Для того чтобы на опыте показать, что электрический заряд делится на части, можно воспользоваться рядом простых и наглядных экспериментов, подтверждающих этот факт. Рассмотрим, как можно это сделать.
1. Опыт с электроскопом
Электроскоп — это прибор, который позволяет наблюдать наличие и распределение электрического заряда. Суть его работы заключается в том, что когда на него передается заряд, иглы электроскопа начинают расходиться, показывая, что заряд передан.
Пример проведения опыта:
Возьмем стеклянную палочку и натрем ее шерстью, чтобы зарядить палочку.
Поднесем заряженную палочку к электроскопу (это можно сделать, поднеся палочку к металлическому наконечнику электроскопа).
Иглы электроскопа начнут расходиться, и мы увидим, что на электроскопе появился заряд.
Теперь проведем второй этап эксперимента. Поднесем к электроскопу еще один заряженный объект (например, другой металлический стержень, который мы зарядим тем же способом). Если заряд передается по металлу, то иглы электроскопа продолжат расходиться, и мы можем наблюдать увеличение заряда, делящегося между объектами.
Этот опыт демонстрирует, что заряд может передаваться между телами, делясь между ними.
Что это доказывает:
Электрический заряд делится, потому что мы наблюдаем, как заряд передается от одного тела (палки) на другое (электроскоп). Кроме того, мы можем сделать вывод, что заряд в целом сохраняется, но делится между объектами, что является подтверждением делимости электрического заряда на элементарные части.
2. Использование принципа квантования заряда
Электрический заряд делится не только на макроскопическом уровне, но и на микроскопическом. Существование элементарных частиц с фиксированным зарядом (например, электрона) подтверждает, что заряд квантован. Однако для наглядного показа этого в учебной практике можно использовать:
Пример:
Используем два тела с разным зарядом — например, заряженный металлический шарик и электроскоп.
Мы будем пытаться заряжать электроскоп, передавая ему заряд от металлического шарика.
С каждым контактом между телами заряд будет распределяться между ними, и иглы электроскопа будут показывать увеличение заряда.
Что это демонстрирует?
Каждый из этих процессов не может быть «бесконечно» дробным. Заряд на самом деле передается частями — и то, что это возможно лишь в определенных порциях (квантованных) указывает на делимость электрического заряда на элементарные части, такие как заряд электрона.
3. Эффект изоляции зарядов: опыт с конденсатором
Теоретическая база:
Модель делимости заряда также объясняется с точки зрения работы конденсатора. Конденсатор — это устройство, которое накапливает электрический заряд. Он состоит из двух проводящих пластин, между которыми может быть изолятор (диэлектрик).
Пример:
Возьмем два металлических диска и подключим их к конденсатору.
Подадим заряд на одну из пластин с помощью источника напряжения.
Когда конденсатор заряжается, мы можем наблюдать, что заряд на обеих пластинах распределяется, и величина заряда на каждой из пластин пропорциональна величине приложенного напряжения.
Что это доказывает?
Заряд делится между пластинами конденсатора, при этом не существует непрерывного потока заряда, а только его фиксированное распределение на каждой из пластин.
4. Микроскопические подтверждения: квантование заряда в физике частиц
Если бы нам нужно было показать делимость заряда на более фундаментальном уровне (например, в лаборатории физики высоких энергий), то мы могли бы сослаться на экспериментальные данные о частицах. Электрический заряд передается элементарными частицами, и заряд электрона — минимальная единица заряда, которая не может быть разделена.
Пример с фотоэффектом:
В опыте с фотоэффектом мы можем наблюдать, как отдельные фотоны (квант света) выбивают электроны из поверхности металла. Заряд, передаваемый электронами, является квантованным, и это подтверждает делимость заряда.
Вывод
Электрический заряд делится на части не только на макроскопическом, но и на микроскопическом уровне. Эксперименты с электроскопом, конденсаторами и фотоэффектом показывают, что заряд передается частями, а его минимальная единица — заряд электрона — является элементарной и не может быть разделена.
