Edisco
.

ELEKTRICKÝ NÁBOJ 

Tělesa mohou být kladně či záporně nabitá. V takovém případě nesou elektrický náboj.

Stavba atomu

Samotný atom je tvořen částicemi s různým nábojem. Právě ty stojí za vznikem náboje, který můžeme navenek pozorovat. Celkem můžeme v atomu najít tři různě nabité částice:

Z tohoto i plyne vodivost látek. Pakliže u dané látky elektrony vázány v atomech, látka nevede elektrický proud. Pokud se v ní ale nacházejí volné částice nesoucí náboj, ať už to jsou elektrony nebo ionty, mohou si tyto částice náboj předávat a tím pádem vést proud.

Elektrování těles

Tělesa lze elektrovat (tedy jim dát náboj) dvěma způsoby:

  1. Třením - pokud třeme např. kůži o plastovou tyč, přesunou se některé elektrony z kůže na tyč, čímž na ní vytvoří záporný náboj. Kdybychom však třeli kůži o skleněnou tyčku, byl by proces opačný a tyčka by byla nabitá kladně.
  2. Dotykem - pokud mají dvě tělesa rozdílný náboj, dotykem si jej předají tak, aby se náboj vyrovnal.
To, že je těleso nabité, můžeme následně zjistit pomocí elektroskopu.

  ELEKTRICKÝ NÁBOJ

Elektrický náboj je fyzikální veličina, která určuje, jak moc je daný předmět nabitý. Značí se Q a jeho jednotkou je coulomb C. Již dříve jsme zmínili elementární náboj, tedy náboj, který nese jeden elektron. Ten má danou velikost, a to $e=1,6\cdot 10^{-19}C$.

  ZÁKON ZACHOVÁNÍ ELEKTRICKÉHO NÁBOJE

"Celkový elektrický náboj v izolované soustavě těles je konstantní."

Silové působení mezi nabitými tělesy

Pokud máme dva předměty, které jsou oba kladně nabité, budou se odpuzovat. Stejná situace nastane, budou-li oba záporně nabité. Přitahovat se budou v případě, pokud budou jejich náboje nesouhlasné.

Coulombův zákon

Již víme, že dva nabité předměty na sebe silově působí. Chceme-li vypočítat velikost této síly, poslouží nám Coulombův zákon. Ten říká, že pokud máme dvě tělesa s náboji Q1 a Q2, které jsou od sebe ve vzdálenosti r, vypočítáme velikost síly působící na každé těleso $$F_e = \dfrac{1}{4\pi\epsilon}\dfrac{Q_1Q_2}{r^2}$$ Co ovšem znamená $\epsilon$? To je tzv. permitivita prostředí. Je to konstanta a určuje, jak dobře na sebe mohou nabitá tělesa v daném prostředí působit. Pro vakuum má tato konstanta hodnotu
$\epsilon_0 = 8,854\cdot 10^{-12}C^2N^{-1}m^{-2}$.

  RELATIVNÍ PERMITIVITA

Aby se nemusela udávat takováto složitá hodnota pro každou látku, zavádí se ještě jedna veličina, a to relativní permitivita prostředí. To je číslo, které určuje, kolikrát jsou působící síly v daném prostředí slabší než ve vakuu. Například pro sklo je relativní permitivita prostředí $\epsilon_r = 7,6$, což znamená, že jeho permitivita prostředí je
$\epsilon = \epsilon_0 \cdot \epsilon_r = 8,854\cdot 10^{-12}C^2N^{-1}m^{-2} \cdot 7,6 = 6,729\cdot 10^{-11}C^2N^{-1}m^{-2}$

V následující tabulce najdete hodnoty relativní permitivity pro některá prostředí:

Prostředí $\epsilon_r$
Vzduch $\approx 1$
Polystyren 2,6
Papír 3,5
Porcelán 6,5
Sklo 7,6
Voda 80

Řešený příklad

  PŘÍKLAD 1

Dvě malé kuličky nesoucí náboje 80 nC a -20 nC jsou umístěny ve vakuu ve vzdálenosti 10 cm od sebe. Jak na sebe budou působit?

$r=10cm=0,1m\qquad$ $Q_1=80nC=80\cdot 10^{-9}C\qquad$ $Q_2=-20nC=-20\cdot 10^{-9}C$
$F_e = \dfrac{1}{4\pi\epsilon}\dfrac{Q_1Q_2}{r^2} =$ $\dfrac{80\cdot 10^{-9}\cdot 20\cdot 10^{-9}}{4\pi\cdot 8,854\cdot 10^{-12}\cdot 0,1^2}N \doteq$ $1440\cdot 10^{-6}N = 1,44\cdot 10^{-3}N$
Náboje byly nesouhlasné, kuličky tedy budou přitahovat, a to silou $1,44\cdot 10^{-3}N$.

Nyní kuličky dáme k sobě tak, aby se dotkly, a poté je vrátíme do původní pozice. Jak na sebe budou působit nyní?
Když se kuličky dotknou, jejich náboj se vyrovná. Podle zákona zachování elektrického náboje přitom bude celkový náboj zachován.
$Q_1' = Q_2' =$ $\dfrac{Q_1+Q_2}{2} =$ $\dfrac{80nC-20nc}{2}=\dfrac{60nC}{2}=30nC$
Nyní stačí příklad vypočítat s novými hodnotami.
$F_e = \dfrac{1}{4\pi\epsilon}\dfrac{Q_1'Q_2'}{r^2} =$ $\dfrac{30\cdot 10^{-9}\cdot 30\cdot 10^{-9}}{4\pi\cdot 8,854\cdot 10^{-12}\cdot 0,1^2}N \doteq$ $810\cdot 10^{-6}N = 8,1\cdot 10^{-4}N$
V tomto případě již byly náboje souhlasné, kuličky se tedy po dotknutí budou odpuzovat silou o velikosti $8,1\cdot 10^{-4}N$.

David




Našli jste chybu? Máte dotaz? Nápad? Připomínku? Pochvalu? Napište nám na info@edisco.cz.