Elektrostatika

Električne pojave otkrili su jošstari Grci. Tales iz Mileta je primijetio naelektrisanje ćilibara koji se na grčkom zove elektron, i otuda potiče naziv elektricitet. Od ovog saznanja se nije mnogo odmaklo skoro dva sljedeća milenija, sve dok britanski prirodnjak Vilijam Gilbert (1544-1603) nije ponovno počeo proučavati elektricitet. U njegovoj knjizi “Corpora Electrica” (lat. tijela slična ćilibaru), se navodi da postoji još mnogo tijela koja imaju slične osobine. Bendžamin Franklin je prvi otkrio da postoje dvije vrste elektriciteta i uveo pojam električnog naboja. Sto godina kasnije, gradonačelnik Maldburna (u Njemačkoj), Otto von Guericke, otkrio je da naelektrisana tijela djeluju jedno na drugo ne samo privlačnom silom, već i odbojnom. Fizičar Charles A. Coulombs (1736-1806), otkrio je i formulisao zakon o međudjelovanju naelektrisanih tijela.

Električne pojave

Često primjetimo da se kosa  prilikom češljanja podiže. Kada skidamo odjevne predmete od vune možemo čuti pucketanje. Ako vunenom tkaninom trljamo lenjir ili neki drugi plastični predmet primjećujemo da on privlači papiriće. Ovakve pojave zovemo električnim pojavama.

Primjer 1: Možemo izvesti jednostavan ogled sa češljem: kada ga trenjem naelektrišemo vidjet ćemo kako privlači sitne komadiće papira. Slika ispod pokazuje kako se ćilibar naelektriše i privlači perje, isto se dešava i sa plastičnom šipkom. Mlaz vode se odbija kada mu primaknemo šipku koju smo predhodno protrljali.

Trenjem pomoću svilene tkanine može se naelektrisati staklena šipka, dok se plastična šipka naelektriše trenjem o vunenu tkaninu  Obje šipke privlače sitne komadiće papira, ali ako dvije nalektrisane staklene šipke primaknemo jednu drugoj, one će se odbijati. Isto će se desiti sa plastičnim (polivinilskim) šipkama. Kad plastičnu i staklenu šipku primaknemo jednu drugoj one će se međusobno privlačiti. U ovom slučaju staklena šipka se naelektriše pozitivno, a plastična šipka negativno.

Na osnovu ogleda možemo zaključiti da se tijela odbijaju ako su naelektrisana istom vrstom elektriciteta (oba negativno ili oba pozitivno), a privlače ako su naelektrisana različitim vrstama elektriciteta.

Naelektrisanje je svojstvo tijela koje potiče od njegove osnovne gradivne jedinice, atoma. Atom se sastoji od jezgra i omotača. U jezgru se nalaze protoni i neutroni, a oko jezgra velikom brzinom kruće elektroni.

Protoni i elektroni razlikuju se po masi,ali imaju istu količinu naelektrisanja, suprotnog predznaka. U normalnom stanju atom je električki neutralan jer ima isti broj protona i elektrona. Kada trljamo neki predmet, vanjski elektroni napuštaju atom tako da on tada ima viška pozitivno naelektrisanih protona, pa je pozitvno naelektrisan, a onaj atom koji primi elektrone postaje negativno naelektrisan. Na vidimo neutralan atom gdje je količina
negativnog i poztivnog naboja u ravnoteži.

Strelica pokazuje atom (zeleno obojen) kojeg je napustio elektron i postao pozitivan jon.

Elektroni su, dakle, nosioci elektriciteta. Pojavu smanjivanja ili povećavanja broja elektrona u nekom tijelu zovemo naelektrisavanje tijela. Atom kojeg napusti elektron postaje pozitivan jon, dok atom koji primi elektron postaje negativan jon.

Količina naboja

Električni naboj je osnovno svojstvo naelektrisanih čestica. Veličina koja karakteriše mjeru naelektrisanih tijela zove se količina naboja ili elektriciteta,  jednaka je proizvodu broja čestica i elementarnog naboja.

Proton i elektron se razlikuju po masi. Masa protona je skoro 2000 puta veća od mase elektrona, ali imaju  istu količinu naboja i proton i elektron. Njihov naboj je suprotnog predznaka. Proton je naelektrisan pozitvnom a elektron negativnom količinom naboja.

U prirodi ne postoji manji naboj od ovog naboja koji imaju proton i elektron. On se naziva elementarni naboj.

Elementarni naboj iznosi 1e = 1,6 .10-19 C.

Količina naboja kao veličina ima oznaku q, a njena mjerna jedinica u SI je 1 kulon, i kao mjerna jedinica označava se sa C.

Količina naboja ili elektriciteta, jednaka je proizvodu broja čestica i elementarnog naboja.

Na taj način možemo izračunati koliko naelektrisanih čestica je potrebno da bi tijelo imalo
naboj od jednog kulona:

Primjer: Kada protrljamo tijelo krznom na njega pređe elektrona. Kolikom količinom elektriciteta se tijelo naelektrisalo u tom slučaju?

Eksperiment: Čarobne zeke

Potrebno je da napravite male papirnate zeke. Postavite dvije velike knjige malo udaljene jednu od druge, pokrit ih staklenom pločom da izgleda kao most. Kad izrežete zeke od papira, stavite ih ispod stakla. Uzmite svilenu krpu i prije nego protrljate staklo, izgovorite nekoliko čarobnih riječi da bi učenicima bilo zanimljivije.

Objašnjenje: Kada trljate staklenu ploču svilenom krpom, ona se naelektriše statičkim eletkricitetom, tako da počne privlačiti komadiće papira, ali pri dodiru sa staklom zeke gube naboj pa padaju na tlo. Daljim trljanjem postupak se ponavlja, tako da izgleda kao da zeke neprestano skakuću.

Probajte ponovo, ali bez čarobnih riječi!