+ Pokaż spis treści

Ładunki elektryczne

Cząstki wchodzące w skład atomu


Cała materia składa się z elementarnych składników nie działających na siebie siłami, które można nazwać siłami elektrycznymi. Te składniki, to atomy.
Doświadczenia wykazały, że atomy składają się z mniejszych cząstek. Są nimi jądra atomowe stanowiące skupiska protonów oraz neutronów i krążących wokół nich elektronów.
 
Neutrony są cząstkami elektrycznie obojętnymi, protony są obarczone ładunkiem dodatnim a elektrony ładunkiem ujemnym.
Całą materię możemy więc traktować jak układ cząstek elementarnych: dodatnich, ujemnych i elektrycznie obojętnych. 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. Takie ciała uważa się za nie naelektryzowane [nienaładowane]. Ciała, które mają mniej protonów niż elektronów są naelektryzowane ujemnie. Ciała, które mają więcej protonów niż elektronów, sąnaelektryzowane dodatnio

Ładunek elementarny


Najmniejsze, wyznaczone doświadczalnie ładunki elektryczne posiadają elektrony i protony. Ładunek elektronu jest ujemny a protonu dodatni.
Wartość bezwzględna ładunku elektronu i protonu jest taka sama i nosi nazwę ładunku elementarnego :    e =1,6.10-19 C. 
Ładunki elektronu i protonu znoszą się wzajemnie , więc ciała zawierające równe liczby elektronów i protonów są elektrycznie obojętne. Ładunek ciała naelektryzowanego jest zawsze wielokrotnością ładunku elementarnego.

Oddziaływanie ładunków - prawo Coulomba


Wszystkie ładunki w przyrodzie są wielokrotnościami ładunku elementarnego. O ciałach , które mają więcej elektronów niż protonów mówimy że są naelektryzowane ujemnie. Ciała mające mniej elektronów niż protonów są naelektryzowane dodatnio. Ładunek ciała naelektryzowanego oznaczamy zazwyczaj literą   lub  Q . Wartość ładunku zawsze jest wielokrotnością ładunku elementarnego :   q = n e  , gdzie  n  jest wielokrotnością, a  e  ładunkiem elementarnym.
 
Ciała naelektryzowane nie są dla siebie obojętne ,działają na siebie siłami [elektrycznymi] przyciągania lub odpychania w zależności od tego czy ładunki tych ciał są jednoimienne , czy różnoimienne.
 
Wartość siły oddziaływania elektrycznego określa prawo sformułowane przez Coulomba.

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.
W innych ośrodkach wartość stałej k wynosi: a  Er jest przenikalnością elektryczną w próżni  o wartości  8,85 . 10 -12  i  Er jest względną przenikalnością elektryczną (stałą dielektryczną) ośrodka, w którym ładunki na siebie działają [np. w cieczy , dla której stała dielektryczna wynosi 2 , wartość stałej k maleje dwa razy , zatem siła oddziaływania maleje też dwa razy] . Dla powietrza  Er = 1 .
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. 
 
Ładunki jednoimienne (mające te same znaki ) zawsze się odpychają , a różnoimienne ( mające przeciwne znaki ) przyciągają się.