Для каких систем выполняется закон сохранения электрического заряда?

Yak

63

Закон сохранения электрического заряда является одним из основных законов в физике и применим ко множеству систем. Давайте рассмотрим три основных системы, для которых выполняется этот закон:

1. Замкнутая система: В замкнутой системе, такой как изолированная проводящая сфера или заряженный конденсатор, суммарный электрический заряд остается постоянным. Это означает, что если в систему добавляется или удаляется какой-либо заряд, то сумма всех зарядов в системе остается неизменной. Формально это записывается как \(\sum Q = \text{const}\), где \(\sum Q\) обозначает сумму всех зарядов в системе.

2. Замкнутая электрическая цепь: Цепь, состоящая из электрических проводников и источника электрической энергии, является замкнутой системой, где также выполняется закон сохранения электрического заряда. В этом случае, если заряд движется по цепи, то количество заряда, проходящего через любой сечение цепи, остается постоянным. Это значит, что заряд, который покидает одну точку в цепи, будет равен заряду, возвращающемуся обратно в эту же точку. Закон сохранения электрического заряда для замкнутой электрической цепи можно записать как \(\sum I = 0\), где \(\sum I\) обозначает алгебраическую сумму всех токов в цепи.

3. Ядра атомов: Закон сохранения электрического заряда также применим к ядрам атомов. В ядре атома присутствуют протоны, которые обладают положительным зарядом, и нейтроны, которые не обладают зарядом. Сумма зарядов протонов и нейтронов в ядре остается постоянной. Если происходят ядерные реакции, то изменение заряда ядер компенсируется соответствующим изменением других ядер или возникновением/исчезновением других элементарных частиц.

Однако, стоит отметить, что в некоторых экзотических случаях, таких как ядерные реакции при высоких энергиях или квантовые флуктуации в микромасштабных системах, может наблюдаться нарушение закона сохранения электрического заряда. Эти случаи требуют специального рассмотрения и не являются типичными для обычных учебных задач.