Номер 5, страница 237 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

5. Как формулируется закон сохранения электрического заряда?

5. Как формулируется закон сохранения электрического заряда?

Закон сохранения электрического заряда — это фундаментальный закон физики, который утверждает, что алгебраическая сумма электрических зарядов в любой электрически изолированной системе остается постоянной, какие бы процессы в этой системе ни происходили.

Рассмотрим ключевые понятия этой формулировки:

1. Электрически изолированная (или замкнутая) система: Это такая система тел, которая не обменивается электрическими зарядами с телами, не входящими в эту систему. Иными словами, заряженные частицы не могут ни покинуть систему, ни проникнуть в нее извне. Внутри системы обмен зарядами возможен.

2. Алгебраическая сумма зарядов: Это означает, что при сложении зарядов учитываются их знаки. Положительные заряды входят в сумму со знаком «+», а отрицательные — со знаком «-».

Математически закон сохранения заряда для системы, состоящей из $\text{N}$ заряженных тел или частиц, выражается формулой:

$q_1 + q_2 + q_3 + \dots + q_N = const$

где $q_1, q_2, \dots, q_N$ — заряды отдельных тел (частиц) системы в данный момент времени. Постоянство этой суммы означает, что ее значение не изменяется с течением времени, несмотря на взаимодействия между телами внутри системы.

Физический смысл и проявления закона:

- Закон означает, что электрический заряд не может возникнуть из ничего или бесследно исчезнуть. Заряд может только передаваться от одного тела к другому или перераспределяться. Носителями заряда являются элементарные частицы (например, электроны и протоны), и сохранение заряда связано с сохранением числа этих частиц (с учетом их знаков).

- Пример из макромира: электризация трением. Если стеклянную палочку (изначально нейтральную) потереть о шелк (тоже нейтральный), то часть электронов перейдет со стекла на шелк. В результате стекло приобретет положительный заряд $+q$, а шелк — равный по величине отрицательный заряд $-q$. Суммарный заряд системы "стекло + шелк" до взаимодействия был равен $\text{0}$, и после взаимодействия он остался равен $\text{0}$ (так как $(+q) + (-q) = 0$).

- Пример из микромира: рождение и аннигиляция частиц. При столкновении высокоэнергетичного гамма-кванта (фотона, заряд $\text{0}$) с полем ядра может родиться пара частиц: электрон (заряд $-e$) и позитрон (заряд $+e$). Суммарный заряд до реакции равен $\text{0}$, и после реакции он также равен $\text{0}$: $(-e) + (+e) = 0$. При аннигиляции электрона и позитрона их заряды взаимно компенсируются, и образуются нейтральные гамма-кванты.

Закон сохранения электрического заряда является одним из самых строгих законов физики; на сегодняшний день не обнаружено ни одного процесса в природе, который бы его нарушал.

Ответ: В электрически изолированной (замкнутой) системе алгебраическая сумма всех электрических зарядов остается постоянной. Математически это записывается как $\sum_{i=1}^{N} q_i = const$.