反応前後で電荷の総量は保存する【電荷の保存則】

電磁気学
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taniten
taniten

今回は少し短めに、電荷の保存則を解説していくよ!

電荷の保存?
電荷って概念のことだったと思うんだけど、一体何が保存するの?

ふうた君
ふうた君
taniten
taniten

正しくいうなら「電気量の保存」かな。
とにかく、詳しく見ていこう!

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電気量の総量は変わらない

これは分子の絵です

くっついたり離れたり

荷電粒子とは、電荷を持っている粒子のことでしたね。

電荷については、こちらの記事も参考にしてください。

この荷電粒子は、正の電荷を持つものや負の電荷を持つもの、あるいは電荷を全く持たないものも存在します。

そしてこれらの荷電粒子は、様々な相互作用によって結合したり分離したりします。

このとき、それぞれが持っていた電荷(電気量)はどうなってしまうのでしょうか?

電荷は保存する!

荷電粒子が結合したり分解すると電荷はどうなるのでしょうか?

上に荷電粒子の結合と分解のイメージ図を載せました。

上部は、それぞれ\(+Q\)、\(-Q\)の電荷を持つ荷電粒子が結合したときに電荷がどうなるのか。

下部は、電荷\(q\)の荷電粒子が2つの粒子に分解したときにそれぞれの粒子の電荷はどうなるのかを表しています。

結論から言うと、
結合するときは結合前の電荷の和が、結合後の電荷
分解するときは分解後の電荷の和が、分解前の電荷
等しくなります。

上の図だと、結合後は電荷が\(Q-Q=0\)となります。
分解後は、それぞれの粒子の電荷がどのように割り振られるかまではわかりませんが、電荷の和は\(q\)になります。

結合や分解によって状態が変化しても、全体の電荷は一定のままなんだね!

ふうた君
ふうた君
taniten
taniten

その通り!
これが電荷の保存則なんだよ。

電気量の総量が保存しているから、電気量保存則と言うこともできるのか!

ふうた君
ふうた君

まとめ

荷電粒子があるとき、その結合・分解の前後で物質の電気量の総量は不変である。
これを電荷の保存則または電気量保存則という。
taniten
taniten

電荷の保存則は、高校の物理学ではあまり重要視されないけど、大学の素粒子物理学では頻繁に使用されるよ!

素粒子のことはよくわからないけど、こういう保存則があることを覚えておくことにするよ。

ふうた君
ふうた君

コメント

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