Zasada zachowania ładunku
Zasada zachowania ładunku elektrycznego – prawo zachowania dotyczące ładunku elektrycznego, stwierdzające, że ładunek elektryczny nie może być ani utworzony, ani zniszczony.
Zasadę można sformułować na kilka sposobów
W izolowanym układzie ciał całkowity ładunek elektryczny, czyli suma algebraiczna ładunków dodatnich i ujemnych, nie ulega zmianie
- (∑qi)U,I=const.{displaystyle left(sum {q_{i}}right)_{U,I}={text{const.}}}
- (∑qi)U,I=const.{displaystyle left(sum {q_{i}}right)_{U,I}={text{const.}}}
Zmiana ładunku układu może zachodzić tylko na drodze przepływu ładunku
- Δq=qdostarczone−qoddane{displaystyle Delta {q}=q_{text{dostarczone}}-q_{text{oddane}},}
- Δq=qdostarczone−qoddane{displaystyle Delta {q}=q_{text{dostarczone}}-q_{text{oddane}},}
Potocznie zasada zachowania ładunku znaczy tyle co: ładunek elektryczny jest niezniszczalny; nigdy nie ginie i nie może być stworzony. Ładunki elektryczne mogą się przemieszczać z jednego miejsca w inne, ale nigdy nie biorą się znikąd. Mówimy więc, że ładunek elektryczny jest zachowany[1]. Mimo, iż ta definicja dobrze obrazuje samą zasadę, to jednak nie jest ona do końca ścisła, ponieważ, jak współczesne badania wykazały, nie jest prawdą twierdzenie, że ładunki są niezniszczalne i nie można ich wytworzyć. Podczas anihilacji dwie cząstki o przeciwnych ładunkach przestają istnieć zamieniając się na energię pola elektromagnetycznego. Znikają również ich ładunki, ale całkowity ładunek układu (równy 0) pozostaje niezmieniony. Odwrotnie dzieje się w procesie kreacji par (np. proton-antyproton), kiedy powstają dwie cząstki o przeciwnych ładunkach.
Spis treści
1 Przykłady i konsekwencje
2 Zasada zachowania ładunku a symetrie
3 Przypisy
4 Bibliografia
Przykłady i konsekwencje |
Jedną z bezpośrednich konsekwencji zasady zachowania ładunku jest pierwsze prawo Kirchhoffa. Może ono być sformułowane w sposób nawiązujący do zasady zachowania ładunku w następujący sposób:
Ilość ładunków wpływających do węzła sieci równa jest ilości ładunków wypływających z tego węzła.
Zasada zachowania ładunku a symetrie |
Zachowanie ładunku elektrycznego wynika z niezmienniczości względem transformacji cechowania funkcji falowej cząstki naładowanej (np. elektronu)
- ψ(x→,t)→ψ′(x→,t)=eiαψ(x→,t){displaystyle psi ({vec {x}},t)rightarrow psi '({vec {x}},t)=e^{ialpha }psi ({vec {x}},t)}
Transformacje eiα{displaystyle e^{ialpha }}
Konsekwencją tej niezmienniczości jest bezmasowość fotonu (m=0), fakt, że światło w próżni propaguje się z prędkością fundamentalną c (nazywaną z powodów historycznych prędkością światła w próżni). Następną konsekwencją jest dalekozasięgowość oddziaływania elektromagnetycznego, potencjał
- U(r)=q1q24πϵr.{displaystyle U(r)={frac {q_{1}q_{2}}{4pi epsilon r}}.}
- U(r)=q1q24πϵr.{displaystyle U(r)={frac {q_{1}q_{2}}{4pi epsilon r}}.}
Zasada zachowania ładunku jest przykładem zasady, która wynika z symetrii różnych od symetrii czasu i przestrzeni.
Przypisy |
↑ Feynman, Leighton i Sands 1974 ↓, s. 222.
Bibliografia |
- Richard Phillips Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands: Feynmana wykłady z fizyki. T. 2. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1974.
