Номер 4, страница 115 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Глава 2. Электрические явления. Параграф 31. Строение атома. Упражнение 24 - номер 4, страница 115.

Условие.

4. Может ли какая-либо частица иметь заряд, превышающий элементарный заряд в 2,5 раза?

Решение 1.

Решение 2.

Решение 3.

Решение 4.

Решение

Нет, никакая свободно существующая частица или тело не может иметь заряд, превышающий элементарный в 2,5 раза.

Это утверждение основывается на фундаментальном свойстве электрического заряда — его дискретности, или квантовании. Согласно принципу квантования заряда, электрический заряд любого объекта (частицы или макроскопического тела) $q$ всегда кратен элементарному электрическому заряду $e$.

Математически это выражается формулой:

$q = n \cdot e$

где $e$ — элементарный заряд (модуль заряда электрона, $e \approx 1,602 \cdot 10^{-19}$ Кл), а $n$ — обязательно целое число ($n = 0, \pm1, \pm2, \ldots$).

В условии задачи рассматривается гипотетический заряд $q_{гип} = 2,5 \cdot e$. В этом случае коэффициент кратности $n$ был бы равен 2,5. Так как 2,5 не является целым числом, существование свободно существующей частицы с таким зарядом противоречит принципу квантования заряда.

Следует упомянуть, что в Стандартной модели физики элементарных частиц существуют кварки, имеющие дробные заряды (например, $+\frac{2}{3}e$ и $-\frac{1}{3}e$). Однако из-за явления, называемого конфайнментом (удержание цвета), кварки не наблюдаются в свободном состоянии. Они всегда существуют в составе адронов (таких как протоны и нейтроны), суммарный заряд которых всегда равен целому числу элементарных зарядов. Даже если бы мы рассматривали комбинацию кварков, их суммарный заряд был бы кратен $\frac{1}{3}e$. Заряд $2,5e = \frac{5}{2}e$ не кратен $\frac{1}{3}e$, так как их отношение $\frac{5/2}{1/3} = 7,5$ не является целым числом. Таким образом, даже с учетом кварковой структуры материи, заряд в $2,5e$ невозможен.

Ответ: Нет, не может. Согласно принципу квантования электрического заряда, заряд любой частицы или тела должен быть кратен элементарному заряду $e$, то есть $q = n \cdot e$, где $n$ — целое число. Число 2,5 не является целым.