Elektrický náboj a elektrické pole Nezačaté

0. Kľúčové fakty

1. Elektrický náboj — Je základná vlastnosť častíc látky, ktorá spôsobuje elektrické silové pôsobenie. Existuje v dvoch druhoch — kladný a záporný — a práve preto sa telesá môžu navzájom priťahovať alebo odpudzovať. Bez náboja by neexistovala elektrina ani väčšina javov okolo nás.

2. Kladný a záporný náboj — Dohodou označujeme náboj protónu ako kladný (+) a náboj elektrónu ako záporný (−). Tieto dva druhy sú rovnako veľké, len opačného znamienka, takže sa v neutrálnom telese navzájom rušia. Toto rozlíšenie zaviedol už Benjamin Franklin v 18. storočí.

3. Stavba atómu — Atóm sa skladá z jadra (protóny + neutróny) a obalu, v ktorom sa pohybujú elektróny. Protóny majú kladný náboj, neutróny sú bez náboja a elektróny majú záporný náboj. Pochopenie stavby atómu je kľúčové, lebo všetky elektrické javy vznikajú práve presunom elektrónov.

4. Neutrálne teleso — Teleso je elektricky neutrálne, keď má rovnaký počet protónov a elektrónov, takže navonok nepôsobí elektrickou silou. Väčšina telies okolo nás je v bežnom stave neutrálna. Až narušenie tejto rovnováhy spôsobí, že sa teleso „naelektrizuje".

5. Elektrovanie (elektrizovanie) telies — Je dej, pri ktorom teleso získa elektrický náboj, najčastejšie trením dvoch telies o seba. Pri trení sa nemenia protóny v jadrách, ale presúvajú sa iba ľahké elektróny z jedného telesa na druhé. Práve preto môže byť jedno teleso kladné a druhé záporné.

6. Elektrovanie trením — Keď trieme napríklad plastové pravítko o vlnenú látku alebo nafúknutý balón o vlasy, časť elektrónov prejde z jedného materiálu na druhý. Teleso, ktoré elektróny získa, sa nabije záporne, a teleso, ktoré ich stratí, sa nabije kladne. Tento jav vysvetľuje praskanie vlasov či prilepenie balóna na stenu.

7. Zákon zachovania náboja — Celkový elektrický náboj sa pri elektrovaní nevytvára ani nezaniká, iba sa premiestňuje z jedného telesa na druhé. Ak jedno teleso získa záporný náboj, druhé získa presne rovnako veľký kladný náboj. Tento zákon patrí medzi základné zákony fyziky.

8. Silové pôsobenie nábojov — Rovnaké náboje (dva kladné alebo dva záporné) sa navzájom odpudzujú, opačné náboje (kladný a záporný) sa priťahujú. Toto pravidlo „rovnaké sa odpudzujú, rozdielne sa priťahujú" je základom všetkých elektrických javov. Sila pôsobí na diaľku, bez priameho dotyku telies.

9. Veľkosť elektrickej sily — Elektrická sila je tým väčšia, čím väčšie sú náboje telies a čím sú telesá bližšie pri sebe. So zväčšujúcou sa vzdialenosťou sila rýchlo klesá. Práve preto pôsobí naelektrizované pravítko na malé papieriky výrazne len z bezprostrednej blízkosti.

10. Elektrické pole — Je priestor okolo každého naelektrizovaného telesa, v ktorom pôsobí elektrická sila na iné náboje. Nevidíme ho, ale prejaví sa tým, že priťahuje alebo odpudzuje náboje vo svojom okolí. Vďaka elektrickému poľu pôsobia náboje na seba aj bez toho, aby sa dotýkali.

11. Siločiary elektrického poľa — Sú myslené čiary, ktorými znázorňujeme smer pôsobenia elektrickej sily v poli. Vychádzajú z kladného náboja a smerujú do záporného, čím nám pomáhajú „vidieť" inak neviditeľné pole. Hustejšie siločiary znamenajú silnejšie pole.

12. Vodiče a izolanty — Vodiče (napríklad kovy) obsahujú voľné elektróny, a preto cez ne náboj ľahko prechádza, kým izolanty (plast, sklo, guma) náboj nevedú a udržia ho na mieste. Preto sa telesá elektrujú najlepšie z izolantov a vodiče sa používajú na vedenie elektrického prúdu. Toto rozdelenie je dôležité pre bezpečnosť aj praktické využitie elektriny.

13. Jednotka náboja a elementárny náboj — Elektrický náboj značíme písmenom Q a jeho jednotkou je 1 coulomb (C), pomenovaný po francúzskom fyzikovi Charlesovi Coulombovi. Najmenší možný náboj je náboj jedného elektrónu, nazývaný elementárny náboj. Každý náboj telesa je vždy násobkom tohto najmenšieho náboja.

1. Poučka

Elektrický náboj je vlastnosť častíc, ktorá spôsobuje, že na seba pôsobia elektrickou silou. Existujú dva druhy náboja: kladný (+) a záporný (−). Rovnaké náboje sa odpudzujú, opačné sa priťahujú. Okolo každého nabitého telesa je elektrické pole — priestor, v ktorom pôsobí elektrická sila. Veľkosť náboja sa značí písmenom Q a meria sa v jednotke coulomb (C).

2. Vysvetlenie

• Každé teleso je zložené z atómov. Atóm má v jadre protóny (+) a okolo neho elektróny (−). Bežne je ich rovnako, preto je teleso neutrálne (navonok bez náboja).
• Elektrovanie = teleso získa náboj. Najčastejšie vtedy, keď z jedného telesa na druhé prejdú elektróny (protóny sa nehýbu, sú pevne v jadre).
• Ak teleso elektróny stratí, má prebytok protónov → je nabité kladne (+). Ak elektróny získa, má ich prebytok → je nabité záporne (−).
• Nabité teleso vytvára okolo seba elektrické pole. Iné nabité teleso v tomto poli cíti silu: rovnaké náboje sa odpudzujú, opačné sa priťahujú.
• Elektróvať možno trením, dotykom a vplyvom poľa (priblížením bez dotyku).

3. Príklady a prečo je to dôležité

Príklad 1 — elektrovanie trením: Potrieš nafúknutý balón o vlasy. Z vlasov pritom prejdú elektróny na balón. Aký náboj má balón a aký vlasy?
Elektróny majú záporný náboj.
Balón elektróny získal, má ich viac ako protónov, prevláda záporný náboj.
Vlasy elektróny stratili, majú viac protónov ako elektrónov, prevláda kladný náboj.
→ balón je nabitý záporne, vlasy kladne

Príklad 2 — silové pôsobenie nábojov: Dva balóny potrieš o ten istý sveter a zavesíš ich vedľa seba na nitky. Čo urobia?
Oba balóny získali zo svetra elektróny, takže oba sú nabité záporne.
Rovnaké náboje sa odpudzujú.
→ balóny sa od seba odtlačia (odpudzujú sa)

Príklad 3 — náboj z počtu častíc: Zjednodušené teleso obsahuje 20 protónov a 23 elektrónov. Je nabité? Akým nábojom?
Každý protón prispieva kladným nábojom (+), každý elektrón záporným (−).
Porovnáme počty: 23 elektrónov − 20 protónov = 3 elektróny navyše
Elektrónov je viac, prevláda záporný náboj.
→ teleso je nabité záporne, má 3 elektróny navyše

Príklad 4 — zákon zachovania náboja: Plastové pravítko pri trení o vlnenú látku získalo 1000 elektrónov. Čo sa stalo s látkou?
Náboj pri elektrovaní nevzniká ani nezaniká, iba sa presúva.
Elektróny, ktoré pravítko získalo, musela látka stratiť.
→ látka je nabitá kladne, chýba jej presne 1000 elektrónov

Príklad 5 — značka a jednotka náboja: Ako zapíšeš, že teleso má elektrický náboj dva coulomby?
Elektrický náboj značíme písmenom Q, jednotkou je coulomb so značkou C.
Q = 2 C

Príklad 6 — hrebeň a prúd vody (prax): Učešeš si suché vlasy plastovým hrebeňom a priblížiš ho k tenkému prúdu vody z kohútika. Čo uvidíš a prečo?
Hrebeň sa trením o vlasy naelektrizoval.
Nabitý hrebeň priťahuje bližšie k sebe opačne nabité časti molekúl vody.
Príťažlivá sila je väčšia ako odpudivá, lebo opačne nabité časti sú bližšie.
→ prúd vody sa ohne smerom k hrebeňu

Príklad 7 — iskra pri kľučke (prax): Prejdeš sa v ponožkách po koberci a chytíš kovovú kľučku. Prečo to „štípne"?
Trením o koberec si sa naelektrizoval a nahromadil si náboj.
Kovová kľučka je vodič, preto ním náboj naraz prejde.
Náhly prechod náboja vzduchom vidíme a cítime ako malú iskru.
→ nahromadený náboj sa naraz vybije cez vodič a vznikne iskra

Prečo je to dôležité: Elektrický náboj je základ celej elektriny — bez pohybu nábojov by nefungovala žiadna zásuvka, baterka, mobil ani počítač. Pochopenie náboja vysvetľuje aj prírodné javy (blesk) a chráni nás aj prístroje pred poškodením.

Precvič si

1. Sklenená tyč pri trení o hodvábnu látku stratí elektróny. Ako je nabitá?
2. Dve telesá sú nabité kladne. Priťahujú sa, alebo odpudzujú?
3. Teleso má 15 protónov a 12 elektrónov. Aký má náboj a koľko elektrónov mu chýba alebo má navyše?
4. Záporne nabitý balón priblížiš k inému balónu a ten sa od neho odtláča. Aký náboj má druhý balón?
5. Prečo kovová lyžica, ktorú držíš v ruke, náboj neudrží, ale plastové pravítko áno?
6. Pri trení pravítka o vlnu prešlo z vlny na pravítko 5000 elektrónov. Ako je nabité pravítko, ako vlna a o koľko elektrónov má vlna menej, než mala?