Rebelova škola doma

Elektrický náboj

Elektrický náboj je jednou zo základných vlastností častíc. Poznáme kladný aj záporný náboj.

Z chémie vieme, že látky sa skladajú z atómov, molekúl (ktoré vzniknú spojením dvoch alebo viacerých atómov) a iónov. Každý atóm obsahuje v jadre protóny s kladným nábojom (p⁺) a neutróny bez náboja (n⁰) a v obale elektróny so záporným nábojom (e^-). Počet protónov v jadre atómu sa musí rovnať počtu elektrónov v jeho obale, a preto je atóm elektricky neutrálny. Stratou alebo získaním elektrónov sa z atómu stáva ión. Stratou elektrónov sa z neho stane kladný ión (katión) a získaním elektrónov záporný ión (anión).

Telesá s prebytkom elektrónov (počet e^- > počet p⁺; napríklad tyč z novoduru, ktorú sme treli plsťou) sú záporne nabité (zelektrizované) a telesá s prebytkom protónov (počet e^- < počet p⁺; napríklad tyč zo skla, ktorú sme treli kožou) sú kladne nabité (zelektrizované). Teleso môžeme elektricky nabiť (dodať mu elektrický náboj) trením. Telesá s rovnakým nábojom (nábojom s rovnakým znamienkom) sa odpudzujú a telesá s opačným nábojom (nábojom s opačným znamienkom) sa priťahujú.

Elektrický náboj je fyzikálna veličina so značkou Q a jednotkou Coulomb (čítaj kulomb). Meriame ho coulombmetrom. Je deliteľný, ale len po najmenší možný náboj, tzv. elementárny náboj (e), čo je náboj protónu (vtedy je kladný) alebo elektrónu (vtedy je záporný). Hodnota elementárneho náboja je 1,602•10^-19 C.

Dotykom vieme náboj preniesť z jedného telesa na druhé (prenášajú sa však iba elektróny, protóny nie). Tento fakt využívame v elektroskope (prístroj na zisťovanie, či je teleso elektricky nabité). Ak sa nabitým telesom dotkneme kovovej platne na vrchu elektroskopu, časť jeho náboja sa cez ňu presunie do tyčinky a ručičky. Keďže telesá s rovnakým nábojom sa odpudzujú, tak ručička sa vplyvom tejto odpudivej elektrickej sily pootočí. Náboj sa ľahko presunie cez platňu na tyčinku a ručičku, keďže všetky tieto časti elektroskopu sú vodičmi, ale nebude sa presúvať ďalej až do zeme, keďže elektroskop je od nej oddelený izolačným materiálom (vodiče a izolanty budú vysvetlené nižšie). Elektroskop, ktorý má aj stupnicu (takže ním vieme náboje nielen zisťovať, ale aj porovnávať), nazývame elektrometer.

Elektrické pole, vodič a izolant

V okolí každého elektricky nabitého telesa je elektrické elektrické pole, v ktorom pôsobí elektrická sila. Elektrické pole znázorňujeme pomocou siločiar. Siločiary znázorňujú smer pôsobenia elektrickej sily. Ich smer je dohodou určený tak, že smerujú preč od kladného náboja, ale ku zápornému náboju.

Opačne nabité telesá sa priťahujú	Rovnako nabité telesá sa odpudzujú

Veľkosť elektrickej sily (či už príťažlivej alebo odpudivej), ktorou na seba pôsobia dve (či už rovnako alebo rozdielne) elektricky nabité telesá je priamoúmerná súčinu ich nábojov a nepriamoúmerná druhej mocnine ich vzdialenosti.

Látky rozdeľujeme na vodiče a izolanty (existujú aj polovodiče, ale tými sa zatiaľ zaoberať nebudeme). Vodiče obsahujú voľné častice s nábojom (väčšinou sú to voľné elektróny, ale niekedy sú to aj ióny). Tuhé vodiče sú kovy a niektoré formy niektorých nekovov (grafit-tuha, čierny fosfor...). Voľnými časticami s nábojom sú v nich elektróny. Kvapalné vodiče sú roztoky solí (tzv. elektrolyty alebo roztoky elektrolytov). Voľnými časticami s nábojom sú v nich kladné a záporné ióny. Plyny sú za bežných podmienok izolanty. Ale vieme ich ionizovať, čiže urobiť z ich atómov elektróny, katióny a anióny a vtedy sa stanú vodičmi. Ionizovaný plyn nazývame aj plazma. Plazmu niekedy považujeme za štvrté skupenstvo.

Keď akékoľvek teleso vystavíme elektrickému poľu, tak na jednej jeho strane sa vytvorí kladný náboj a na druhej záporný. Toto sa stane aj vodiču, aj izolantu, ale iným mechanizmom. Vo vodiči nastane elektrostatická indukcia, čo znamená, že voľné častice s nábojom sa presunú na jednu stranu vodiča. V izolante nastane polarizácia, čo znamená, že dochádza k presunu elektrického náboja vo vnútri atómov (resp. molekúl).

Elektrostatická indukcia	Polarizácia izolantu

Elektrostatickú indukciu využívame na elektrické tienenie: keď prstenec z vodivého materiálu do elektrického poľa, v dôsledku elektrostatickej indukcie sa zmení tvar tohto poľa - siločiary sa končia na vonkajšom povrchu prstenca, a tak v jeho vnútri nie je žiadne elektrické pole. Takýto prstenec nazývame faradayova klietka. Takýmto spôsobom sú chránené pred vplyvom nežiaducích elektromagnetických polí sklady s výbušninami a horľavými látkami (sú obalené hustou drôtenou klietkou). Zatvorené auto je tiež faradayova klietka, a preto sme v ňom v bezpečí pred bleskami.