Ładunek elektryczny

Neutrony są cząstkami elektrycznie obojętnymi, protony są obarczone ładunkiem dodatnim a elektrony ładunkiem ujemnym.

W większości ciał , które nas otaczają , liczba ładunków ujemnych jest równa liczbie ładunków dodatnich , gdyż w każdym z atomów liczba elektronów krążących wokół jądra jest równa liczbie protonów w jądrze.

Ciała, które mają mniej protonów niż elektronów są naelektryzowane ujemnie. Ciała, które mają więcej protonów niż elektronów, są naelektryzowane dodatnio. 

 

Zasada zachowania ładunku

W obrębie ciała lub układu ciał,  odizolowanego od wpływu innych ciał, całkowity ładunek pozostaje stały.

Wartość bezwzględna ładunku elektronu i protonu jest taka sama i nosi nazwę ładunku elementarnego :    e =1,6.10-19 C. Ładunek ciała naelektryzowanego jest zawsze wielokrotnością ładunku elementarnego.

 

Przewodniki, Izolatory

Do przewodników zaliczają się wszystkie metale. Struktura krystaliczna metali  jest taka, że część elektronów może poruszać się swobodnie w obrębie ciała. Te swobodne elektrony są nazywane walencyjnymi lub przewodnictwa i pod wpływem odpowiednich czynników  [np. ciepło, światło] mogą wychodzić poza powierzchnię metalu lub przemieszczać się w stronę działających na nie sił elektrycznych.

Ciała, w których nie ma swobodnych elektronów nazywamy izolatorami lub dielektrykami. Elektrony nie mogą  przemieszczać się w obrębie ciała i z tego powodu nie są przewodnikami prądu elektrycznego. Siły elektryczne mogą jedynie przesunąć elektrony w obrębie atomu lub cząsteczki.

                           

Elektryzowanie - Pocieranie Podczas pocierania np. pałeczki ebonitowej suknem [wełną] na skutek wykonanej przy tym pracy część elektronów uzyskuje energię wystarczającą do "ucieczki" z wełny na ebonit. Efektem tej czynności jest uzyskanie dwóch ciał naelektryzowanych różnoimiennie. Ebonit ma nadmiar elektronów ,jest więc naelektryzowany ujemnie, a wełna [sukno] ma niedobór elektronów, jest więc naelektryzowana dodatnio. Ładunki tak naelektryzowanych ciał mają takie same wartości bezwzględne [q+ +  q- = 0] .

Podczas pocierania np. szkła o jedwab, część elektronów  przechodzi ze szkła do jedwabiu i szkło elektryzuje się dodatnio a jedwab ujemnie.

 

Elektryzowanie - Dotyk

Ciało elektrycznie obojętne [nie naelektryzowane] można naelektryzować poprzez chwilowe zetknięcie z ciałem naelektryzowanym.   Po dotknięciu elektrycznie obojętnej kulki A  dodatnio naelektryzowaną kulką B [mającą niedobór elektronów] , następuje przejście części elektronów z kulki A do kulki B i obie kulki stają się naelektryzowane dodatnio. Jeśli kulki są identyczne , to ich ładunki są jednakowe [q1=q2] .   Po dotknięciu elektrycznie obojętnej kulki A ujemnie naelektryzowaną kulką B [mającą nadmiar elektronów] , następuje przejście części elektronów z kulki B do kulki A i obie kulki stają się naelektryzowane ujemnie. Ten sposób stosuje się , gdy chcemy naelektryzować przewodniki.

 

Elektryzowanie – Indukcja [wpływ]

Elektryzowaniem przez wpływ czyli indukcją elektrostatyczną nazywamy zjawisko przemieszczania się ładunku elektrycznego [elektronów, gdyż one mają większą swobodę w strukturze ciał] w obrębie danego ciała pod wpływem innego, naelektryzowanego ciała.    Usunięcie ciała naelektryzowanego spowoduje , ciało elektryzowane wróci do stanu pierwotnego [nie będzie naelektryzowane]. Aby naelektryzować ciało [np. listki i kulkę elektroskopu] trwale, należy w obecności ciała naelektryzowanego umożliwić elektronom przejście do drugiego ciała [np. do ziemi] i "odciąć" im drogę powrotu.

 

Prawo Coulomba

Wszystkie ładunki w przyrodzie są wielokrotnościami ładunku elementarnego. O ciałach , które mają więcej elektronów niż protonów mówimy że są naelektryzowane ujemnie.

Ładunek ciała naelektryzowanego oznaczamy zazwyczaj literą  q  lub  Q . Wartość ładunku zawsze jest wielokrotnością ładunku elementarnego :   q = n e  , gdzie  n  jest wielokrotnością, a  e  ładunkiem elementarnym.

Każde dwa punktowe ładunki lub równomiernie naelektryzowane kulki przyciągają się lub odpychają z siłą wprost proporcjonalną do iloczynu ich wartości a odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi.    

Tę siłę wyrażamy wzorem: , gdzie Q i q oznaczają wartości ładunków, r jest odległością pomiędzy ładunkami, a   k - stałą  Coulomba (stałą elektrostatyczną)  o wartości  równej  około  w próżni i w powietrzu.

Jednostką ładunku w układzie SI jest kulomb [C]. Jest to taki ładunek , który na równy sobie ładunek działa w próżni siłą równą około 9.109 N. Na ładunek o wartości  1C składa się 6,25.1018 ładunków elementarnych. 

 

Pole elektryczne

Jest to przestrzeń , w której na umieszczone ładunki działają siły elektryczne.  Linie, wzdłuż których działają siły , są nazywane liniami pola i ich przebieg stanowi obraz pola. Nadajemy im zwroty zgodne ze zwrotami sił. Źródłami pól elektrostatycznych są wszystkie ładunki i ciała naelektryzowane. Pola pochodzące od kilku źródeł nakładają się na siebie i z tego powodu obrazy źródeł mogą być różne.

Ładunek wprowadzony na przewodnik gromadzi się na jego powierzchni. Rozmieszczenie ładunku na powierzchni przewodnika jest równomierne , jeśli przewodnik ma kształt kuli. Na innych powierzchniach rozkład ładunku nie jest równomierny. Najwięcej ładunku gromadzi się na najbardziej zakrzywionych częściach przewodnika np. na ostrzach

Klatka Faradaya

Nadmierne ładunki elektryczne powodują elektryzowanie tylko zewnętrznej powierzchni przewodnika.

Metalowy pojemnik lub suatkę chroniące przed wyładowaniem elektrycznym nazywamy Klatką Faradaya.

 

Kondensator

Kondensator jest urządzeniem, którze może przechowywać ładunki elektryczne.

Jeśli ciało o pewnym ładunku elektrycznym ma inną energię elektryczną w punkcie A niż  w punkcie B, to mówimy, że między tymi punktami występuje napięcie elektryczne.

W elektronice kondensator oznaczany jest symbolem:

 

Napięcie Prądu ElektrycznegoU=Wq[V]A   /   U=E/q Wyjaśnienie symboli:U - napięcie prądu elektrycznego [kg⋅m2s2A⋅s=JC=V]W - praca [kg⋅m2s2=J]q - przepływający ładunek [A⋅s=C]

E – energia

 

 

Elektryzowanie – Indukcja [wpływ]

Elektryzowaniem przez wpływ czyli indukcją elektrostatyczną nazywamy zjawisko przemieszczania się ładunku elektrycznego [elektronów, gdyż one mają większą swobodę w strukturze ciał] w obrębie danego ciała pod wpływem innego, naelektryzowanego ciała.    Usunięcie ciała naelektryzowanego spowoduje , ciało elektryzowane wróci do stanu pierwotnego [nie będzie naelektryzowane]. Aby naelektryzować ciało [np. listki i kulkę elektroskopu] trwale, należy w obecności ciała naelektryzowanego umożliwić elektronom przejście do drugiego ciała [np. do ziemi] i "odciąć" im drogę powrotu.

- piec indukcyjny - kuchenka indukcyjna - bramki na lotnisku

Prawo Coulomba Siła F oddziaływania dwóch ładunków punktowych q1 i q2 jest wprost proporcjonalna do wielkości każdego z ładunków  oraz odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi r.

 

Pole Jednorodne

Pole jednorodne – pole fizyczne, w którego wszystkich punktach natężenie pola jest takie samo, czyli ma stałą wartość, kierunek i zwrot. Linie sił w takim polu są prostymi równoległymi.