация деления заряда с помощью электрометров

Для проведения эксперимента потребуется два электрометра. Зарядим один из электрометров, а второй оставим незаряженным (рис. 1).


Рис. 1. Один электрометр заряжен, второй — нет

После соединим электрометры металлическим предметом – линейкой, проволокой и т. п. Мы увидим, что первоначальный заряд распределится между двумя электрометрами поровну (рис. 2).


Рис. 2. Первоначальный заряд разделился на две равные части между двумя электрометрами

Теперь уберем заряд одного из электрометров. А половинный заряд, оставшийся на втором приборе, опять разделим пополам, соединив измерительные приборы – заряженный и незаряженный, металлическим предметом. Этот остаточный заряд распределится между приборами поровну.

Проделав такой опыт некоторое количество раз, получим на одном из электрометров малый остаточный заряд, который разделить на части не получится. Такой заряд называют элементарным.

Квантовая физика электрона

Первое электричество и далее открытие электрона также сыграло ключевую роль в разработке атомных моделей. В 1920-е годы был также установлен волновой характер электрона. В 1923 году Луи де Бройль (1892-1987) разработал синтез корпускулярной и волновой концепций материи. Суть концепции в процессе рассеяния электронов по веществу.

С 1913 по 1928 год постепенно развивалась квантовая физика электрона. Нильс Бор (1885-1962) и Арнольд Зоммерфельд (1868-1951) представили  ограничительные условия на размер, форму и направление в пространстве орбиты электронов, связанных внутри атома. Эти условия были выражены в виде квантовых чисел определяющих расположение орбитали.

Электрон не имеет определенной траектории движения и может находиться в любой части пространства вокруг ядра, но с разной вероятностью.

Главный академик

Революции, войны, смена правителей, неудобная для карьеры ученого еврейская национальность — Иоффе пришлось многое пережить и преодолеть. Исторические события то и дело прерывали и мешали его работе. Например, запуск крупнейшего в Европе циклотрона был объявлен 21 июня 1941 года, но по понятным причинам эту работу пришлось отложить. Даже в трудные времена, когда наука была почти невозможна, Иоффе старался быть полезным. Например, во время Великой Отечественной войны он изобрел партизанское радио на основе солдатского котелка. Ко дну котелка крепились полупроводниковые спаи, а другие спаи в зависимости от времени года помещались в холодную воду или снег. Стоило подвесить котелок над костром, как радиоприемник начинал работу — в результате разности температур между спаями в цепи возникала электродинамическая сила.

«Если бы Иоффе вручали Нобелевскую премию, то, я думаю, отметили бы его наиболее выпуклое физическое достижение — в области термоэлектричества, все, что он сформулировал, сделал. В те времена производство термоэлектрических приборов он развил до совсем практического применения: солдатские котелки служили рациями в партизанских отрядах — это было сделано полностью по его идеям и под его руководством. А вообще, он был чрезвычайно разносторонним человеком, и я бы назвал его отцом современной физики и в СССР, и в России. Направление его работы было крайне широким. Из них два направления определяют физику до сих пор: это физика полупроводников и ядерная физика, — рассказал нам в интервью Петр Копьев, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН.

После войны на базе созданного Института полупроводников работы по их применению продолжились — велись обширные поиски и изучение новых материалов. Иоффе с учениками создал систему классификации полупроводниковых материалов, разработал методики определения их основных свойств. В институте на базе этих исследований была сконструирована и испытана серия охлаждающих устройств. В итоге Иоффе дал жизнь новой отрасли науки — термоэлектроэнергетике, которая призвана решить такие актуальные для современного общества проблемы, как преобразование световой и тепловой энергии в электрическую. В будущем эти опыты реализовались в солнечных батареях и не только. В год смерти Иоффе вышел первый отечественный радиоприемник на полупроводниках — в 1960 году в Ленинграде. Это была эпоха, когда имена физиков гремели, а ученые воспринимались как герои. «Главного академика» СССР Высоцкий упоминает в шуточной песне «Утренняя гимнастика»:

Если вы уже устали,Сели-встали, сели-встали.Не страшны вам Арктика с Антарктикой.Главный академик ИоффеДоказал: коньяк и кофеВам заменят спортаПрофилактика.

Правда, про коньяк и кофе Иоффе трудов не писал, зато был редактором многих научных журналов. Он всю жизнь жил в институте, ухаживал за розами во дворе, 15 дней не дожил до 80 лет и так и не был удостоен Нобелевской премии. Почетную в СССР Ленинскую премию ему дали посмертно, в 1961 году. Именем академика назван кратер на Луне, малая планета, самолет, улица в Адлерсхофе, площадь в Петербурге, несколько учебных заведений и научно-исследовательское судно.

История открытия электрона учёными всего света

  1. Эксперименты английского физика как основоположника электродинамики Фарадея (1791-1867) по электролизу, интерпретированные с точки зрения атомной теории материи, подразумевали, что электричество имеет атомную структуру. То есть электричество появляется в естественных единицах измерения.
  2. В 1891 ирландский физик и математик Джордж Джонстон Стоуни (1826-1911) назвал эти единицы или ввел в науку термин “электрон”.
  3. В 1894 году ирландцем Джозефом Лармором (1857-1942) была предложена электронная теория для преодоления определенных эмпирических и концептуальных проблем, с которыми столкнулась электромагнитная теория Максвелла. Электроны Лармора считались универсальными составляющими материи и были представлены в виде структур во всепроникающем эфире.
  4. Аналогичная электромагнитная теория была предложена нидерландским физиком-теоретиком Хендриком Антуан Лоренц (1853-1928), который разработал классическую электронную теорию в электромагнетизме. Теория Лоренца включала предположение Максвелла о том, что электромагнитные явления представляют собой волновые процессы в эфире, и предположил, что эти явления обусловлены действием заряженных частиц. Лоренц назвал эти частицы “ионами”, в аналогии с ионами электролиза.
  5. Решающим событием для развития теорий Лармора и Лоренца стало экспериментальное открытие Питера Зеемана (1865-1943). В 1896 году Зееман обнаружил, что спектральные линии натрия расширяются под воздействием магнитного поля ( Эффект Зеемана). Это была теория расщепления линий атомных спектровв магнитном поле. Опираясь на теорию Лоренца, он объяснил модификацию спектра натрия влиянием магнетизма на режим вибрации “ионов”. По наблюдаемому расширению он смог рассчитать их отношение заряда к массе, которое, ко всеобщему удивлению, оказалось на три порядка больше, чем у электролитических ионов. Это было первым признаком того, что Лоренц ионы, так же как и электроны Лармора, были намного меньше обычных ионов. В 1899 году Лоренц изменил название своих “ионов” на “электроны”.
  6. Электронные теории получили дополнительную поддержку в результате теоретического и экспериментального исследования катодных лучей. Это были исследования электрического разряда в газе при низком давлении. Природа этих лучей была предметом значительных дебатов где они были отождествлены с электроном.  Споры утихли когда в 1897 году, Дж. Дж. Томсон (1856–1940) показал, что лучи  состоят из “корпускул”, мельчайших заряженных частиц. Суть эксперимента состояла в исследовании газового разряда, то есть процесса прохождения электрического тока через газ. По электрическим и магнитным отклонениям этих частиц при прохождении через газ он рассчитал  отношение массы к заряду (m/е). Оказалось, что значение m/e было на три порядка меньше, известного ранее значения для иона водорода при электролизе.

    Именно с 1897 года считается  открытие электрона английским физиком Дж. Дж. Томсоном

  7.  В 1899 году Томсон сообщил об измерениях отношения массы к заряду частиц, полученных в результате фотоэффекта, а также термоэлектронной эмиссии. Эти измерения показали, что рассматриваемые частицы были идентичны составляющим катодных лучей.

Томсон сделал следующие выводы:

  • Атомы делимы, из них могут быть вырваны отрицательно заряженные частицы под действием определенных сил: электрических, удара частиц, ультрафиолетового света, тепла.
  • Вырванные частицы имеют одинаковую массу, несут одинаковый отрицательный заряд электричества и не зависят от материала.
  • Масса частиц меньше в 1000 раз чем масса атома водорода.
  •  Более подходящий термин «электрон».

За исследование прохождения электричества через газ, которые привели к открытию электрона в 1906 году получил Нобелевскую премию по физике.

Дж. Дж. Томсон

  1.   Французский физик Анри Беккерель (1852-1908) пришел к аналогичному выводу об идентичности недавно открытых β-лучей (рентген), которые, как было показано, были  полностью сопоставимым с катодными лучами.

Таким образом, к концу девятнадцатого века электрон появился в различных теоретических и экспериментальных контекстах.

Исследование электрона Иоффе и Милликеном: как это было

Чтобы найти ответы на вопросы независимо друг от друга два ученых в 1910-1911 годах провели эксперименты по исследованию поведения одиночных электронов. Это были русский физик Абрам Иоффе и американский ученый Роберт Милликен.

В своих опытах они применяли немного отличающиеся установки, но суть и принцип были одинаковыми. Итак, они взяли закрытый сосуд, из которого откачали воздух до состояния вакуума.

Внутри сосуда находились две металлические пластины, которым можно было сообщать некий заряд, а также облако капелек масла или пылинок, заряженных отрицательно, за которыми можно было наблюдать через специально подведенный микроскоп.

Итак, заряженные пылинки и капельки в вакууме будут падать с верхней пластины на нижнюю, однако этот процесс можно остановить, если зарядить верхнюю пластину положительно, а нижнюю отрицательно.

Возникшее электрическое поле будет действовать кулоновскими силами на заряженные частички, препятствуя их падению. Регулируя величину заряда, добивались того, что пылинки парили посередине между пластинами.

Далее уменьшали заряд пылинок или капель, облучая их рентгеном или ультрафиолетом. Теряя заряд, пылинки начинали падать вновь, их вновь останавливали, регулируя заряд пластин. Такой процесс повторяли несколько раз, вычисляя заряд капель и пылинок по специальным формулам.

В результате этих исследований удалось установить, что заряд пылинок или капель всегда изменялся скачками, на строго определенную величину, либо же на размер, кратный это величине.

ФИЗИКА

Часть 3 ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Раздел 8 ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

8.11. Атомная структура электричества. Опыты Иоффе, Милликена

Опыты А. Ф. Иоффе, исполненные в 1912 г.,
посвященные установлению атомной структуры электричества. Отрицательно заряженная
металлическая пылинка помещался между пластинами конденсатора, напряженность поля
которого добиралась такой, чтобы пылинка находилась в равновесии, т.е. qЕ = mg. После этого соринку освещали ультрафиолетовым
светом. Вследствие фотоэффекта отрицательный заряд пылинки постепенно уменьшался и
для сохранения равновесия в конденсаторе приходилось соответственно менять
напряженность электрического поля:

откуда

Оказалось, что заряд пылинки может
набирать только дискретных значений.

Рис. 8.7

В 1909-1914 гг. американский физик
Г. Милликен провел опыты, на основании которых не только установил атомність
электричества, приходилось опытами Иоффе, но и определил значение элементарного
электрического заряда. Схему установки Г. Милликена изображен на рис. 8.7, а.

Основной частью прибора является плоский
конденсатор, пластины которого подсоединяются к источнику напряжения в несколько тысяч
вольт. Напряжение между пластинами конденсатора можно изменять и точно
измерять. Г. Милликен наблюдал движение мельчайших электрически заряженных капель.
С помощью специального пульверизаторам! мелкие капли масла вдувались в
исследовательскую камеру, где они падали на дно. Многие из этих капель вследствие
трения в пульверизаторі оказывались заряженными. Некоторые из них, падая, попадали в
отверстие и сквозь него — в электрическое поле конденсатора. Здесь движение капель можно
было наблюдать через небольшое окошко с помощью короткофокусної трубы
(окуляра).

Рассмотрим сначала случай, когда
электрического поля в конденсаторе нет. Тогда на каплю, что движется с малой
скоростью в вязкой среде, кроме силы тяжести F1
и выталкивающей силы F2, которая определяется по закону
Архимеда, будет действовать сила трения F3. В случае сферической капли силу
трения можно определить по закону Стокса:

где
r — радиус капли; υ — скорость его движения; η — коэффициент вязкости среды.
Направление сил F1,F2,F3изображен на рис. 8.7, б. Увеличение скорости движения
капли и приводит к росту силы F3, и в некоторый момент времени равнодействующая
сил, действующих на каплю, равна нулю, т.е. F1 = F2+F3.
Начиная с этого момента времени капля будет двигаться равномерно. Поскольку(ρ — плотность масла)
и(ρ — плотность среды), то

Измерив скорость равномерного
падение капли и зная характеристики среды ρ, η и вещества капли ρ, нетрудно определить радиус капли:

Если теперь между
пластинами конденсатора создать поле напряженностью Е = , напрямлене так, что оно
замедляет движение каплины,
то на нее со стороны поля будет действовать
дополнительная сила

F4 (ее направление показано на рис. 8.7,
в):

где
q- заряд капли; U — разность потенциалов на пластинах
конденсатора; d — расстояние между ними. Тогда в случае
равновесия сил, действующих на каплю,

В уравнении (8.73) все величины или
задан (η, ρ,
ρ, U, d), или определено во время
эксперимента (υ1,r), поэтому можно определить электрический заряд капли:

Так Г. Милликен вычислил заряд
капель для многочисленных случаев. Потом он нашел произвольные разницы между
электрическими зарядами, которые несли на себе капли масла:

Этими расчетами он установил, что
среди всех многочисленных различий между зарядами капель не было от меньшего заряда
электрона, они были кратны заряду электрона или равны ему. Таким образом
было доказано атомную структуру электричества и наличие элементарного электрического
заряда, равную заряду электрона: е = 1,6∙ 10-19 Кл. Следовательно, заряд
электрона является атомом электричества, а не среднестатистической величине. Этим также
был опровергнут гипотезу о существовании субелектронів — частиц, имеющих
заряд в десятки, сотни и даже тысячи раз меньше, чем заряд электрона.

Теперь в связи с изучением
структуры элементарных частиц высказано гипотезу о существовании так называемых
кварков и допускается существование электрических зарядов, меньших от заряда электрона
(см. раздел 18.8).

Назад Вперед

Общие свойства

Ещё в Древней Греции философы заметили способность некоторых предметов притягивать к себе тела. Проявлялся этот эффект после их натирания кусочком шерсти. Особо ярко явление можно было обнаружить при трении янтаря. Объяснить природу такого взаимодействия в древние времена не могли. Лишь в XIX веке английский учёный Уильям Гилберт Грейс, занявшись изучением поведения тел, ввёл в обиход такие понятия как «электричество» и «магнетизм».

Предметы, способные взаимодействовать между собой, называли наэлектризованными. В 1729 году член Парижской Академии наук Шарль Франсуа Дюфе смог систематизировать известные сведения по эффектам и, проведя эксперимент, открыл существование двух типов электричества. В 1733 году он смог наблюдать, как тело сначала притягивало к себе другое, а потом его отталкивало.

Дюфе выяснил, что наэлектризованные тела притягивают не наэлектризованные, но при этом 2 заряженных тела не всегда способны отталкиваться. Один род электричества он назвал стеклянным, а другой — смоляным. Как оказалось, различие этих двух видов заключалось в их способности притягивать вещества того же рода и отталкивать другого.

В своё время исследованием электричества занимались такие учёные, как Фарадей, Эдисон, Максвелл, Гальвани, Ампер, Франклин. Их работы позволили прийти к выводу, что в природе существует нечто, вызывающие взаимодействие тел, отличное от гравитационных сил. Описать это явление было решено с помощью скалярной физической величины, названной зарядом. Впервые этот слово применил Кулон в 1785 году.

Но за 40 лет до этого Бенджамин Франклин по аналогии с математикой условно разделил электричество на 2 типа:

  • отрицательное;
  • положительное.

Опыты, проводимые с помощью электроскопа и электромера, позволили не только определять знак заряда того или иного тела, но и вычислять его значение.

https://youtube.com/watch?v=Pg4NUYo4Uo8