Глава 2. Электрические явления. § 30. Делимость электрического заряда. Электрон — с. 113
§ 30. Вопрос 1. Опишите опыт, который показывает, что электрический заряд делится на части.
Берут два одинаковых электрометра (или электроскопа): один заряжен, другой не заряжен. Их стержни соединяют металлическим проводником на изолирующих ручках (например, металлической палочкой с пластмассовой рукояткой). Часть заряда стекает с первого электрометра на второй: стрелка (листочки) первого опускается, а второго отклоняется. Если оба прибора одинаковы, то отклонение стрелок становится одинаковым, и это означает, что заряд разделился примерно пополам. Затем второй электрометр разряжают, касаясь рукой, и опыт повторяют: на первом остаётся уже четверть первоначального заряда, и его стрелка отклоняется ещё меньше. Опыт показывает, что электрический заряд можно делить на части, передавая его от одного тела к другому.
§ 30. Вопрос 2. Имеет ли электрический заряд предел делимости?
Да, имеет. Опыты показали, что существует наименьший электрический заряд, который уже нельзя разделить: он называется элементарным и по модулю равен заряду электрона, примерно 1,6·10⁻¹⁹ Кл. Любой заряд тела кратен этому значению: он образуется целым числом электронов (или целым числом избыточных протонов), поэтому не может быть, например, равен половине элементарного заряда. Поэтому при делении заряда на всё более мелкие части мы в итоге дойдём до заряда одного электрона, который неделим.
§ 30. Вопрос 3. Что такое электрон?
Что вы знаете о его заряде и массе?
Электрон — это мельчайшая устойчивая частица, входящая в состав всех атомов, которая несёт наименьший отрицательный электрический заряд. Заряд электрона называют элементарным: он отрицателен и по модулю равен примерно 1,6·10⁻¹⁹ Кл. Масса электрона очень мала — около 9,1·10⁻³¹ кг, примерно в 1836 раз меньше массы протона и в миллионы раз меньше массы мельчайшей песчинки. Электроны могут переходить от одного тела к другому, например при трении, и этим объясняется электризация тел.
§ 30. Дополнительный вопрос. У Кулона не было метода для измерения заряда, однако он смог установить, что сила электрического взаимодействия маленьких заряженных шариков прямо пропорциональна произведению их зарядов. Как это ему удалось?
Предложите способ.
Кулон воспользовался делимостью заряда и одинаковостью шариков. Он взял два одинаковых металлических шарика: один заряжен зарядом q, другой не заряжен. Если шарики привести в соприкосновение и развести, то заряд, из соображений симметрии, разделится поровну, и на каждом окажется q/2. Так можно получать заряды q, q/2, q/4 и т. д., не зная абсолютного значения q. Затем Кулон измерял силу взаимодействия шариков при одном и том же расстоянии между ними (по закручиванию упругой нити крутильных весов) и сравнивал: если заряд одного из шариков уменьшали вдвое, то и сила уменьшалась вдвое; если заряды обоих шариков уменьшали вдвое, то сила уменьшалась в 4 раза. Отсюда следовало, что сила пропорциональна произведению зарядов.