Номер 7, страница 300 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 90. Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения заряда. Глава 14. Электростатика - номер 7, страница 300.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Закон сохранения электрического заряда — это фундаментальный закон природы, утверждающий, что алгебраическая сумма электрических зарядов в любой электрически изолированной (замкнутой) системе остается постоянной, какие бы процессы в этой системе ни происходили. Математически это выражается как $\sum_{i=1}^{n} q_i = \text{const}$. Это означает, что заряд не может быть создан или уничтожен из ничего, он может только передаваться от одного тела к другому или перемещаться внутри тела, а рождение заряженных частиц всегда происходит парами с суммарным нулевым зарядом.

Существует множество явлений, демонстрирующих этот закон на разных уровнях — от макроскопических до субатомных. Вот несколько примеров:

• Электризация трением (трибоэлектрический эффект). При трении двух первоначально электрически нейтральных тел (например, эбонитовой палочки о шерсть) часть электронов переходит с одного тела на другое. Шерсть, отдав электроны, заряжается положительно, а эбонитовая палочка, получив их, — отрицательно. При этом заряд, полученный палочкой ($q_{пал} < 0$), в точности равен по модулю и противоположен по знаку заряду, оставшемуся на шерсти ($q_{шер} > 0$). Суммарный заряд системы «палочка + шерсть» до взаимодействия был равен нулю и остается равным нулю после: $q_{пал} + q_{шер} = 0$.

• Электризация через соприкосновение. Если привести в контакт заряженное тело (с зарядом $q_1$) и нейтральное проводящее тело ($q_2 = 0$), то заряд перераспределится между ними. Общий заряд системы до контакта равен $Q_{нач} = q_1 + 0 = q_1$. После контакта тела будут иметь заряды $q'_1$ и $q'_2$ соответственно. Суммарный заряд системы после контакта станет $Q_{кон} = q'_1 + q'_2$. Согласно закону сохранения, $Q_{нач} = Q_{кон}$, то есть $q_1 = q'_1 + q'_2$. Общий заряд изолированной системы сохранился.

• Ядерные реакции (например, бета-распад). В процессе радиоактивного бета-распада нейтрон ($n$), не имеющий заряда, превращается в протон ($p^+$) с зарядом $+e$, электрон ($e^-$) с зарядом $-e$ и электронное антинейтрино ($\bar{\nu}_e$), которое является нейтральной частицей. Схема реакции выглядит так: $n \rightarrow p^+ + e^- + \bar{\nu}_e$. Суммарный заряд до распада был равен заряду нейтрона, то есть 0. Суммарный заряд продуктов распада также равен нулю: $(+e) + (-e) + 0 = 0$. Таким образом, электрический заряд в этом процессе сохраняется.

• Аннигиляция и рождение пар. В физике элементарных частиц закон сохранения заряда проявляется особенно наглядно.

  Аннигиляция: при столкновении частицы и ее античастицы, например, электрона ($e^-$) и позитрона ($e^+$), они исчезают, порождая гамма-кванты ($\gamma$). Суммарный заряд до реакции равен $(-e) + (+e) = 0$. Гамма-кванты электрически нейтральны, поэтому суммарный заряд после реакции также равен 0.

  Рождение пар: обратный процесс, когда гамма-квант в поле атомного ядра превращается в пару электрон-позитрон: $\gamma \rightarrow e^- + e^+$. Начальный заряд (гамма-кванта) равен 0, конечный суммарный заряд также равен $(-e) + (+e) = 0$.

Ответ: Примерами явлений, в которых наблюдается сохранение заряда, являются: электризация тел при трении или соприкосновении, любые химические и ядерные реакции (например, бета-распад), а также процессы взаимодействия элементарных частиц, такие как аннигиляция электрон-позитронной пары и рождение пар из гамма-кванта.