Električni naboj in električna sila
Izkušnje
Balon, ki ga podrgneš ob pulover, se ti »prilepi« na lase. Curek vode spremeni smer, ko mu približaš naelektreno ravnilo, koščki papirja pa se ravnila oprimejo.
Včasih med slačenjem sintetičnega puloverja slišimo prasketanje, v temi pa lahko opazimo celo iskrice. V suhem ozračju se tanki čisti lasje med česanjem nagajivo dvigajo za glavnikom.
Zastavitev problema
Ali se ti je že kdaj pripetilo, da te je »stresla elektrika«, ko si izstopil iz avtomobila in zaprl vrata? Kaj je vzrok za nastanek tega pojava?
Električni naboj
Potrebna znanja
Atomi in molekule so električno nevtralni delci. Atom vsakega elementa ima točno določeno število pozitivno naelektrenih delcev – protonov v jedru in enako število negativno naelektrenih delcev – elektronov v elektronski ovojnici. Vsi naelektreni delci v atomu imajo po absolutni vrednosti enak električni naboj. Imenujemo ga osnovni električni naboj in označimo e0.
e0 = 1,6 · 10–19 As (izg. ampersekunde) Naboj protona označimo +e0, elektrona pa –e0.
Atomi so električno nevtralni. Lahko pa ob reakciji ali trkih z drugimi atomi oddajo ali sprejmejo enega ali več elektronov. Postanejo naelektreni. Take atome imenujemo ioni.
Telesa se naelektrijo, ko ob tesnem stiku ostane na enem telesu višek elektronov, na drugem pa primanjkljaj. Tako se naelektrijo lasje, glavnik, balon, ravnilo in druga telesa. Da so telesa naelektrena, se prepričamo z elektroskopom.
Naredimo poskus s palico iz umetne mase in volneno krpo. Palica in krpa sta električno nevtralni. O tem se prepričamo z elektroskopom. Ko se s palico in nato s krpo dotaknemo plošče ali krogle elektroskopa, kazalec ne reagira.
Palico podrgnimo s krpo in se z njo ponovno dotaknimo krogle elektroskopa. Kazalec se odkloni. Elektroskopa se dotaknimo še z delom krpe, ki je bil v tesnem dotiku s palico. Odklonjeni kazalec se vrne v ničelno lego.
Kako razložimo prikazani pojav?
Krpa in palica sta pred drgnjenjem električno nevtralni. Število pozitivnih nabojev je enako številu negativnih. Med drgnjenjem smo nekaj negativnega naboja prenesli s krpe na palico. Na palici je zato več negativnega naboja, na krpi pa več pozitivnega.
Ob dotiku palice in elektroskopa je višek negativnega naboja prešel s palice na elektroskop, ta se je naelektril. Krpi je prav toliko negativnega naboja primanjkovalo, zato je lahko negativni naboj prešel z elektroskopa na krpo. Elektroskop se je razelektril.
Vsako naelektreno telo ima lahko na površju le višek ali primanjkljaj elektronov. Telo, na katero elektrone prenesemo, naelektrimo negativno. Telo, s katerega elektrone odnesemo, naelektrimo pozitivno. Naboj na telesu je enak celemu večkratniku osnovnega naboja, e = N · e0.
Telesi imata po tesnem dotiku nasprotni naboj. Palica iz umetne mase, ki jo podrgnemo z volneno krpo, se naelektri negativno, krpa pa pozitivno. Steklena palica se pri drgnjenju s svilo naelektri pozitivno, svila pa negativno.
Višek negativnega in pozitivnega naboja je po drgnjenju na obeh telesih enak.
Poskusi s palicami iz umetne mase in stekla so pokazali, da se telesi, naelektreni z istovrstnim nabojem, odbijata, med njima deluje električna odbojna sila. Telesi, naelektreni z raznovrstnim nabojem, se privlačita. Med njima deluje električna privlačna sila. Električna sila je večja, če je razdalja med telesoma manjša in če sta telesi bolj naelektreni. Električna sila deluje na daljavo in je prostorsko porazdeljena.