Элемэнтарны электрычны зарад

**Элемэнтарны электрычны зарад** — фундамэнтальная фізычная канстанта, якая характарызуе сілу электрамагнітнага ўзаемадзеяньня, абсалютнае значэньне зараду электрона. Элемэнтарны зарад пазначаецца літрай *e*, але паколькі электрон адмоўна зараджаная часьцінка, то яго зарад пішуць зь мінусам — *e*. У сыстэме СІ элемэнтарны зарад прыблізна равен 1,602176565(35)·10−19 Кл . У сыстэме СГС элемэнтарны зарад прыблізна равен 4,803529695(105)·10−10 СГСЭ. Шчыльна зьвязаны з канстантай тонкай структуры, якая апісвае электрамагнітнае ўзаемадзеяньне .

## Квантаваньне электрычнага зараду
Любы назіраны ў экспэрымэнце электрычны зарад заўсёды кратны элемэнтарнаму — *такое меркаваньне было выказана [[Бэнджамін Франклін|Б. Франклінам]] у 1752 року й у далейшым неаднаразова правяралася экспэрымэнтальна. Упершыню элемэнтарны зарад быў экспэрымэнтальна вымераны Мілікенам ў 1910 року*. Той зьяву, што электрычны зарад сустракаецца ў прыродзе толькі ў выглядзе цэлага ліку элемэнтарных зарадаў, можна назваць **квантаваньнем электрычнага зарада**.

Пры гэтым у клясычнай электрадынаміцы патньне аб прычынах квантаваньне зарада не абмяркоўваецца, паколькі зарад зьяўляецца зьнешнім парамэтрам, а не дынамічнай зьменнай. Дакладнага тлумачэньня, чаму зарад абавязаны квантавацца, пакуль ня знойдзена, але існуе досьвед цікавых назіраньняў.

* Калі ў прыродзе існуе магнітны манаполь, то, згодна з квантавай мэханікай, яго магнітны зарад абавязаны знаходзіцца ў пэўных суадносінах з зарадам любой абранай элемэнтарнай часьціцы. Адсюль аўтаматычна вынікае, што адно толькі існаваньне магнітнага манаполя цягне за сабою квантаваньне зарада. Аднак выявіць у прыродзе магнітныя манаполі не ўдалося.
* У сучаснай фізыцы элемэнтарных часьціц распрацоўваюцца мадэлі накшталт прыённай, у якіх усе вядомыя фундамэнтальныя часьціцы аказваліся б простымі камбінацыямі новых, яшчэ больш фундамэнтальных часьціц. У гэтым выпадку квантаваньне зарада назіраных часьціц не ўяўляецца дзіўным, паколькі яно ўзьнікае «па пабудове».
* Не выключана таксама, што ўсе парамэтры назіраных часьціц будуць апісаны ў межах адзінай тэорыі поля, падыходы да якой распрацоўваюцца ў цяперашні час. У такіх тэорыях велічыня электрычнага зарада часьціц павінна вылічвацца зь вельмі невялікага ліку фундамэнтальных парамэтраў, магчыма, зьвязаных са структурай прасторы-часу на звышмалых адлегласьцях. Калі такая тэорыя будзе пабудавана, тады тое, што мы назіраем як элемэнтарны электрычны зарад, апынецца некаторым дыскрэтным інварыянтам прасторы-часу. Аднак, канкрэтных агульнапрынятых вынікаў у гэтым кірунку пакуль няма.

## Дробны электрычны зарад
Пасьля адкрыцьця кваркаў стала зразумела, што элемэнтарныя часьціцы могуць мець дробны электрычны зарад, напрыклад ⅓ і ⅔ элемэнтарнага. Аднак падобныя часьціцы існуюць толькі ў зьвязаных станах, такім чынам усе вядомыя вольныя часьціцы маюць электрычны зарад, кратны элемэнтарнаму, хоць расьсейваньне на часьціцах з дробным зарадам назіралася.

Неаднаразовыя пошукі свабодных аб’ектаў з дробным электрычным зарадам, якія праводзяцца рознымі мэтодыкамі на працягу доўгага часу, не далі пакукль выніку. Варта, аднак, адзначыць, што электрычны зарад квазічасьціц можа быць ня кратны цэлым.

У прыватнасьці, менавіта квазічасьціцы з дробным электрычным зарадам адказваюць за дробны квантавы эфэкт Хола.

## Экспэрымэнтальнае вызначэньне элемэнтарнага электрычнага зараду

### З дапамогай [[Лік Авагадра|ліку Авагадра]] й [[Канстанта Фарадэя|пастаяннай Фарадэя]]
Калі вядомыя канстанта Авагадра NA і канстанта Фарадэя F, влічыню элемэнтарнага зарада можна вылічыць, карыстаючыся формулай:
:: e = \frac{F}{N_{\mathrm{A}}} 
Інакш кажучы, зарад аднаго моля электронаў, падзелены на лік электронаў у моле, роўны зараду аднаго электрона.
Дадзены мэтад ня ёсьць абсалютна дакладны, але ўсё адно дае досыць дасканалыя вынікі.

### Вопыт Мілікена
: *Асноўны артыкул:* ***[[Вопыт Мілікена]]***
Вядомы вопыт па вымярэньні зарада электрона. Ідэя экспэрымэнту заключаецца ў знаходжаньні балянсу паміж сілай вагі, сілай Стокса і электрычным адштурхоўваньнем. Кіруючы магутнасьцю электрычнага поля, Мілікен і Флэтчар ўтрымлівалі дробныя кропелькі алею ў мэханічнай раўнавазе. Паўтарыўшы экспэрымэнт для некалькіх кропель, навукоўцы пацьвердзілі, што агульны зарад кроплі складаецца зь некалькіх элемэнтарных. Значэньне зарада электрона ў вопыце 1911 року атрымалася роўным 1,5924(17)·10−19 Кл, што на 1% адрозьніваецца ад сучаснага значэньня ў 1,602176565(35)·10−19 Кл.

### З дапамогай эфэкту Джозэфсана й канстанты фон Клітцынга
Іншым дакладным мэтадам вымярэньня элемэнтарнага зарада зьяўляецца вылічэньне яго з назіраньня двух эфэктаў квантавай мэханікі: эфэкту Джозэфсана, пры якім узьнікаюць ваганьні напружаньня ў пэўнай звышправоднай структуры й квантавага эфэкту Хола, эфэкту квантаваньня холаўскага супраціўленьня або праводнасьці двухмернага электроннага газу ў моцных магнітных палях і пры нізкіх тэмпэратурах. Канстанта Джозэфсана
: K_\mathrm{J} = \frac{2e}{h}, дзе *h* — пастаянная Плянка.
можа быць вымераная з дапамогаю эфэкту Джозэфсана.

Канстанта фон Клітцынга
: R_\mathrm{K} = \frac{h}{e^2},
можа быць вымераная з дапамогаю эфэкту Хола.

З гэтых дзьвюх канстант вылічаецца велічыня элемэнтарнага зарада:
: e = \frac{2}{R_\mathrm{K} K_\mathrm{J}}..

### Мэтад CODATA
У апошніх вэрсіях CODATA элемэнтарны зарад не незалежна вызначаная велічыня. Замест гэтага значэньне атрымліваецца з дачыненьня
: e^2 = \frac{2h \alpha}{\mu_0 c} = 2h \alpha \epsilon_0 c 
дзе *h* — гэта пастаянная Плянка, *α* — зьяўляецца канстантай тонкай структуры, *μ*0 — зьяўляецца магнітнай пастаяннай, *ε*0 — зьяўляецца электрычнай пастаяннай, *c* — хуткасьць сьвятла. Нявызначанасьць у значэньні зарада *e* ўзьнікае з-за нявызначанасьці значэньня пастаяннай Плянка.

## Глядзіце таксама
* Электрон
* Пратон

## Крыніцы

Катэгорыя:Электрычнасьць
Катэгорыя:Фізычныя канстанты
Катэгорыя:Адзінкі вымярэньня электрычнага зараду