ELEKTRICKÝ NÁBOJ
Všechny látky v sobě obsahují elementární kladné a záporné elektrické náboje. Pokud jsou tyto náboje v
rovnováze, neprojevují se navenek. Dojde-li k porušení této rovnováhy, vzniká
energetické pole, které se projevuje silovými účinky. Při pohybech elektrických
nábojů dochází k energetickým projevům, které jsou využívány všude kolem nás.
Téměř všechna technická zařízení pracují na základě působení elektrického proudu.
Člověk se od pradávna setkával s různými projevy živé i neživé přírody,
které si neuměl uspokojivě vysvětlit. Jeho snahy o pochopení některých jevů se
někdy ubíraly správným směrem a poznatky pak byly v průběhu času vylepšovány,
někdy však byly již první úvahy zcela mylné a bylo třeba je změnit od základů.
To se týká i poznávání elektrických vlastností a projevů hmoty.
Dnes víme, že elektrické náboje jsou obsaženy v částicích, z kterých se
skládají atomy, stavební kameny všech látek.
Každý atom má jádro a obal. Jádro je
složeno z protonů a neutronů, obal z elektronů. Nositeli elektrických
nábojů jsou protony a elektrony, neutrony jsou elektricky neutrální
(odtud i jejich název). Vědci se dohodli, že elektrický náboj obsažený v protonu
budeme označovat jako kladný a náboj obsažený v elektronu jako záporný.
K tomu je třeba dodat, že velikost elektrického náboje protonu a elektronu se liší
pouze polaritou, která se označuje znaménkem + nebo -. Hodnota elektrického
náboje atomu představuje vždy součet těchto základních nábojů.
 |
|
Polarizovaný nevodič |
Z hlediska elektrického náboje nás zajímá množství protonů a elektronů ve
zkoumané látce. Jestliže je v jednotlivých atomech stejný počet elektronů a
protonů, jsou tyto atomy elektricky neutrální, elektrický náboj se do okolního
prostředí nijak neprojevuje. Totéž pak platí i pro zkoumanou látku. Jestliže je v
atomech menší počet elektronů než protonů, je atom, a tedy i zkoumaná látka, nabit
elektricky kladně. Může také nastat situace, kdy součet protonů a elektronů v
atomech je shodný, ale ve zkoumané látce jsou navíc volné elektrony. Potom je látka
nabita záporně. Látky, jejichž atomy se snadno zbavují elektronů, se nazývají
elektricky vodivé, vodiče. To
jsou například kovy. Látky, které jsou z tohoto pohledu stabilní, jsou elektricky
nevodivé, jsou to tzv. nevodiče. Příkladem je sklo, síra, ebonit,
jantar.
PRVNÍ POZOROVÁNÍ PROJEVŮ ELEKTŘINY
V 6. století př. Kr. popsal řecký filosof Thales Milétský podivuhodný jev
týkající se jantaru, který byl tehdy používán při předení lnu. Jantar byl náhle
schopen přitahovat k sobě drobná tělíska. A naopak vlákna lnu se začala vzájemně
odpuzovat. K tomuto jevu se v 2. polovině 16. století vrátil lékař anglické
královny, fyzik William Gilbert. Prováděl
pokusy, při kterých zjistil, že i jiné látky získávají třením schopnost
přitahovat drobná tělíska a lehké předměty. Protože se jantar řecky nazývá
elektron, nazval látky, které mají uvedenou schopnost, látkami elektrickými.
Tím je odlišil od látek magnetických, které jsou také schopny
přitahovat některé předměty.
VYSVĚTLENÍ POZOROVANÉHO JEVU
Nyní se dostáváme k otázce, co se vlastně z fyzikálního hlediska při předení
lnu dělo.
Jestliže o sebe třeme předměty, z nichž jeden je z elektricky vodivé látky a druhý
z nevodivé, pak třením dochází k uvolňování elektronů z atomů elektricky vodivé
látky. Tyto elektrony přecházejí do meziatomového prostoru látky elektricky
nevodivé. Při oddálení obou předmětů je pak v nevodiči více elektronů, nosičů
záporného náboje, než protonů a látka je nabita záporně.
Vodivá látka část svých elektronů předala nevodiči, a proto je v ní v tomto
okamžiku více kladně nabitých částic, protonů. Látka je nabita kladně.
|
 |
|
Elektrická indukce |
Charakteristickou vlastností elektricky nabitých látek je skutečnost, že látky
nabité stejným nábojem se odpuzují a látky nabité opačnými
náboji se přitahují. Při dotyku (kontaktu) těchto látek se náboje
vyrovnají, což ve skutečnosti znamená, že část elektronů se přemístí ze
záporně nabitého tělesa do tělesa nabitého kladně. Potom se začnou obě tělesa
odpuzovat.
Uvedený příklad ze starověkého Řecka lze tedy vysvětlit tak, že se při předení
třela vlákna lnu o jantarový nástroj. Ze lnu se přemístilo určité množství
elektronů do jantaru a jantar se tak stal elektricky nabitým. Protože v něm bylo více
elektronů než protonů, byl nabit záporně. Ve lnu naopak bylo více protonů než
elektronů, a tak byl nabit kladně.
Takový elektrický náboj, který je tvořen nadbytkem nebo nedostatkem elektronů v
tělese, nazýváme statická elektřina.
Ještě je třeba vysvětlit, proč může elektricky nabitá látka přitahovat
elektricky nenabité a nevodivé předměty, v nichž nedochází k přemisťování
elektronů z atomů do meziatomového prostoru nebo do okolí. Je to proto, že k
přemisťování elektricky nabitých částic zde dochází v molekulách. Tomuto jevu se
říká polarizace.
NÁBOJ V TĚLESE
Elektrony se mohou přemisťovat nejen mezi různými látkami, ale
mohou se pohybovat i uvnitř jednoho předmětu. Jestliže je v tělese například více
elektronů než protonů, dojde k následujícímu jevu: tyto volné elektrony (volné zde
znamená, že nejsou součástí atomů zkoumané látky) se vzájemně odpuzují, až se
vytlačí na okraj předmětu, kde se rozmístí stejnoměrně po jeho povrchu.
K přemístění elektrických nábojů ve
vodivém tělese dojde také tehdy, jestliže do jeho blízkosti umístíme jiné
elektricky nabité těleso. Na povrchu, který je přivrácen k elektricky nabitému
tělesu, se soustředí opačný náboj a na povrchu odvráceném od nabitého tělesa
náboj s ním shodný. Obě tělesa se pak přitahují.
Pohyb elektrických nábojů můžeme také vyvolat napojením vodiče na zdroj elektrického proudu. Spojíme-li například
železný drát na jednom konci s kladným pólem a na druhém konci se záporným pólem
baterie, dojde k pohybu elektronů v drátu ve směru od záporného ke kladnému pólu. Elektrony
jsou tedy nosiči elektrického proudu.
|