Električni naboj i elektroskop

Električni naboj

Električni naboj je jedno od temeljnih svojstava kojima opisujemo čestice i označavamo ga slovom \(Q\) (ili \(q\)), a mjerna jedinica za naboj je kulon [C]. Čestice mogu biti nabijene (negativno ili pozitivno) i neutralne (\(Q_{uk} = 0\)). Elektroni su nositelji negativnog naboja, a protoni pozitivnog. Čestice koje su nabijene pozitivno imaju manjak elektrona, a čestice negativnog naboja imaju višak elektrona u odnosu na broj protona. Elementarni naboj definiramo kao naboj jednog elektrona (ili protona) i on iznosi:

Elektron i proton, po iznosu, imaju jednak naboj, ali su im mase različite. Masa elektrona je \(m_e = 9.11 \cdot 10^{-31} \mathrm{kg} \), a masa protona je \(m_p = 1,67 \cdot 10^{-27} \mathrm{kg} \).

Ukupni naboj nekoga tijela jednak je razlici broja protona i elektrona pomnoženoj s elementarnim nabojem:

Zakon očuvanja naboja

Ukupni naboj u izoliranom sustavu je očuvan i dodirom dvaju tijela prelazi s jednog tijela na drugo sve dok se naboji na tim tijelima ne izjednače. Tijelo koje je početno negativnije nabijeno predaje elektrone pozitivnijem tijelu. Elektroni su jedini nositelji naboja koji prelaze s tijela na tijelo u kontaktu.

U sustavu 3 kugle u početnom je trenutku samo kugla 1 nabijena nabojem Q. Najprije se dotaknu kugla 1 i 2 pri čemu se naboj raspodjeli tako da je na svakoj kugli jednak i iznosi Q/2. Zatim se dotaknu kugla 1 i 3 što rezultira ponovnom podjelom naboja između te dvije kugle. Konačni naboji na kuglama 1 i 3 iznose Q/4, a s obzirom na to da u drugom dodiru nije sudjelovala kugla 2, njen je konačni naboj Q/2.

Elektroskop

Uređaj kojim detektiramo i određujemo naboj neke tvari zovemo elektroskop. On se sastoji od metalne šipke na čijem je jednom kraju kugla ili pločica (na vrhu), a na drugom dva tanka metalna listića (na dnu) i metalnog kućišta koje je od šipke odvojeno izolatorom. Električni se naboji prenose metalnom šipkom do listića što rezultira razdvajanjem tih listića.

Kada nabijenim štapom dotaknemo vrh elektroskopa elektroni prelaze s negativnijeg na manje negativno tijelo čime i elektroskop postaje nabijen određenom količinom naboja. Višak ili manjak elektrona osjeti se i u listićima elektroskopa koji postaju istoimeno nabijeni (oba + ili oba -) što rezultira njihovim odbijanjem. Što je veća količina naboja dovedena do listića to će se oni više razdvojiti. Elektroskop možemo najjednostavnije izbiti (učiniti neutralnim) pritiskom ruke na kuglu elektroskopa.

Električna influencija

Pojava pri kojoj se električni naboji u neutralnom tijelu preraspodjele pod utjecajem vanjskog električki nabijenog tijela zove se električna influencija. Za električnu influenciju nije potreban dodir tijela različitih naboja već samo prisutnost nabijenog tijela.

Kada neutralnom tijelu približimo nabijeni štap, naboji unutar neutralnog tijela osjete prisutnost vanjskog naboja. Ako je štap nabijen pozitivno, elektroni unutar neutralnog tijela će se primaknuti bliže štapu, a ako je nabijen negativno elektroni će "pobjeći" što dalje od štapa pa će ostati višak pozitivnih naboja u blizini štapa. Rezultat toga je međusobno privlačenje neutralnog tijela i nabijenog štapa što je posljedica električne influencije.

Električna influencija i elektroskop

Električnu influenciju možemo uočiti i približavanjem štapa nabijenim tijelima, primjerice elektroskopu.