электрический заряд

Описание

Электрический заряд — это фундаментальное свойство материи, определяющее её взаимодействие с электромагнитными полями. Он бывает двух типов, условно называемых положительным и отрицательным, при этом одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые притягиваются. Заряд квантован — он всегда проявляется в виде целых кратных элементарного заряда e — и строго сохраняется: в любой замкнутой системе полный заряд никогда не изменяется. Это свойство лежит в основе всего: от структуры атомов до поведения молний и химии жизни.

История

Концепция заряда была формализована Бенджамином Франклином в XVIII веке, который ввёл термины «положительный» и «отрицательный». Современное понимание заряда как квантованной и сохраняющейся величины возникло благодаря экспериментам Роберта Милликена (1909 год) и развитию квантовой электродинамики в середине XX века.

Как это работает

Заряд создаёт электрические и магнитные поля и реагирует на них. Заряженная частица создаёт электрическое поле, которое действует на другие заряды, а при движении она также порождает магнитное поле. Сила этих взаимодействий определяется постоянной тонкой структуры, примерно равной 1/137. В квантовой электродинамике заряд — это константа связи, определяющая, как часто частица испускает или поглощает фотон, переносчик электромагнитного взаимодействия.

Где применяется

Электрический заряд лежит в основе всей электротехники: от производства энергии и электроники до медицинской визуализации, такой как МРТ, и ускорителей частиц, используемых в терапии рака.

Любопытный факт

Электрический заряд одного электрона точно равен по величине заряду протона, но противоположен по знаку — этот баланс, если бы он нарушился хотя бы на ничтожную долю, сделал бы атомы нестабильными, а материю в известном нам виде невозможной.

Формулы

$$\Delta Q = \nu \frac{e \Delta \Phi}{\Phi_0}$$

Квантование заряда в сверхпроводниках связывает изменение потока с накопленным зарядом.

Что в формуле

\Delta Q	переменная	Накопленное изменение заряда в сверхпроводнике — электрический заряд Кл
\Delta \Phi	переменная	Изменение магнитного потока через сверхпроводящий контур — магнитный поток Вб
\nu	переменная	Фактор заполнения (целый или дробный) состояния с квантовым эффектом Холла — безразмерный
e	константа	Величина электрического заряда отдельного электрона или протона — элементарный заряд = 1.602176634e-19 Кл
\Phi_0	константа	Сверхпроводящий квант потока, h/(2e), фундаментальная единица магнитного потока в сверхпроводнике — квант магнитного потока = 2.067833848e-15 Вб

$$\Xi = \frac{k_e Q^2}{G M^2}$$

Сравнивает силу электростатического и гравитационного взаимодействия.

Что в формуле

Q	переменная	Электрический заряд тела — электрический заряд Кл
M	переменная	Масса тела — масса кг
k_e	константа	Постоянная электростатической силы в законе Кулона — кулоновская постоянная = 8.9875517923e9 Н·м²/Кл²
G	константа	Гравитационная постоянная Ньютона — гравитационная постоянная = 6.67430e-11 м³/(кг·с²)

$$r_{\pm} = \frac{GM}{c^2} \left(1 \pm \sqrt{1 - \frac{k_e Q^2}{G M^2}}\right)$$

Положения горизонтов событий в заряженных чёрных дырах.

Что в формуле

r_±	переменная	Радиусы внутреннего и внешнего горизонтов событий — horizon radius м
Q	переменная	Электрический заряд чёрной дыры — электрический заряд Кл
M	переменная	Масса чёрной дыры — масса кг
G	константа	Гравитационная постоянная Ньютона — гравитационная постоянная = 6.67430e-11 м³/(кг·с²)
c	константа	Скорость света в вакууме — скорость света = 299792458 м/с
k_e	константа	Электростатическая постоянная в законе Кулона — кулоновская постоянная = 8.9875517923e9 Н·м²/Кл²

$$p_{\max} = \frac{e B L}{c}$$

Максимальный импульс, который может приобрести заряженная частица в магнитном поле масштаба L.

Что в формуле

p_max	переменная	максимальный импульс — импульс кг·м/с
e	переменная	электрический заряд — электрический заряд Кл
B	переменная	напряженность магнитного поля — магнитное поле Тл
L	переменная	характерный масштаб длины — длина м
c	константа	скорость света в вакууме — скорость света = 299792458 м/с

$$\omega_p = \sqrt{\frac{n e^2}{m \epsilon_0}}$$

Собственная частота колебаний плотности заряда.

Что в формуле

\omega_p	переменная	плазменная циклическая частота — угловая частота рад/с
n	переменная	концентрация электронов — number density 1/м³
e	переменная	элементарный заряд — электрический заряд Кл
m	переменная	масса электрона — масса кг
\epsilon_0	константа	электрическая постоянная — электрическая постоянная = 8.8541878128e-12 Ф/м
\sqrt{}	оператор	извлекает квадратный корень — квадратный корень

$$\sigma_H = \frac{\nu e^2}{h}$$

Холловская проводимость квантуется в единицах e²/h.

Что в формуле

σ_H	переменная	Холловская проводимость — electrical conductivity См
ν	переменная	Фактор заполнения (целый или дробный) — filling factor
e	переменная	Элементарный заряд — электрический заряд Кл
h	переменная	Постоянная Планка — постоянная Планка Дж·с

Мягкая конденсированная материя2026-09-052 минarXiv:2609.06120

Капля-самозванец: как испарение заряжает и двигает микрокапли

Капля воды на плёнке фторполимера сначала ведёт себя как положено: лежит и испаряется. Но стоит ей уменьшиться до четверти начального размера, как она срывается с места и за доли секунды проскакивает расстояние, в несколько раз превышающее её собственный радиус. Дальше она ползёт медленно, но упорно, оставляя за собой невидимый след из электрических зарядов.

Nitish Singh·Aaron D. Ratschow·Syed N. R. Kazmi·Dan Daniel

Просто Популярно Подробно

Общая теория относительности2026-08-021 минarXiv:2608.01152экспресс

Скрытый двойник углового момента чёрной дыры

Чёрная дыра Керра-NUT — это не просто космический объект, затягивающий материю, а точное решение уравнений Эйнштейна, описывающее пространство-время с массой, вращением и дополнительным параметром NUT.

Mohamed Tharwat·Adel Awad

первый закон механики чёрных дыр эффект Унру Jacob Bekenstein Stephen Hawking William Unruh чёрная дыра гравитационная сингулярность сингулярность искривление пространства-времени

Просто Популярно Подробно

Теоретическая физика высоких энергий2026-07-242 минarXiv:2607.22938экспресс

Как масса и заряд меняются ролями в многомерном мире

Карусель не просто кружит вас по кругу — при каждом обороте она ещё и слегка ввинчивается в землю. Это движение, похожее на штопор, и есть суть NUT-заряда — особого свойства пространства-времени, которое физики изучают с середины прошлого века.

Ricardo Monteiro·Lecheng Ren·Daniel Siretanu

второй закон Ньютона Galileo Galilei Isaac Newton Johannes Kepler суперпозиция гравитация искривление пространства-времени

Просто Популярно Подробно

Сильно коррелированные системы2026-03-251 минarXiv:2603.24453экспресс

Как электрон теряет себя в одномерном мире

Электрон в обычном проводе — как курьер, который несёт и посылку, и подпись получателя одновременно: его заряд и спин всегда вместе. Но если провод сделать толщиной в один атом, курьеру становится тесно. В такой одномерной трубе электроны не могут обгонять друг друга, и их коллективное поведение меняется до неузнаваемости.

Yunjing Gao·Jianda Wu

теорема о связи спина и статистики Wolfgang Pauli Paul Dirac Alain Aspect спин фермион суперпозиция зонная структура куперовская пара

Просто Популярно Подробно

Гидродинамика2026-01-261 минarXiv:2601.18465экспресс

Невидимая сила на листьях

Капля воды бежит по листу таро, как по натёртому полу. Она не просто скользит — она накапливает электричество. Тридцать лет назад учёные объяснили, почему листья лотоса не намокают: их поверхность покрыта микроскопическими бугорками, между которыми застревает воздух. Но теперь выяснилось, что у воды на листьях есть ещё одна, скрытая сила.

Mihir Durve·Serena Armiento·Benham Kamare·Sauro Succi·Barbara Mazzolai·Fabian Meder

James Clerk Maxwell David Charbonneau Didier Queloz вязкость углекислый газ солнечный ветер вода

Просто Популярно Подробно

Общая теория относительности2026-01-221 минarXiv:2601.16325экспресс