Материяның электромагниттік қасиеттері

Кіріспе

Электр заряды (символ q, кейде Q) – заттың физикалық қасиеті, ол электромагниттік өрісқа орналастырылғанда күш сезінуіне себеп болады. Электр заряды оң немесе теріс болуы мүмкін. Бір-біріне ұқсас зарядтар бір-бірін итермелейді, ал әртүрлі зарядтар бір-бірін тартады. Кез келген таза заряды жоқ зат электрлік бейтарап деп аталады. Зарядталған заттардың өзара әрекеттесуі туралы алғашқы білім қазір классикалық электродинамика деп аталады және кванттық эффектілерді ескеруді қажет етпейтін мәселелер үшін әлі де дәл. Электр заряды – сақталу қасиеті: оқшауланған жүйенің таза заряды, оң зарядтың мөлшерінен теріс зарядтың мөлшерін азайту нәтижесінде шығатын сан, өзгермейді. Электр заряды субатомдық бөлшектермен тасымалданады. Күнделікті заттарда теріс зарядты электрондар, ал оң зарядты атом ядросындағы протондар тасымалдайды. Егер затта протондардан көп электрон болса, онда оның заряды теріс болады, егер аз болса, оң заряд болады, ал егер саны тең болса, ол бейтарап болады. Заряд квантталған: ол элементар заряд деп аталатын жеке кіші бірліктердің бүтін еселігі түрінде келеді, e, бұл еркін түрде болуы мүмкін ең кішкентай заряд. Кварктар деп аталатын бөлшектердің кішкентай зарядтары бар, олар e-нің еселігі, бірақ олар тек e-нің бүтін еселігіне тең зарядтары бар бөлшектерде ғана табылады. Стандартты модельде заряд – абсолютті сақталатын кванттық сан. Протонның заряды +e, ал электронның заряды -e. Электр зарядтары электр өрістерін жасайды. Қозғалатын заряд магнит өрісін де жасайды. Электр зарядтарының электромагниттік өріспен (электр және магнит өрістерінің комбинациясы) өзара әрекеттесуі электромагниттік (немесе Лоренц) күшінің көзі болып табылады, бұл физикадағы төрт негізгі өзара әрекеттесудің бірі. Зарядталған бөлшектер арасындағы фотон арқылы жүзеге асырылатын өзара әрекеттесуді зерттеу кванттық электродинамика деп аталады. Электр зарядының Халықаралық бірлік жүйесінде (SI) алынған бірлігі – француз физигі Шарль Августин де Кулонның құрметіне аталған кулон (C). Электр инженериясында ампер-сағатты (А⋅с) қолдану да жиі кездеседі. Физика және химияда элементар зарядты (e) бірлік ретінде қолдану кең таралған. Химияда Фарадей тұрақтысы қолданылады, ол элементар зарядтардың бір молінің зарядына тең.

Electromagnetic property of matter

Electric charge (symbol q, sometimes Q) is the physical property of matter that causes it to experience a force when placed in an electromagnetic field. Electric charge can be positive or negative. Like charges repel each other and unlike charges attract each other. An object with no net charge is referred to as electrically neutral. Early knowledge of how charged substances interact is now called classical electrodynamics, and is still accurate for problems that do not require consideration of quantum effects. Electric charge is a conserved property: the net charge of an isolated system, the quantity of positive charge minus the amount of negative charge, cannot change. Electric charge is carried by subatomic particles. In ordinary matter, negative charge is carried by electrons, and positive charge is carried by the protons in the nuclei of atoms. If there are more electrons than protons in a piece of matter, it will have a negative charge, if there are fewer it will have a positive charge, and if there are equal numbers it will be neutral. Charge is quantized: it comes in integer multiples of individual small units called the elementary charge, e, about which is the smallest charge that can exist freely. Particles called quarks have smaller charges, multiples of e, but they are found only combined in particles that have a charge that is an integer multiple of e. In the Standard Model, charge is an absolutely conserved quantum number. The proton has a charge of +e, and the electron has a charge of −e. Electric charges produce electric fields. A moving charge also produces a magnetic field. The interaction of electric charges with an electromagnetic field (a combination of an electric and a magnetic field) is the source of the electromagnetic (or Lorentz) force, which is one of the four fundamental interactions in physics. The study of photon mediated interactions among charged particles is called quantum electrodynamics. The SI derived unit of electric charge is the coulomb (C) named after French physicist Charles Augustin de Coulomb. In electrical engineering it is also common to use the ampere hour (A⋅h). In physics and chemistry it is common to use the elementary charge (e) as a unit. Chemistry also uses the Faraday constant, which is the charge of one mole of elementary charges.

Шолу

Заряд – зарядты басқа материяның қатысуымен электростатикалық тартымдылық немесе итергіш күшті көрсететін материяның негізгі қасиеті. Электр заряды көптеген субатомдық бөлшектердің ерекше қасиеті болып табылады. Тұрақтанған бөлшектердің зарядтары элементарлық зарядтың *e* бүтін еселері болып табылады; электр заряды квантталған деуге болады. Майкл Фарадей электролиз тәжірибелерінде алғаш рет электр зарядының дискретті табиғатын байқады. Роберт Милликеннің май тамшысы тәжірибесі осы фактіні тікелей дәлелдеді және элементарлық зарядты өлшеді. Кварктардың бір түрінің – немесе + , немесе - бөлшек зарядтары бар екені анықталды, бірақ олар әрқашан интегралды зарядтың еселігімен кездеседі деп есептеледі; тұрақтанған кварктар ешқашан байқалған емес. Электрондардың заряды -*e*, ал протондардың заряды +*e* болып саналады. Бірдей таңбалы зарядталған бөлшектер бір-бірін итергіштейді, ал әртүрлі таңбалы зарядталған бөлшектер тартылысады. Кулон заңы екі бөлшектің арасындағы электростатикалық күшті олардың зарядтарының көбейтіндісіне пропорционалды және олардың арасындағы қашықтықтың квадратына кері пропорционалды деп тұжырымдайды. Антибөлшектің заряды сәйкес бөлшектің зарядына тең, бірақ қарама-қарсы таңбалы болады. Макроскопиялық дененің электр заряды – одан құралған бөлшектердің электр зарядтарының қосындысы. Бұл заряд көбінесе кішкентай болады, себебі материя атомдардан тұрады, ал атомдар әдетте тең мөлшерде протондар мен электрондардан тұрады, олардың зарядтары бір-бірін жояды, нәтижесінде таза заряд нөлге тең болады, демек атом бейтарап болады. Ион – бір немесе бірнеше электронын жоғалтқан (оң зарядты – катион) немесе бір немесе бірнеше электронын алған (теріс зарядты – анион) атом (немесе атомдар тобы). Моноатомдық иондар бір атомнан, ал полиатомдық иондар екі немесе одан көп атомнан құралады, олар бірігіп, әр жағдайда оң немесе теріс таза зарядты ионды құрайды. Макроскопиялық дененің пайда болуы кезінде құраушы атомдар мен иондар әдетте бейтарап иондық қосылыстардан тұратын құрылымдарды құру үшін бірігіп, бейтарап атомдармен электрлік байланысқа түседі. Осылайша макроскопиялық дененің бейтарап болуға бейімділігі зор, бірақ макроскопиялық дененің толығымен бейтарап болуы сирек кездеседі. Кейде макроскопиялық дененің құрамында материалдың ішінде таратылған, берік байланысқан иондар болады, бұл дененің жалпы оң немесе теріс зарядына ие болуына себеп болады. Сондай-ақ, өткізгіш элементтерден жасалған макроскопиялық дененің электрондарды оңай (элементке байланысты) қабылдауы немесе шығаруы мүмкін, содан кейін таза теріс немесе оң зарядты ұзақ сақтауы мүмкін. Егер дененің таза электр заряды нөлден өзгеше және қозғалмайтын болса, бұл құбылыс статикалық электр деп аталады. Бұл екі түрлі материалды бір-біріне үйкелеу арқылы оңай жасауға болады, мысалы, жүнмен янтарьды немесе жібекпен шыныны үйкеу. Осылайша, өткізгіш емес материалдарды оң немесе теріс дәрежеде зарядтауға болады. Бір материалдан алынған заряд екінші материалға ауысады, ал сол сияқты қарсы таңбалы заряд қалдырылады. Зарядтың сақталу заңы әрқашан қолданылады, бұл теріс заряд алынған дененің бірдей мөлшердегі оң зарядқа ие болуына және керісінше әкеледі. Дененің таза заряды нөлге тең болса да, заряд дененің ішінде біркелкі емес таралуы мүмкін (мысалы, сыртқы электромагниттік өріс немесе байланысқан полярлық молекулалардың әсерінен). Мұндай жағдайларда дененің поляризацияланғаны айтылады. Поляризациядан туындаған заряд байланған заряд деп аталады, ал дененің сыртынан алынған немесе жоғалтылған электрондардан туындаған заряд еркін заряд деп аталады. Өткізгіш металдардағы электрондардың белгілі бір бағыттағы қозғалысы электр тогы деп аталады.

Charge is the fundamental property of matter that exhibits electrostatic attraction or repulsion in the presence of other matter with charge. Electric charge is a characteristic property of many subatomic particles. The charges of free standing particles are integer multiples of the elementary charge e; we say that electric charge is quantized. Michael Faraday, in his electrolysis experiments, was the first to note the discrete nature of electric charge. Robert Millikan's oil drop experiment demonstrated this fact directly, and measured the elementary charge. It has been discovered that one type of particle, quarks, have fractional charges of either − or +, but it is believed they always occur in multiples of integral charge; free standing quarks have never been observed. By convention, the charge of an electron is negative, −e, while that of a proton is positive, +e. Charged particles whose charges have the same sign repel one another, and particles whose charges have different signs attract. Coulomb's law quantifies the electrostatic force between two particles by asserting that the force is proportional to the product of their charges, and inversely proportional to the square of the distance between them. The charge of an antiparticle equals that of the corresponding particle, but with opposite sign. The electric charge of a macroscopic object is the sum of the electric charges of the particles that it is made up of. This charge is often small, because matter is made of atoms, and atoms typically have equal numbers of protons and electrons, in which case their charges cancel out, yielding a net charge of zero, thus making the atom neutral. An ion is an atom (or group of atoms) that has lost one or more electrons, giving it a net positive charge (cation), or that has gained one or more electrons, giving it a net negative charge (anion). Monatomic ions are formed from single atoms, while polyatomic ions are formed from two or more atoms that have been bonded together, in each case yielding an ion with a positive or negative net charge. During the formation of macroscopic objects, constituent atoms and ions usually combine to form structures composed of neutral ionic compounds electrically bound to neutral atoms. Thus macroscopic objects tend toward being neutral overall, but macroscopic objects are rarely perfectly net neutral. Sometimes macroscopic objects contain ions distributed throughout the material, rigidly bound in place, giving an overall net positive or negative charge to the object. Also, macroscopic objects made of conductive elements can more or less easily (depending on the element) take on or give off electrons, and then maintain a net negative or positive charge indefinitely. When the net electric charge of an object is non zero and motionless, the phenomenon is known as static electricity. This can easily be produced by rubbing two dissimilar materials together, such as rubbing amber with fur or glass with silk. In this way, non conductive materials can be charged to a significant degree, either positively or negatively. Charge taken from one material is moved to the other material, leaving an opposite charge of the same magnitude behind. The law of conservation of charge always applies, giving the object from which a negative charge is taken a positive charge of the same magnitude, and vice versa. Even when an object's net charge is zero, the charge can be distributed non uniformly in the object (e. g., due to an external electromagnetic field, or bound polar molecules). In such cases, the object is said to be polarized. The charge due to polarization is known as bound charge, while the charge on an object produced by electrons gained or lost from outside the object is called free charge. The motion of electrons in conductive metals in a specific direction is known as electric current.

Бірлік

Электр зарядының SI бірлігі кулон (символ: С) болып табылады. Кулон – электр тогының өткізгіш қимасынан бір секунд ішінде бір ампер ток өткендегі заряд мөлшерімен анықталады. Бұл бірлік 1946 жылы ұсынылып, 1948 жылы бекітілді. Элементар зарядтың мәні, SI бірліктерімен берілгенде, дәл мынадай болады.

1891 жылы Жорж Стоуни зарядтың квантталған сипатын ашқаннан кейін, осы негізгі электр заряды бірлігі үшін «электрон» бірлігін ұсынды. 1897 жылы Дж. Дж. Томсон қазір электрон деп аталатын бөлшекті ашты. Бүгінде бұл бірлік элементар заряд, зарядтың негізгі бірлігі деп аталады немесе жай ғана e арқылы белгіленеді, электрон заряды -e тең. Оқшауланған жүйенің заряды, тіпті үлкен масштабта заряд үздіксіз шама ретінде қабылданылса да, элементар зарядтың e-ге еселенген шамасы болуы керек. Кейбір жағдайларда элементар зарядтың үлесі туралы айту мағыналы, мысалы, бөлшектік кванттық Холл эффектісінде. Фарадей бірлігі кейде электрохимияда қолданылады. Бір фарадей – элементар зарядтардың бір молінің зарядының шамасына тең, яғни…

Тарих

Көне заманнан бері адамдар қазір электр заряды тұжырымдамасымен түсіндірілетін құбылыстардың төртеуімен таныс болды: а) найзағай, б) торпеда балығы (немесе электр сәулесі), в) Сент-Эльмо оты және г) жүнмен сүртілген янтарь кішкентай, жеңіл заттарды тартады. Янтарь әсері туралы алғашқы есептер көбінесе б.з.д. 624-546 жылдары өмір сүрген грек математигі Талес Милетскийге жатқызылады, бірақ Талес жазба қалдырған-жоқ деген күмән бар; оның янтарь туралы есебі 200-ші жылдардың басында белгілі болды. Басқаша айтқанда, электр заряды туралы ешқандай түсінік болған жоқ. Жалпы алғанда, көне гректер осы төрт құбылыстың арасындағы байланысты түсінбеді. Гректер зарядталған янтарь түймелерінің шаш сияқты жеңіл заттарды тарта алатынын байқады. Олар сондай-ақ, егер олар янтарьды жеткілікті ұзақ сүртіп, тіпті электр ұшқынының секіруіне қол жеткізе алатынын анықтады, бірақ 17-ші ғасырдың соңына дейін электр ұшқындары туралы ешқандай мәлімет болмаған деген де пікір бар. Бұл қасиет трибоэлектрлік әсерден туындайды. 1100-ші жылдардың соңында көмірдің тығыздалған түрі – реактивті заттың янтарь әсері бар екені анықталды, ал 1500-ші жылдардың ортасында Джироламо Фракасторо алмаздың да осындай әсері бар екенін анықтады. Фракасторо және басқалар, әсіресе Героламо Кардано, осы құбылысты түсіндіру үшін күш салды. Ежелгі дәуірден бері сандық тұрғыда зерттеліп келе жатқан астрономия, механика және оптикадан айырмашылығы, электр құбылыстарын сапалық және сандық тұрғыда зерттеудің басталуы ағылшын ғалымы Уильям Гилберттің 1600 жылы «De Magnete» еңбегін жариялауымен белгіленуі мүмкін. Бұл кітапта Гилберт бұрынғы теориялардың көптегенін қарастырғанда янтарь әсеріне (оның өзі айтқандай) оралған шағын бөлім болды. Гилберт «электр» терминімен де танымал, ал «электр қуаты» термині кейін пайда болды, алғаш рет Сэр Томас Браунға қатысты. (Көбірек тілдік мәліметтерді электр қуатының этимологиясынан қараңыз.) Гилберт бұл «янтарь» әсерін басқа заттарға әсер ететін эффлювиймен (электрлік объектісінен оның көлемін немесе салмағын азайтпай ағып шығатын бөлшектердің кішкентай ағыны) түсіндіруге болады деп болжады. Материалдық электрлік эффлювий туралы идея 17-18 ғасырларда ықпалды болды. Бұл 18 ғасырда «электр сұйықтығы» (Дюфей, Нолет, Франклин) және «электр заряды» туралы ойлардың бастауы болды. 1663 жылы Отто фон Герике алғашқы электростатикалық генераторды ойлап тапты, бірақ оны электр құрылғысы ретінде танымады және онымен тек аз электрлік тәжірибелер жүргізді. Еуропалық алғашқылардың бірі Роберт Бойль болды. Ол 1675 жылы ағылшын тілінде электр құбылыстарына арналған алғашқы кітапты жариялады. Оның жұмысы негізінен Гилберт зерттеулерінің қайталануы болды, бірақ ол тағы бірнеше «электрліктерді» анықтады және екі дене арасындағы өзара тартылыс туралы айтты. Осы эксперименттер арқылы Грей электрлік эффлювийлердің өткізілуін жеңілдететін немесе кедергі келтіретін әртүрлі материалдардың маңыздылығын анықтады. Грейдің көптеген эксперименттерін қайталаған Джон Теофилус Дезагулиерс осы эксперименттердегі әртүрлі материалдардың әсерін көрсету үшін өткізгіштер және оқшаулағыштар терминдерін жасады. Ол бұл құбылысты электрлік эффлювий идеясымен түсіндіруге тырысты. Грейдің ашылуы электр заряды туралы білімнің тарихи дамуында маңызды өзгерістерге әкелді. Электрлік эффлювийлердің бір объектіден екіншісіне берілуі мүмкін екендігі, бұл қасиеттің сүріну арқылы электрлендірілген денелермен ажырамас байланыста емес екендігі туралы теориялық мүмкіншілікті ашты. 1733 жылы Шарль Франсуа де Систерне дю Фей Грейдің еңбегінен шабыт алып, бірнеше эксперименттер жүргізді (Mémoires de l'Académie Royale des Sciences), металдар мен сұйықтықтарды қоспағанда, барлық заттар сүрту арқылы «электрлендірілуі» мүмкін екенін көрсетті және электр қуаты бірін-бірі жоятын екі түрге бөлінеді деп ұсынды, ол екі сұйықтық теориясы тұрғысынан білдірді. Шыныны жібекпен сүрткенде, шыныға шыны электр қуаты тиесілі екенін, ал янтарьды терімен сүрткенде, янтарьға шайыр электр қуаты тиесілі екенін айтады. Қазіргі түсінікте оң заряд шыны таяқтың жібек матамен сүртілгеннен кейінгі заряды деп анықталады, бірақ зарядтың қай түрі оң, қайсы теріс деп аталуы кездейсоқ. Бұл уақыттан бастап тағы бір маңызды екі сұйықтық теориясын Жан Антуан Ноле (1745 ж.) ұсынды. 1745 жылға дейін электрлік тартылу мен кері тартылудың негізгі түсінігі – электрленген денелер эффлювий шығарады деген идея болды. Бенджамин Франклин 1746 жылдың соңында электрлік эксперименттерді бастады, ал 1750 жылға қарай бір сұйықтық теориясын жасады, ол шыныны сүрткенде, оның күші сүрткен матаның күшімен бірдей, бірақ қарама-қарсы болатын экспериментке негізделген. Франклин электр қуатын барлық затта бар көзге көрінбейтін сұйықтық түрі деп ойлады және «заряд» терминін (сондай-ақ аккумулятор және басқаларын) ойлап тапты; мысалы, ол Лейден банкасындағы шыны жиналған зарядты сақтайды деп сенді. Ол сүрткіш беттерді сүрткенде осы сұйықтықтың орны ауысатынын және осы сұйықтықтың ағыны электр тогын құрайтынын айтты. Ол сондай-ақ, затта сұйықтықтың артық мөлшері болса, ол оң зарядталған, ал жетіспесе, теріс зарядталған деп болжады. Ол шыны түтігімен жасаған эксперименттен кейін оң терминін шыны электр қуатымен, ал теріс терминін шайыр электр қуатымен байланыстырды. Бұл эксперименттің қатысушысы А шыны түтігін зарядтады, ал қатысушы В зарядталған түтіктен саусағына соққы алды. Франклин қатысушы В-нің түтіктен соққы алғаннан кейін оң зарядталғанын анықтады. Уильям Уотсон осылайша бір сұйықтық түсіндірмесіне дербес келгені туралы күмәнділік бар (шамамен 1747 ж.). Уотсон Франклиннің Коллинсонға жазған хатын көргеннен кейін, ол 1747 жылдың көктемінде Франклин сияқты түсіндірме ұсынғанын мәлімдеді. Франклин өзінің тәжірибелерін және талдауын жасамас бұрын Уотсонның кейбір еңбектерін зерттеді, бұл Франклиннің өзінің теориялық ойлауы үшін маңызды болды. Бір физик Уотсон алдымен бір сұйықтық теориясын ұсынды, одан кейін Франклин оны кеңейтіп, ықпалдырақ жасады деп санайды. Ғылым тарихшысы Уотсон өзінің идеялары мен Франклиннің идеялары арасындағы нәзік айырмашылықты байқамады, сондықтан Уотсон өзінің идеяларын Франклиннің идеяларына ұқсас деп қате түсіндірді деп мәлімдейді. Қалай болғанда да, Уотсон мен Франклин арасында дұшмандық болған жоқ, ал Франклиннің электрлік әрекеттердің моделі, 1747 жылдың басында жасалған, сол кезде кеңінен қабылданды. Қазір Франклиннің моделі негізінен дұрыс екені белгілі. Электр зарядының тек бір түрі бар және заряд мөлшерін қадағалау үшін тек бір айнымалы қажет. 1800 жылға дейін электр зарядының өткізілуін зерттеуге тек электростатикалық разрядты пайдалану ғана мүмкін болды. 1800 жылы Алессандро Вольта зарядты жабық жол арқылы үздіріссіз қозғалыста ұстауға болатынын алғаш көрсетті. 1833 жылы Майкл Фарадей электр қуатының өндіріс көзіне қарамастан, оның бірдей екеніне күмәндік тудырмауға тырысты. Ол белгілі түрлерінің әртүрлілігін сипаттады, оларды жалпы электр қуаты (мысалы, статикалық электр қуаты, пьезоэлектрлік, магниттік индукция), вольталық электр қуаты (мысалы, вольта тірегінен электр тогы) және жануарлық электр қуаты (мысалы, биоэлектр қуаты) деп сипаттады. 1838 жылы Фарадей электр қуаты сұйықтықтардың бірі немесе заттың қасиеті, мысалы, гравитация ма, деген сұрақ қойды. Ол затты бір түрлі зарядпен зарядтауға болатынын зерттеді...

From ancient times, people were familiar with four types of phenomena that today would all be explained using the concept of electric charge: (a) lightning, (b) the torpedo fish (or electric ray), (c) St Elmo's Fire, and (d) that amber rubbed with fur would attract small, light objects. The first account of the amber effect is often attributed to the ancient Greek mathematician Thales of Miletus, who lived from c. 624 to c. 546 BC, but there are doubts about whether Thales left any writings; his account about amber is known from an account from early 200s. In other words, there was no indication of any conception of electric charge. More generally, the ancient Greeks did not understand the connections among these four kinds of phenomena. The Greeks observed that the charged amber buttons could attract light objects such as hair. They also found that if they rubbed the amber for long enough, they could even get an electric spark to jump, but there is also a claim that no mention of electric sparks appeared until late 17th century. This property derives from the triboelectric effect. In late 1100s, the substance jet, a compacted form of coal, was noted to have an amber effect, and in the middle of the 1500s, Girolamo Fracastoro, discovered that diamond also showed this effect. Some efforts were made by Fracastoro and others, especially Gerolamo Cardano to develop explanations for this phenomenon. In contrast to astronomy, mechanics, and optics, which had been studied quantitatively since antiquity, the start of ongoing qualitative and quantitative research into electrical phenomena can be marked with the publication of De Magnete by the English scientist William Gilbert in 1600. In this book, there was a small section where Gilbert returned to the amber effect (as he called it) in addressing many of the earlier theories, Gilbert is also credited with the term electrical, while the term electricity came later, first attributed to Sir Thomas Browne in his Pseudodoxia Epidemica from 1646. (For more linguistic details see Etymology of electricity.) Gilbert hypothesized that this amber effect could be explained by an effluvium (a small stream of particles that flows from the electric object, without diminishing its bulk or weight) that acts on other objects. This idea of a material electrical effluvium was influential in the 17th and 18th centuries. It was a precursor to ideas developed in the 18th century about "electric fluid" (Dufay, Nollet, Franklin) and "electric charge". Around 1663 Otto von Guericke invented what was probably the first electrostatic generator, but he did not recognize it primarily as an electrical device and only conducted minimal electrical experiments with it. Other European pioneers were Robert Boyle, who in 1675 published the first book in English that was devoted solely to electrical phenomena. His work was largely a repetition of Gilbert's studies, but he also identified several more "electrics", and noted mutual attraction between two bodies. Through these experiments, Gray discovered the importance of different materials, which facilitated or hindered the conduction of electrical effluvia. John Theophilus Desaguliers, who repeated many of Gray's experiments, is credited with coining the terms conductors and insulators to refer to the effects of different materials in these experiments. He attempted to explain this phenomenon with the idea of electrical effluvia. Gray's discoveries introduced an important shift in the historical development of knowledge about electric charge. The fact that electrical effluvia could be transferred from one object to another, opened the theoretical possibility that this property was not inseparably connected to the bodies that were electrified by rubbing. In 1733 Charles François de Cisternay du Fay, inspired by Gray's work, made a series of experiments (reported in Mémoires de l'Académie Royale des Sciences), showing that more or less all substances could be 'electrified' by rubbing, except for metals and fluids and proposed that electricity comes in two varieties that cancel each other, which he expressed in terms of a two fluid theory. When glass was rubbed with silk, du Fay said that the glass was charged with vitreous electricity, and, when amber was rubbed with fur, the amber was charged with resinous electricity. In contemporary understanding, positive charge is now defined as the charge of a glass rod after being rubbed with a silk cloth, but it is arbitrary which type of charge is called positive and which is called negative. Another important two fluid theory from this time was proposed by Jean Antoine Nollet (1745). Up until about 1745, the main explanation for electrical attraction and repulsion was the idea that electrified bodies gave off an effluvium. Benjamin Franklin started electrical experiments in late 1746, and by 1750 had developed a one fluid theory of electricity, based on an experiment that showed that a rubbed glass received the same, but opposite, charge strength as the cloth used to rub the glass. Franklin imagined electricity as being a type of invisible fluid present in all matter and coined the term charge itself (as well as battery and some others); for example, he believed that it was the glass in a Leyden jar that held the accumulated charge. He posited that rubbing insulating surfaces together caused this fluid to change location, and that a flow of this fluid constitutes an electric current. He also posited that when matter contained an excess of the fluid it was positively charged and when it had a deficit it was negatively charged. He identified the term positive with vitreous electricity and negative with resinous electricity after performing an experiment with a glass tube he had received from his overseas colleague Peter Collinson. The experiment had participant A charge the glass tube and participant B receive a shock to the knuckle from the charged tube. Franklin identified participant B to be positively charged after having been shocked by the tube. There is some ambiguity about whether William Watson independently arrived at the same one fluid explanation around the same time (1747). Watson, after seeing Franklin's letter to Collinson, claims that he had presented the same explanation as Franklin in spring 1747. Franklin had studied some of Watson's works prior to making his own experiments and analysis, which was probably significant for Franklin's own theorizing. One physicist suggests that Watson first proposed a one fluid theory, which Franklin then elaborated further and more influentially. A historian of science argues that Watson missed a subtle difference between his ideas and Franklin's, so that Watson misinterpreted his ideas as being similar to Franklin's. In any case, there was no animosity between Watson and Franklin, and the Franklin model of electrical action, formulated in early 1747, eventually became widely accepted at that time. It is now known that the Franklin model was fundamentally correct. There is only one kind of electrical charge, and only one variable is required to keep track of the amount of charge. Until 1800 it was only possible to study conduction of electric charge by using an electrostatic discharge. In 1800 Alessandro Volta was the first to show that charge could be maintained in continuous motion through a closed path. In 1833, Michael Faraday sought to remove any doubt that electricity is identical, regardless of the source by which it is produced. He discussed a variety of known forms, which he characterized as common electricity (e. g., static electricity, piezoelectricity, magnetic induction), voltaic electricity (e. g., electric current from a voltaic pile), and animal electricity (e. g., bioelectricity). In 1838, Faraday raised a question about whether electricity was a fluid or fluids or a property of matter, like gravity. He investigated whether matter could be charged with one kind of charge independently of the other. He came to the conclusion that electric charge was a relation between two or more bodies, because he could not charge one body without having an opposite charge in another body. In 1838, Faraday also put forth a theoretical explanation of electric force, while expressing neutrality about whether it originates from one, two, or no fluids. He focused on the idea that the normal state of particles is to be nonpolarized, and that when polarized, they seek to return to their natural, nonpolarized state. In developing a field theory approach to electrodynamics (starting in the mid 1850s), James Clerk Maxwell stops considering electric charge as a special substance that accumulates in objects, and starts to understand electric charge as a consequence of the transformation of energy in the field. This pre quantum understanding considered magnitude of electric charge to be a continuous quantity, even at the microscopic level.

Электр тогындағы зарядтың рөлі

Электр тогы – дененің ішінде электр зарядының ағыны. Ең көп кездесетін заряд тасымалдаушылар – оң зарядталған протон және теріс зарядталған электрон. Осы зарядталған бөлшектердің кез келген қозғалысы электр тогын құрайды. Көп жағдайда, зарядтың оң немесе теріс болуына және олардың қозғалыс бағытына қарамастан, әдеттегі ток туралы айту жеткілікті – ол оң зарядтардың әдеттегі ток бағытымен немесе теріс зарядтардың кері бағытта қозғалуымен жүзеге асырылуы мүмкін. Бұл макроскопиялық көзқарас электромагниттік ұғымдар мен есептеулерді жеңілдететін жуықтау. Ал микроскопиялық деңгейде электр тогын тасымалдаудың әртүрлі тәсілдері бар: электрондардың ағыны, оң бөлшектер сияқты қызмет ететін электрондық «тесіктердің» ағыны, сондай-ақ электролиттік ерітіндіде немесе плазмада қарама-қарсы бағытта ағынмен жүретін теріс және оң бөлшектер (иондар немесе басқа зарядталған бөлшектер). Ескеріңіз, металл сымдардың көптеген және маңызды жағдайларында, дәстүрлі ток бағыты нақты заряд тасымалдаушылардың – яғни электрондардың – серпіліс жылдамдығына қарама-қарсы бағытталған. Бұл әсіресе жаңадан бастағандарды шатастыруы мүмкін.

Релятивистік инварианттылық

Электромагнетизм туралы мақалаларда сипатталған қасиеттерден өзге, заряд релятивистік инвариант болып табылады. Яғни, қандай да бір бөлшектің q заряды, ол қаншалықты жылдам қозғалса да, өзгермейді. Бұл қасиет эксперименттік жолмен расталған: бір гелий ядросының (бір ядрода байланысқан екі протон және екі нейтрон, жоғары жылдамдықпен қозғалатын) заряды, екі дейтерий ядросының (бір протон және бір нейтрон байланысқан, бірақ гелий ядросындағыдан әлдеқайда баяу қозғалатын) зарядымен бірдей екені көрсетілді.