Zasada zachowania ładunku – prawo zachowania dotyczące ładunku elektrycznego, stwierdzające, że ładunek elektryczny nie może być ani utworzony, ani zniszczony.
Zasadę można sformułować na kilka sposobów
- W izolowanym układzie ciał całkowity ładunek elektryczny, czyli suma algebraiczna ładunków dodatnich i ujemnych, nie ulega zmianie
![{\displaystyle \left(\sum {q_{i}}\right)_{U,I}={\text{const.}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/68d368a0e10b22cae7d680cb50d92b15d26909af)
Zmiana ładunku układu może zachodzić tylko na drodze przepływu ładunku
![{\displaystyle \Delta {q}=q_{\text{dostarczone}}-q_{\text{oddane}}.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f322dc86ef2ea236fb3bdc28b8c7179a4537830c)
Potocznie zasada zachowania ładunku znaczy tyle co: ładunek elektryczny jest niezniszczalny; nigdy nie ginie i nie może być stworzony. Ładunki elektryczne mogą się przemieszczać z jednego miejsca w inne, ale nigdy nie biorą się znikąd. Mówimy więc, że ładunek elektryczny jest zachowany[1]. Mimo iż ta definicja dobrze obrazuje samą zasadę, to jednak nie jest ona do końca ścisła, ponieważ, jak współczesne badania wykazały, nie jest prawdą twierdzenie, że ładunki są niezniszczalne i nie można ich wytworzyć. Podczas anihilacji dwie cząstki o przeciwnych ładunkach przestają istnieć zamieniając się na energię pola elektromagnetycznego. Znikają również ich ładunki, ale całkowity ładunek układu (równy 0) pozostaje niezmieniony. Odwrotnie dzieje się w procesie kreacji par (np. proton-antyproton), kiedy powstają dwie cząstki o przeciwnych ładunkach.
Przykłady i konsekwencje
Jedną z bezpośrednich konsekwencji zasady zachowania ładunku jest pierwsze prawo Kirchhoffa. Może ono być sformułowane w sposób nawiązujący do zasady zachowania ładunku w następujący sposób:
Ilość ładunków wpływających do węzła sieci równa jest ilości ładunków wypływających z tego węzła.
Zasada zachowania ładunku a symetrie
Zachowanie ładunku elektrycznego wynika z niezmienniczości względem transformacji cechowania funkcji falowej cząstki naładowanej (np. elektronu)
![{\displaystyle \psi ({\vec {x}},t)\to \psi '({\vec {x}},t)=\mathrm {e} ^{\mathrm {i} \alpha }\psi ({\vec {x}},t).}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/09147f4b83f19c847c08332e1a31ce239d3bfac3)
Transformacje
generowane są przez ciągły kąt
ich zbiór tworzy prostą grupę Liego jednowymiarowych macierzy unitarnych U(1). Lokalna (gdy kąt
jest zmienny w czasie i przestrzeni) grupa cechowania U(1) jest przyczyna istnienia fundamentalnego oddziaływania elektromagnetycznego.
Konsekwencją tej niezmienniczości jest bezmasowość fotonu (m=0), fakt, że światło w próżni propaguje się z prędkością fundamentalną c (nazywaną z powodów historycznych prędkością światła w próżni). Następną konsekwencją jest dalekozasięgowość oddziaływania elektromagnetycznego, potencjał
![{\displaystyle U(r)={\frac {q_{1}q_{2}}{4\pi \epsilon r}}.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b65e908eaf4d4d1b7b432b14ac2414391f8ae733)
Zasada zachowania ładunku jest przykładem zasady, która wynika z symetrii różnych od symetrii czasu i przestrzeni.
Przypisy
Bibliografia
podstawowe zasady zachowania | |
---|
konsekwencje i szczególne postacie |
|
---|
powiązane tematy |
|
---|
uczeni |
|
---|