Единица электрического заряда

Введена, новая физическая - ве­личина - электрический заряд. Нуж­но выбрать единицу этой величины. Этот выбор, как и выбор единиц других физических величин, произволен. Дело здесь только в целе­сообразности того или иного выбора.

Создать макроскопический эталон единицы электрического за­ряда, подобный эталону массы -килограмму, невозможно из-за утечки заряда. Естественно было бы за единицу принять заряд электрона, что и сделано в атомной физике, но этот заряд слишком мал, и поэтому пользоваться им в качестве единицы заряда не всегда удобно.

Единица заряда - кулон. В Меж­дународной системе единиц (СИ) единица заряда является не основ­ной, а производной и эталон для нее не вводится. Наряду с метром, секундой и килограммом в СИ введена основная единица для электри­ческих величин - единица силы то­ка - ампер. Эталонное значение ам­пера устанавливается с, помощью магнитных взаимодействий токов. Об этом было сказано в учебнике физики для VIII класса.

Единицу заряда в СИ - кулон устанавливают с помощью единицы силы тока. Один кулон (1 Кл) - это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.

Коэффициент kв законе Кулона при записи его в единицах СИ вы­ражается в Н∙м²/Кл², так как согласно формуле (1):

а сила взаимодействия зарядов выражается в ньютонах, расстояние – в метрах, заряд - в кулонах. Число­вое значение этого коэффициента можно определять эксперименталь­но. Для этого надо измерить силу взаимодействия F между двумя известными зарядами |q₁|и|q₂|, находящимися на заданном расстоя­нии r, и эти значения подставить в формулу (1). Полученное значе­ние k, будет равно

k=9·10⁹ Н∙м²/Кл².. (2)

Заряд в 1Кл очень велик. Сила взаимодействия двух точечных зарядов, по 1 Кл каждый, располо­женных на расстоянии 1 км друг от друга, чуть меньше силы, с кото­рой земной шар притягивает груз массой 1 т. Поэтому сообщить не­большому телу (размером порядка несколько метров) заряд в 1 Кл невозможно. Отталкиваясь друг от друга, заряженные частицы не могут удержаться на теле. Никаких дру­гих сил, которые были бы способны в данных условиях компенсировать кулоновское отталкивание, в природе не существует. Но в проводнике, который в целом нейтрален, привести в движение заряд в 1 Кл не составляет большого труда. Ведь в обычной электрической лампе мощ­ностью 100 Вт при напряжении 127 В устанавливается ток, немного меньший 1 А. При этом за 1 с через поперечное сечение проводника проходит заряд, почти равный 1 Кл.

Минимальный заряд, существую­щий в природе, - это заряд элементарных частиц. В единицах СИ мо­дуль этого заряда равен:

e=1.6∙10^-19Кл. (3)

Электрическая Постоянная. Коэф­фициент k в СИ принято запи­сывать в форме

(4)

Величину ε₀ (ε - греческая бук­ва «эпсилон») называют электриче­ской постоянной. Она равна:

(5)

В дальнейшем для простоты запи­си формул мы не будем, записывать коэффициент k, в виде выраже­ния (4), за исключением отдель­ных случаев.

В СИ единица. заряда - ку­лон устанавливается с помощью единицы силы тока - ампер. Эле­ментарный электрический заряд е= 1,6.10^-19 Кл.