Partikel bersifat dasar.

Dari sekitar 1000 detik (untuk neutron bebas) hingga sepersekian detik yang dapat diabaikan (dari 10 24 hingga 10 22 detik untuk resonansi).

Struktur dan perilaku partikel elementer dipelajari oleh fisika partikel elementer.

Semua partikel elementer mematuhi prinsip identitas (semua partikel elementer dari jenis yang sama di Semesta sepenuhnya identik dalam semua sifat mereka) dan prinsip dualisme gelombang sel (setiap partikel elementer sesuai dengan gelombang de Broglie).

Semua partikel elementer memiliki sifat interkonversi, yang merupakan konsekuensi dari interaksi mereka: kuat, elektromagnetik, lemah, gravitasi. Interaksi partikel menyebabkan transformasi partikel dan agregatnya menjadi partikel lain dan agregatnya, jika transformasi tersebut tidak dilarang oleh hukum kekekalan energi, momentum, momentum sudut, muatan listrik, muatan baryon, dll.

Karakteristik utama partikel elementer: seumur hidup, massa, spin, muatan listrik, momen magnet, muatan baryon, muatan lepton, keanehan, spin isotop, paritas, paritas muatan, paritas G, paritas CP.

Klasifikasi

Dengan waktu hidup

Partikel elementer yang stabil adalah partikel yang memiliki tak hingga waktu besar hidup dalam keadaan bebas (proton, elektron, neutrino, foton dan antipartikelnya).
Partikel elementer tidak stabil - partikel yang meluruh menjadi partikel lain dalam keadaan bebas dalam waktu yang terbatas (semua partikel lainnya).

Dari berat

Semua partikel dasar dibagi menjadi dua kelas:

Partikel tak bermassa - partikel dengan massa nol (foton, gluon).
Partikel dengan massa bukan nol (semua partikel lainnya).

Ukuran punggung

Semua partikel dasar dibagi menjadi dua kelas:

Menurut jenis interaksi

Partikel dasar dibagi menjadi beberapa kelompok berikut:

Partikel komposit

Hadron adalah partikel yang terlibat dalam semua jenis interaksi mendasar. Mereka terdiri dari quark dan dibagi lagi menjadi:
- meson - hadron dengan putaran bilangan bulat, yaitu menjadi boson;
- baryon adalah hadron dengan putaran setengah bilangan bulat, yaitu fermion. Ini termasuk, khususnya, partikel yang membentuk inti atom - proton dan neutron.

Partikel fundamental (tanpa struktur)

Lepton adalah fermion yang terlihat seperti partikel titik (yaitu, mereka tidak terdiri dari apa pun) hingga skala urutan 10 18 m, mereka tidak berpartisipasi dalam interaksi yang kuat. Partisipasi dalam interaksi elektromagnetik telah diamati secara eksperimental hanya untuk lepton bermuatan (elektron, muon, tau lepton) dan belum diamati untuk neutrino. Ada 6 jenis lepton yang dikenal.
Quark adalah partikel bermuatan fraksional yang membentuk hadron. Mereka tidak diamati dalam keadaan bebas (mekanisme kurungan diusulkan untuk menjelaskan tidak adanya pengamatan semacam itu). Seperti lepton, mereka dibagi menjadi 6 jenis dan dianggap tidak berstruktur, namun, tidak seperti lepton, mereka berpartisipasi dalam interaksi yang kuat.
Gauge boson - partikel melalui pertukaran yang interaksinya dilakukan:
- foton - partikel yang membawa interaksi elektromagnetik;
- delapan gluon, partikel yang membawa gaya kuat;
- tiga boson vektor menengah W + , W dan Z 0, membawa interaksi yang lemah;
- graviton adalah partikel hipotetis yang membawa interaksi gravitasi. Keberadaan graviton, meskipun belum terbukti secara eksperimental karena lemahnya interaksi gravitasi, dianggap cukup mungkin; namun, graviton tidak termasuk dalam Model Standar partikel elementer.

Video Terkait

Ukuran partikel dasar

Meskipun variasi besar partikel dasar, ukurannya masuk ke dalam dua kelompok. Dimensi hadron (baik baryon dan meson) sekitar 10 15 m, yang mendekati jarak rata-rata antara quark mereka. Ukuran partikel fundamental, tak berstruktur - pengukur boson, quark, dan lepton - dalam batas kesalahan eksperimental konsisten dengan ketepatannya (batas atas diameter adalah sekitar 10 18 m) ( lihat penjelasan). Jika ukuran akhir partikel-partikel ini tidak ditemukan dalam percobaan lebih lanjut, maka ini mungkin menunjukkan bahwa ukuran boson pengukur, quark, dan lepton mendekati panjang dasar (yang sangat mungkin menjadi panjang Planck yang sama dengan 1,6 10 35 m).

Perlu dicatat, bagaimanapun, bahwa ukuran partikel elementer adalah konsep yang agak kompleks, tidak selalu konsisten dengan konsep klasik. Pertama, prinsip ketidakpastian tidak memungkinkan secara ketat melokalisasi partikel fisik. Paket gelombang, yang mewakili partikel sebagai superposisi keadaan kuantum yang terlokalisasi secara tepat, selalu memiliki dimensi terbatas dan struktur spasial tertentu, dan dimensi paket bisa sangat makroskopik - misalnya, elektron dalam percobaan dengan interferensi pada dua celah "terasa" kedua celah interferometer dipisahkan oleh jarak makroskopik. Kedua, partikel fisik mengubah struktur vakum di sekitarnya, menciptakan "lapisan bulu" partikel virtual jangka pendek - pasangan fermion-antifermion (lihat Polarisasi Vakum) dan interaksi pembawa boson. Dimensi spasial wilayah ini bergantung pada muatan pengukur yang dimiliki partikel dan pada massa boson menengah (jari-jari kulit boson maya masif dekat dengan panjang gelombang Compton mereka, yang, pada gilirannya, berbanding terbalik dengan massa). Jadi, jari-jari elektron dari sudut pandang neutrino (hanya interaksi lemah di antara mereka yang mungkin) kira-kira sama dengan panjang gelombang Compton dari boson-W, ~3 × 10 18 m, dan dimensi wilayah interaksi yang kuat dari hadron ditentukan oleh panjang gelombang Compton dari hadron yang paling ringan, pi-meson (~10 15 m ), yang bertindak di sini sebagai pembawa interaksi.

Cerita

Awalnya, istilah "partikel dasar" berarti sesuatu yang benar-benar dasar, batu bata pertama dari materi. Namun, ketika ratusan hadron ditemukan pada 1950-an dan 1960-an, properti serupa, menjadi jelas bahwa setidaknya hadron memiliki derajat kebebasan internal, yaitu, mereka tidak dasar dalam arti kata yang ketat. Kecurigaan ini kemudian dikonfirmasi ketika ternyata hadron terdiri dari quark.

Dengan demikian, fisikawan telah bergerak sedikit lebih dalam ke dalam struktur materi: bagian materi yang paling dasar sekarang dianggap lepton dan quark. Bagi mereka (bersama dengan boson pengukur) istilah " mendasar partikel".

Teori string, yang telah aktif dikembangkan sejak pertengahan 1980-an, mengasumsikan bahwa partikel elementer dan interaksinya adalah konsekuensi dari berbagai macam getaran "string" yang sangat kecil.

model standar

Model Standar partikel elementer mencakup 12 rasa fermion, antipartikel yang sesuai, serta boson pengukur (foton, gluon, W- dan Z-boson), yang membawa interaksi antar partikel, dan Higgs boson yang ditemukan pada tahun 2012, yang bertanggung jawab atas keberadaan massa inersia dalam partikel. Namun, Model Standar sebagian besar dipandang sebagai teori sementara daripada teori yang benar-benar mendasar, karena tidak mencakup gravitasi dan berisi beberapa lusin parameter bebas (massa partikel, dll.) yang nilainya tidak mengikuti langsung dari teori. Mungkin ada partikel elementer yang tidak dijelaskan model standar- misalnya, seperti graviton (partikel yang secara hipotetis membawa gaya gravitasi) atau pasangan supersimetris dari partikel biasa. Secara total, model menggambarkan 61 partikel.

Fermion

Ke-12 rasa fermion dibagi menjadi 3 keluarga (generasi) yang masing-masing terdiri dari 4 partikel. Enam di antaranya adalah quark. Enam lainnya adalah lepton, tiga di antaranya adalah neutrino, dan tiga sisanya membawa muatan negatif unit: elektron, muon, dan tau lepton.

Generasi partikel

Generasi pertama	Generasi kedua	generasi ketiga
Elektron: e-	muon: μ −	tau lepton: τ −
Neutrino elektron: ve	Muon neutrino: ν μ	Tau neutrino: (\displaystyle \nu _(\tau ))
u-quark ("atas"): kamu	c-quark ("terpesona"): c	t-quark ("benar"): t
d-quark ("bawah"): d	s-quark ("aneh"): s	b-quark ("menarik"): b

antipartikel

Ada juga 12 antipartikel fermionik yang sesuai dengan dua belas partikel di atas.

antipartikel

Generasi pertama	Generasi kedua	generasi ketiga
positron: e +	muon positif: μ +	tau lepton positif: τ +
Antineutrino elektronik: e (\displaystyle (\bar (\nu ))_(e))	Muon antineutrino: (\displaystyle (\bar (\nu ))_(\mu ))	Tau antineutrino: (\displaystyle (\bar (\nu ))_(\tau ))
kamu-antiquark: u (\displaystyle (\bar (u)))	c-antiquark: c (\displaystyle (\bar (c))))	t-antiquark: t (\displaystyle (\bar(t)))
d-antiquark: d (\displaystyle (\bar (d))))	s-antiquark: s (\displaystyle (\bar (s)))	b-antiquark: b (\displaystyle (\bar (b)))

Quark

Quark dan antiquark tidak pernah ditemukan dalam keadaan bebas - ini dijelaskan oleh fenomena

Dengan tulisan "listrik", " muatan listrik», « listrik Anda sudah sering bertemu dan terbiasa dengan mereka. Tetapi cobalah untuk menjawab pertanyaan: “Apa itu muatan listrik?” - dan Anda akan melihat bahwa itu tidak mudah. Faktanya adalah bahwa konsep muatan adalah konsep dasar dan utama yang tidak dapat direduksi pada tingkat perkembangan pengetahuan kita saat ini menjadi konsep dasar yang lebih sederhana.

Mari kita coba mencari tahu apa yang dimaksud dengan pernyataan: benda atau partikel tertentu memiliki muatan listrik.

Anda tahu bahwa semua benda dibangun dari partikel yang terkecil, tidak dapat dibagi lagi menjadi partikel yang lebih sederhana (sejauh yang diketahui ilmu pengetahuan), yang oleh karena itu disebut elementer. Semua partikel elementer memiliki massa dan karena ini mereka tertarik satu sama lain sesuai dengan hukum gravitasi dengan gaya yang berkurang relatif lambat dengan bertambahnya jarak antara keduanya, berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Sebagian besar partikel elementer, meskipun tidak semua, juga memiliki kemampuan untuk berinteraksi satu sama lain dengan gaya yang juga berkurang secara terbalik dengan kuadrat jarak, tetapi gaya ini beberapa kali lebih besar daripada gaya gravitasi. Jadi. pada atom hidrogen, ditunjukkan secara skematis pada Gambar 91, elektron ditarik ke inti (proton) dengan gaya 101" kali lebih besar dari gaya tarik gravitasi.

Jika partikel berinteraksi satu sama lain dengan gaya yang perlahan berkurang dengan jarak dan berkali-kali lebih besar daripada gaya gravitasi universal, maka partikel ini dikatakan memiliki muatan listrik. Partikel itu sendiri disebut bermuatan. Ada partikel tanpa muatan listrik, tetapi tidak ada muatan listrik tanpa partikel.

Interaksi antar partikel bermuatan disebut elektromagnetik. Muatan listrik - kuantitas fisik, yang menentukan intensitas interaksi elektromagnetik, sama seperti massa menentukan intensitas interaksi gravitasi.

Muatan listrik partikel elementer bukanlah "mekanisme" khusus dalam partikel, yang dapat dihilangkan darinya, didekomposisi menjadi bagian-bagian komponennya, dan dipasang kembali. Kehadiran muatan listrik pada elektron dan partikel lain hanya berarti keberadaan

interaksi kekuatan tertentu di antara mereka. Tapi kita, pada dasarnya, tidak tahu apa-apa tentang muatan, jika kita tidak tahu hukum interaksi ini. Pengetahuan tentang hukum interaksi harus dimasukkan dalam pemahaman kita tentang muatan. Hukum-hukum ini tidak sederhana, tidak mungkin untuk menyatakannya dalam beberapa kata. Inilah sebabnya mengapa tidak mungkin untuk memberikan definisi singkat yang cukup memuaskan tentang apa itu muatan listrik.

Dua tanda muatan listrik. Semua benda memiliki massa dan karena itu saling tarik menarik. Benda bermuatan dapat saling tarik menarik dan tolak menolak. Ini fakta yang paling penting, yang kamu kenal dari mata pelajaran fisika kelas VII, artinya di alam terdapat partikel-partikel yang bermuatan listrik berlawanan tanda. Pada tanda yang sama partikel saling tolak menolak, dan pada muatan yang berbeda mereka menarik.

Muatan partikel elementer - proton, yang merupakan bagian dari semua inti atom, disebut positif, dan muatan elektron disebut negatif. Tidak ada perbedaan intrinsik antara muatan positif dan negatif. Jika tanda-tanda muatan partikel dibalik, maka sifat interaksi elektromagnetik tidak akan berubah sama sekali.

muatan unsur. Selain elektron dan proton, ada beberapa jenis partikel elementer bermuatan lainnya. Tetapi hanya elektron dan proton yang dapat eksis tanpa batas dalam keadaan bebas. Sisa partikel bermuatan hidup kurang dari sepersejuta detik. Mereka lahir selama tumbukan partikel elementer cepat dan, setelah ada untuk waktu yang dapat diabaikan, meluruh, berubah menjadi partikel lain. Anda akan berkenalan dengan partikel-partikel ini di kelas X.

Neutron adalah partikel yang tidak bermuatan listrik. Massanya hanya sedikit melebihi massa proton. Neutron, bersama dengan proton, adalah bagian dari inti atom.

Jika partikel elementer memiliki muatan, maka nilainya, seperti yang ditunjukkan oleh banyak eksperimen, ditentukan secara ketat (salah satu eksperimen ini - pengalaman Millikan dan Ioffe - dijelaskan dalam buku teks untuk kelas VII)

Ada muatan minimum, yang disebut elementer, yang dimiliki oleh semua partikel elementer yang bermuatan. Muatan partikel elementer hanya berbeda dalam tanda. Tidak mungkin untuk memisahkan bagian dari muatan, misalnya, dari elektron.

« Fisika - Kelas 10 "

Mari kita pertimbangkan kasus yang paling sederhana, ketika benda bermuatan listrik dalam keadaan diam.

Bagian elektrodinamika yang dikhususkan untuk mempelajari kondisi kesetimbangan benda bermuatan listrik disebut elektrostatika.

Apa itu muatan listrik?
Apa biayanya?

Dengan kata-kata listrik, muatan listrik, arus listrik Anda bertemu berkali-kali dan berhasil membiasakan diri dengan mereka. Tetapi cobalah untuk menjawab pertanyaan: “Apa itu muatan listrik?” Konsep itu sendiri mengenakan biaya- ini adalah konsep utama, utama, yang pada tingkat perkembangan pengetahuan kita saat ini tidak dapat direduksi menjadi konsep dasar yang lebih sederhana.

Mari kita coba mencari tahu dulu apa yang dimaksud dengan pernyataan: "Sebuah benda atau partikel tertentu memiliki muatan listrik."

Semua benda dibangun dari partikel terkecil, yang tidak dapat dibagi menjadi yang lebih sederhana dan oleh karena itu disebut dasar.

Partikel dasar memiliki massa dan karena ini mereka tertarik satu sama lain sesuai dengan hukum gravitasi universal. Dengan bertambahnya jarak antar partikel, gaya gravitasi berkurang berbanding terbalik dengan kuadrat jarak ini. Sebagian besar partikel elementer, meskipun tidak semua, juga memiliki kemampuan untuk berinteraksi satu sama lain dengan gaya yang juga menurun berbanding terbalik dengan kuadrat jarak, tetapi gaya ini berkali-kali lebih besar daripada gaya gravitasi.

Jadi pada atom hidrogen, ditunjukkan secara skematis pada Gambar 14.1, elektron ditarik ke inti (proton) dengan gaya 10 39 kali lebih besar dari gaya tarik gravitasi.

Jika partikel berinteraksi satu sama lain dengan gaya yang berkurang dengan bertambahnya jarak dengan cara yang sama seperti gaya gravitasi universal, tetapi melebihi gaya gravitasi berkali-kali, maka partikel ini dikatakan memiliki muatan listrik. Partikel itu sendiri disebut dibebankan.

Ada partikel tanpa muatan listrik, tetapi tidak ada muatan listrik tanpa partikel.

Interaksi antar partikel bermuatan disebut elektromagnetik.

Muatan listrik menentukan intensitas interaksi elektromagnetik, sama seperti massa menentukan intensitas interaksi gravitasi.

Muatan listrik partikel elementer bukanlah mekanisme khusus dalam partikel yang dapat dikeluarkan darinya, diurai menjadi bagian-bagian komponennya, dan dipasang kembali. Kehadiran muatan listrik dalam elektron dan partikel lain hanya berarti adanya interaksi gaya tertentu di antara mereka.

Kami, pada dasarnya, tidak tahu apa-apa tentang muatan, jika kami tidak tahu hukum interaksi ini. Pengetahuan tentang hukum interaksi harus disertakan dalam pemahaman kita tentang muatan. Hukum-hukum ini tidak sederhana, dan tidak mungkin untuk menyatakannya dalam beberapa kata. Oleh karena itu, tidak mungkin memberikan kepuasan yang cukup definisi singkat gagasan muatan listrik.

Dua tanda muatan listrik.

Semua benda memiliki massa dan karena itu saling tarik menarik. Benda bermuatan dapat saling tarik menarik dan tolak menolak. Fakta paling penting ini, yang Anda kenal, berarti bahwa di alam ada partikel dengan muatan listrik dengan tanda yang berlawanan; Dalam hal muatan yang bertanda sama, partikel-partikel tersebut tolak-menolak, dan dalam hal bertanda berbeda, mereka tarik-menarik.

Muatan partikel elementer - proton, yang merupakan bagian dari semua inti atom, disebut positif, dan muatan elektron- negatif. Tidak ada perbedaan internal antara muatan positif dan negatif. Jika tanda-tanda muatan partikel dibalik, maka sifat interaksi elektromagnetik tidak akan berubah sama sekali.

muatan unsur.

Selain elektron dan proton, ada beberapa jenis partikel elementer bermuatan. Tetapi hanya elektron dan proton yang dapat eksis tanpa batas dalam keadaan bebas. Sisa partikel bermuatan hidup kurang dari sepersejuta detik. Mereka lahir selama tumbukan partikel elementer cepat dan, setelah ada untuk waktu yang dapat diabaikan, meluruh, berubah menjadi partikel lain. Anda akan berkenalan dengan partikel-partikel ini di kelas 11.

Partikel yang tidak bermuatan listrik antara lain : neutron. Massanya hanya sedikit melebihi massa proton. Neutron, bersama dengan proton, adalah bagian dari inti atom. Jika sebuah partikel elementer memiliki muatan, maka nilainya didefinisikan secara ketat.

tubuh bermuatan Gaya elektromagnetik di alam memainkan peran besar karena fakta bahwa komposisi semua benda termasuk partikel bermuatan listrik. Bagian penyusun atom - inti dan elektron - memiliki muatan listrik.

Aksi langsung gaya elektromagnetik antar benda tidak terdeteksi, karena benda dalam keadaan normal secara elektrik netral.

Atom dari zat apa pun adalah netral, karena jumlah elektron di dalamnya sama dengan jumlah proton dalam nukleus. Partikel bermuatan positif dan negatif dihubungkan satu sama lain oleh gaya listrik dan membentuk sistem netral.

Sebuah benda makroskopik bermuatan listrik jika mengandung lebih banyak partikel elementer dengan salah satu tanda muatan. Jadi, muatan negatif tubuh disebabkan oleh kelebihan jumlah elektron dibandingkan dengan jumlah proton, dan muatan positif disebabkan oleh kekurangan elektron.

Untuk mendapatkan benda makroskopik yang bermuatan listrik, yaitu untuk menggemparkannya, perlu untuk memisahkan bagian dari muatan negatif dari muatan positif yang terkait dengannya, atau untuk mentransfer muatan negatif ke benda netral.

Ini bisa dilakukan dengan gesekan. Jika Anda menyisir rambut kering, maka sebagian kecil partikel bermuatan paling mobile - elektron akan berpindah dari rambut ke sisir dan mengisinya secara negatif, dan rambut akan bermuatan positif.

Kesetaraan biaya selama elektrifikasi

Dengan bantuan pengalaman, dapat dibuktikan bahwa ketika dialiri listrik oleh gesekan, kedua benda memperoleh muatan yang berlawanan tanda, tetapi identik dalam nilai absolut.

Mari kita ambil elektrometer, pada batang tempat bola logam dengan lubang dipasang, dan dua pelat pada pegangan panjang: satu dari ebonit, dan yang lainnya dari kaca plexiglass. Saat bergesekan satu sama lain, pelat dialiri listrik.

Mari kita bawa salah satu piring ke dalam bola tanpa menyentuh dindingnya. Jika pelat bermuatan positif, maka sebagian elektron dari jarum dan batang elektrometer akan tertarik ke pelat dan terkumpul pada Permukaan dalam bola. Dalam hal ini, panah akan bermuatan positif dan ditolak dari batang elektrometer (Gbr. 14.2, a).

Jika pelat lain dibawa ke dalam bola, setelah sebelumnya melepaskan yang pertama, maka elektron bola dan batang akan ditolak dari pelat dan akan terakumulasi secara berlebihan pada panah. Ini akan menyebabkan panah menyimpang dari batang, apalagi, dengan sudut yang sama seperti pada percobaan pertama.

Setelah menurunkan kedua pelat di dalam bola, kami tidak akan menemukan defleksi panah sama sekali (Gbr. 14.2, b). Ini membuktikan bahwa muatan pelat-pelat tersebut sama besar dan berlawanan tanda.

Elektrifikasi tubuh dan manifestasinya. Elektrifikasi yang signifikan terjadi selama gesekan kain sintetis. Saat melepas kemeja yang terbuat dari bahan sintetis di udara kering, Anda dapat mendengar bunyi berderak yang khas. Percikan kecil melompat di antara area permukaan yang digosok.

Di percetakan, kertas menjadi teraliri listrik selama pencetakan, dan lembaran-lembarannya saling menempel. Untuk mencegah hal ini terjadi, perangkat khusus digunakan untuk mengalirkan muatan. Namun, elektrifikasi tubuh dalam kontak dekat kadang-kadang digunakan, misalnya, di berbagai mesin elektrokopi, dll.

Hukum kekekalan muatan listrik.

Pengalaman dengan elektrifikasi pelat membuktikan bahwa ketika dialiri listrik oleh gesekan, muatan yang ada didistribusikan kembali di antara benda-benda yang sebelumnya netral. Sebagian kecil elektron berpindah dari satu benda ke benda lainnya. Dalam hal ini, partikel baru tidak muncul, dan yang sudah ada sebelumnya tidak menghilang.

Saat menggetarkan badan, hukum kekekalan muatan listrik. Hukum ini berlaku untuk sistem yang tidak masuk dari luar dan dari mana partikel bermuatan tidak keluar, yaitu untuk sistem terisolasi.

Dalam sistem terisolasi, jumlah aljabar muatan semua benda adalah kekal.

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = konstanta. (14.1)

di mana q 1, q 2, dll. adalah muatan dari masing-masing badan bermuatan.

Hukum kekekalan muatan memiliki makna yang dalam. Jika jumlah partikel elementer bermuatan tidak berubah, maka hukum kekekalan muatan jelas. Tapi partikel elementer bisa berubah menjadi satu sama lain, lahir dan menghilang, memberi kehidupan pada partikel baru.

Namun, dalam semua kasus, partikel bermuatan hanya diproduksi berpasangan dengan muatan dengan modulus yang sama dan tanda yang berlawanan; partikel bermuatan juga menghilang hanya berpasangan, berubah menjadi netral. Dan dalam semua kasus ini, jumlah aljabar dari biaya tetap sama.

Validitas hukum kekekalan muatan dikonfirmasi oleh pengamatan sejumlah besar transformasi partikel elementer. Hukum ini mengungkapkan salah satu sifat paling mendasar dari muatan listrik. Alasan untuk konservasi biaya masih belum diketahui.

Dapatkah Anda menjawab pertanyaan dengan singkat dan padat: "Apa itu muatan listrik?" Ini mungkin tampak sederhana pada pandangan pertama, tetapi dalam kenyataannya ternyata jauh lebih sulit.

Tahukah kita apa itu muatan listrik?

Faktanya adalah bahwa pada tingkat pengetahuan saat ini, kita masih belum dapat menguraikan konsep "muatan" menjadi komponen yang lebih sederhana. Ini adalah konsep dasar, sehingga untuk berbicara, utama.

Kita tahu bahwa ini adalah sifat tertentu dari partikel elementer, kita tahu mekanisme interaksi muatan, kita dapat mengukur muatan dan menggunakan sifat-sifatnya.

Namun, semua ini merupakan konsekuensi dari data yang diperoleh secara empiris. Sifat dari fenomena ini masih belum jelas bagi kita. Oleh karena itu, kita tidak dapat dengan pasti menentukan apa itu muatan listrik.

Untuk melakukan ini, perlu untuk membuka berbagai macam konsep. Jelaskan mekanisme interaksi muatan dan jelaskan sifat-sifatnya. Oleh karena itu, lebih mudah untuk mengetahui apa arti pernyataan: "sebuah partikel tertentu memiliki (membawa) muatan listrik."

Adanya muatan listrik pada partikel

Namun, kemudian dimungkinkan untuk menetapkan bahwa jumlah partikel elementer jauh lebih besar, dan bahwa proton, elektron, dan neutron bukanlah bahan pembangun alam semesta yang tak terpisahkan dan fundamental. Mereka sendiri dapat terurai menjadi komponen dan berubah menjadi partikel jenis lain.

Oleh karena itu, nama "partikel dasar" saat ini mencakup kelas partikel yang cukup besar yang ukurannya lebih kecil dari atom dan inti atom. Dalam hal ini, partikel dapat memiliki berbagai sifat dan kualitas.

Namun, sifat seperti muatan listrik, hanya ada dua jenis, yang secara kondisional disebut positif dan negatif. Kehadiran muatan dalam suatu partikel adalah sifatnya untuk menolak atau tertarik pada partikel lain, yang juga membawa muatan. Arah interaksi dalam hal ini tergantung pada jenis muatan.

Muatan sejenis tolak menolak, muatan sejenis tarik menarik. Dalam hal ini, gaya interaksi antara muatan sangat besar dibandingkan dengan gaya gravitasi melekat pada semua benda tanpa kecuali di Alam Semesta.

Dalam inti hidrogen, misalnya, sebuah elektron yang membawa muatan negatif tertarik ke inti yang terdiri dari proton dan membawa muatan positif dengan gaya 1039 kali lebih besar daripada gaya yang dengannya elektron yang sama ditarik oleh proton karena interaksi gravitasi.

Partikel mungkin atau mungkin tidak membawa muatan, tergantung pada jenis partikelnya. Namun, tidak mungkin untuk “menghilangkan” muatan dari partikel, sama seperti keberadaan muatan di luar partikel juga tidak mungkin.

Selain proton dan neutron, beberapa jenis partikel elementer lainnya membawa muatan, tetapi hanya dua partikel ini yang dapat eksis tanpa batas.

Halaman 1

Tidak mungkin memberikan definisi singkat tentang biaya yang memuaskan dalam segala hal. Kita terbiasa menemukan penjelasan yang dapat dimengerti untuk formasi dan proses yang sangat kompleks, seperti atom, kristal cair, distribusi molekul pada kecepatan, dan sebagainya. Tetapi konsep yang paling mendasar dan mendasar, tidak dapat dibagi menjadi yang lebih sederhana, tanpa, menurut sains saat ini, dari mekanisme internal apa pun, tidak dapat dijelaskan secara singkat dengan cara yang memuaskan. Apalagi jika objek tersebut tidak langsung dirasakan oleh indera kita. Dengan konsep dasar seperti itulah muatan listrik termasuk.

Mari kita coba mencari tahu bukan apa itu muatan listrik, tetapi apa yang tersembunyi di balik pernyataan, benda atau partikel tertentu memiliki muatan listrik.

Anda tahu bahwa semua benda dibangun dari partikel yang terkecil, tidak dapat dibagi lagi menjadi partikel yang lebih sederhana (sejauh yang diketahui ilmu pengetahuan), yang oleh karena itu disebut elementer. Semua partikel elementer memiliki massa dan karena ini mereka tertarik satu sama lain. Menurut hukum gravitasi universal, gaya tarik-menarik berkurang secara relatif lambat seiring dengan bertambahnya jarak antara keduanya: berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Selain itu, sebagian besar partikel elementer, meskipun tidak semua, memiliki kemampuan untuk berinteraksi satu sama lain dengan gaya yang juga berkurang secara terbalik dengan kuadrat jarak, tetapi gaya ini adalah jumlah yang sangat besar, kali lebih besar daripada gaya gravitasi. Jadi, pada atom hidrogen, yang ditunjukkan secara skematis pada Gambar 1, elektron ditarik ke inti (proton) dengan gaya 1039 kali lebih besar dari gaya tarik gravitasi.

Interaksi antar partikel bermuatan disebut elektromagnetik. Ketika kita mengatakan bahwa elektron dan proton bermuatan listrik, ini berarti bahwa mereka mampu berinteraksi dari jenis tertentu (elektromagnetik), dan tidak lebih. Tidak adanya muatan pada partikel berarti tidak mendeteksi interaksi tersebut. Muatan listrik menentukan intensitas interaksi elektromagnetik, sama seperti massa menentukan intensitas interaksi gravitasi. Muatan listrik adalah karakteristik terpenting kedua dari partikel elementer (setelah massa), yang menentukan perilakunya di dunia sekitarnya.

Dengan demikian

Muatan listrik- itu fisik skalar mengkarakterisasi properti partikel atau benda untuk masuk ke dalam interaksi gaya elektromagnetik.

Muatan listrik dilambangkan dengan huruf q atau Q.

Sama seperti mekanik yang sering menggunakan konsep poin materi, yang memungkinkan untuk secara signifikan menyederhanakan solusi dari banyak masalah, ketika mempelajari interaksi muatan, konsep muatan titik ternyata efektif. Muatan titik adalah benda bermuatan yang dimensinya jauh lebih kecil daripada jarak dari benda ini ke titik pengamatan dan benda bermuatan lainnya. Secara khusus, jika kita berbicara tentang interaksi dua muatan titik, maka kita mengasumsikan bahwa jarak antara dua benda bermuatan yang dipertimbangkan jauh lebih besar daripada dimensi liniernya.

Muatan listrik partikel elementer

Muatan listrik partikel elementer bukanlah “mekanisme” khusus dalam partikel yang dapat dikeluarkan darinya, didekomposisi menjadi bagian-bagian komponennya, dan dipasang kembali. Kehadiran muatan listrik dalam elektron dan partikel lain hanya berarti adanya interaksi tertentu di antara mereka.

Di alam, ada partikel dengan muatan yang berlawanan tanda. Muatan proton disebut positif, dan muatan elektron disebut negatif. Tanda positif dari muatan suatu partikel tentu saja tidak berarti bahwa partikel itu memiliki kelebihan khusus. Pengenalan muatan dari dua tanda hanya mengungkapkan fakta bahwa partikel bermuatan dapat menarik dan menolak. Partikel dengan tanda muatan yang sama saling tolak menolak, dan dengan tanda yang berbeda mereka tarik menarik.

Tidak ada penjelasan tentang alasan keberadaan dua jenis muatan listrik sekarang. Bagaimanapun, tidak ada perbedaan mendasar antara muatan positif dan negatif yang ditemukan. Jika tanda-tanda muatan listrik partikel dibalik, maka sifat interaksi elektromagnetik di alam tidak akan berubah.

Muatan positif dan negatif dikompensasikan dengan sangat baik di Semesta. Dan jika Semesta terbatas, maka muatan listrik totalnya, kemungkinan besar, sama dengan nol.

Hal yang paling luar biasa adalah bahwa muatan listrik semua partikel elementer benar-benar sama dalam nilai absolut. Ada muatan minimum, yang disebut elementer, yang dimiliki oleh semua partikel elementer yang bermuatan. Muatan bisa positif, seperti proton, atau negatif, seperti elektron, tetapi modulus muatannya sama dalam semua kasus.

Tidak mungkin untuk memisahkan bagian dari muatan, misalnya, dari elektron. Ini mungkin hal yang paling menakjubkan. Tidak ada teori modern tidak dapat menjelaskan mengapa muatan semua partikel sama, dan tidak dapat menghitung nilai muatan listrik minimum. Itu ditentukan secara eksperimental dengan bantuan berbagai eksperimen.

Pada tahun 1960-an, setelah jumlah partikel elementer yang baru ditemukan mulai bertambah mengancam, sebuah hipotesis diajukan bahwa semua partikel yang berinteraksi kuat adalah komposit. Partikel yang lebih fundamental disebut quark. Ternyata mengejutkan bahwa quark harus memiliki muatan listrik fraksional: 1/3 dan 2/3 dari muatan dasar. Untuk membangun proton dan neutron, dua jenis quark sudah cukup. Dan jumlah maksimum mereka, tampaknya, tidak melebihi enam.

Satuan muatan listrik