Электрон

Электрон. Причины фиаско. Выход из кризиса.

Почему получилось так, что поиск элементарного электрического заряда не только не был остановлен в самом зародыше, но и вопреки здравому смыслу «успешно» был продолжен?

Причины кроются гораздо глубже, чем это могло бы показаться. Они кроются в понятии самого заряда, в делении на положительное и отрицательное электричество. Дело в том, что Фарадей, идя на поводу уже устоявшихся к 30-годам 19-го века понятий электростатики, сам называл энергию тока необходимую для проведения электролиза количеством электричества (отрицательного). Он использовал специальную машину для проведения опытов и о горе, ее надо было крутить. Чем не квантование? Взял одно вещество, крутанул раз, крутанул два: посмотрел результат, потом с другим то же самое…. Переход на источник тока труда не составил, количество круток заменяется зарядом за время, то есть тоже количеством электричества.

Кто, не важно, ввел понятие электрического тока как заряда, прошедшего через проводник за время, но количество электричества так и осталось. Оно бытует и по сию пору.

Так что запись 1-го закона Фарадея m=kQt=kIt никого не смущает.

Смутило только меня одного, задавшегося вопросом: заряд, это много или мало. Что это за энергия такая заряд?

Как энергетически отличаются положительный заряд от отрицательного?

Из закона Кулона видно только силу между двумя зарядами, и что положительный заряд компенсирует отрицательный. Но не более того!

Оказывается, изначально в электростатике сам заряд не несет никакой энергии и никакой массы. Имеет смысл лишь знак заряда и количество зарядов. Если у материального тела есть потенциальная и кинетическая энергия, то у заряда ни того, ни другого нет. Получается что заряд это свойство тела, а не материальная субстанция.

Так оно и было до 1891 года, и надо было что-то делать, иначе тормозилось дальнейшее развитие физики. Тем более количественная сторона дела понятна еще со времен Кулона, научившегося квантовать заряды шарами. Осталось проквантовать закон Фарадея, что и было сделано. Так был получен элементарный электрический заряд в виде одновалентного иона.

Но от этого энергетического смысла в заряде не появилось, но появился стимул превратить заряд из идеального понятия в понятие материальное, зачем дело долго не стало.

В 1897 году стараниями научного сообщества у заряда появилась масса и он официально стал именоваться Электроном.

И все бы хорошо, и величина есть, и масса, только к веществу никак не привязать странную частицу, не несущую никакой энергии. И надо же, открыли радиоактивность. Как кстати. Оказывается электричество это поток частиц вещества, да еще и самого вещества, раз на то пошло исходный ион туда же прицепить надо. Ну, тут фантазия разыгралась… и атом объелектронили и таблицу Менделеева, разве не черта в ступе.

Но энергии то все нет…

И вот свершилось. На свет появился его величество электронвольт! Рожденный непорочно от госпожи Квантовой механики.

И если заряд электрона e=-1,6 10 ^-19кулона,

То электронвольт 1 Эв = 1,6 10 ^-19джоуля

Наконец-то электростатическая неувязка с разницей потенциалов не имеющей явной энергетической нагрузки приобрела физический смысл. Количество электричества это энергия и, несомненно, заряд является энергией.

Физическую величину, равную отношению потенциальной энергии электрического заряда в электростатическом поле к величине этого заряда, называют потенциалом φ электрического поля:

ф=W/q т.е. заряд электрона равен его энергии поделенной на потенциал

q=e кулоны W- джоули тогда энергия W =fq кулон вольт или электрон вольт

We=1,6 10 ^-19 джоулей

В Международной системе единиц (СИ) единицей потенциала является вольт (В).

1 В = 1 Дж / 1 Кл.

Потенциал φ является энергетической характеристикой электростатического поля.

Если энергия - энергетическая характеристика и потенциал, значит и заряд энергетическая характеристика, не правда ли.

Что такое электрон-вольт? Численно это заряд якобы электрона нагло переведенный в единицу энергии. Кулон, приравненный к джоулю. Тут уже не поспоришь. Факт. А по сути это единица измерения напряжения – Вольт. Поэтому то и электронвольт.

Что такое миллиард электронвольт, 1 Гэв, это потенциал 10⁹ вольт, деленный на заряд электрона. Наводит на некоторые мысли, сколько это энергии в джоулях? оказывается 10²⁸дж. Это какая ж электростанция должна работать…?

На самом деле электронвольт это просто вольт. Иначе зачем это называть было вольтом. Тогда один Гэв это всего лишь напряжение в 10^-8 вольта. Очень маленькое. И это в свою очередь объясняет такие малые значения напряжений и токов получаемые в ускорителях. Микроамперы и микровольты. И ради этого строятся монстры с миллиардной стоимостью, и кормится целая армия очковтирателей.

Резюме.

Все бы хорошо, если бы не было все так плохо…

Ошибка в толковании 1-го закона Фарадея привела к массе умопомрачительных кульбитов.

Вот к каким ухищрениям пришлось прийти, чтобы внедрить поручика Киже в светское общество!

Ну а по жизни то.

Энергия не может быть квантована сама по себе, это можно сделать только насильно. Она не может быть элементарной. Это может быть некоторое количество, которое мы сами зададим в целях упрощения расчетов. В житейском смысле это минимальное ее значение, которое мы можем измерить нашими приборами.

И она не может быть отрицательной в принципе. Это противоречит здравому смыслу. Энергии может быть много или мало, в крайнем случае можно считать ее вообще нет (пренебречь), но никак не минус единица -1. поэтому если уж получилось так, то это не заряд, а энергия и считать ее надо по сути дела в джоулях для порядка, ну на худой конец в квантах, электрон-вольтах, то есть в единицах напряжения.

Так разница потенциалов – это разница энергий. Сила тока – определяется количеством переносимой энергии с учетом сопротивляемости среды на пути переноса. Вот вам и закон Ома с энергетической точки зрения.

E=f2-f1=U=I/R