2. razred - Fizika

Uzajamno delovanje naelektrisanih tela

Svaki atom sastoji se od jezgra i omotača. Atomsko jezgro ima složenu strukturu. Ono sadrži dve vrste čestica - pozitivno naelektrisane protone i neutralne neutrone. Omotač čine negativno naelektrisani elektroni, koji kruže oko jezgra.

Količine naelektrisanja elektrona i protona su jednake, ali suprotnog predznaka. Ukoliko je broj protona veći od broja elektrona, telo će biti pozitivno naelektrisano. A ako ima više elektrona, telo će biti negativno naelektrisano.

U čvrstim telima (pogotovo u metalima) uvek postoje takozvani slobodni elektroni. Najčešće se od jezgra oslobađaju elektroni u spoljnim slojevima, pošto na njih najslabije deluju privlačne sile jezgra. Naelektrisanje tela se može postići dodirom ili trljanjem. Na ovaj način slobodni elektroni prelaze sa jednog tela na drugo. Koje će telo predati a koje telo će primiti elektrone, zavisi od strukture tela.

Količina naelektrisanja

Količina naelektrisanja je broj viška ili manjka elektrona u nekom telu, u odnosu na stanje neutralnog naelektrisanja kada je broj elektrona i protona jednak. Stoga je količina naelektrisanja kvantitativna mera za naelektrisanje tela, i računa se kao proizvod elementarnog naelektrisanja i celog broja:

Pri čemu je:

• q - količina naelektrisanja [C],
• n - broj elektrona,
• e - elementarna količina naelektrisanja [C].

Jedinica za količinu naelektrisanja je kulon (C) i iznosi 1C = 6,24*10¹⁸e odakle sledi da je elementarna količina naelektrisanja: e = 1,620 * 10^-19 C

Električna sila. Kulonov zakon

Šarl Kulon je bio francuski fizičar i vojni inženjer. Na osnovu eksperimenta, preciznim merenjem pomoću svoje torzione vage, ustanovio je osnovni zakon elektrostatike (1775), nazvan Kulonov zakon. U Kulonovu čast nazvana je jedinica količine naelektrisanja kulon (C).

Intenzitet sile između dva naelektrisana tačkasta tela u vakuumu srazmeran je proizvodu njihovih količina naelektrisanja, a obrnuto srazmeran kvadratu međusobnog rastojanja:

Pri čemu je:

• ε₀ – dielektrična propustljivost vakuuma, čija je vrednost ε₀ = 8,85*10^-12 C²/Nm²
• q₁ i q₂ - količine naelektrisanja datih tela
• r - rastojanje između naelektrisanih čestica.

Sila je privlačna ako su naelektrisanja tela (čestica) raznoimena (jedno pozitivno, a drugo negativno) i odbojna ako su naelektrisanja istoimena (oba pozitivna ili oba negativna).

Za razliku od gravitacionih sila, električne sile jako zavise i od svojstva sredine u kojoj se nalaze naelektrisana tela. Relativna permitivnost ili relativna dielektrična propustljivost ε je neimenovan broj koji pokazuje koliko puta data sredina oslabljuje električne sile u toj sredini odnosu na vakuum i karakteristika je vrste supstance.

ε = ε₀ * ε_r

Električno polje

Kako svako telo okružuje gravitaciono polje, tako i naelektrisana tela u mirovanju okružuje električno (elektrostatičko) polje. Električno polje prenosi silu na naelektrisano telo ukoliko se ono nađe u blizini tela koje predstavlja "izvor" električnog polja. Električna sila može biti pozitivna ili negativna.

Električno polje kao i gravitaciono polje ispunjava prostor u okolini naelektrisanog tela. Kod električnog polja količina naelektrisanja je ključna veličina, dok je kod gravitacionog polja masa.

Za prikaz električnog polja se upotrebljavaju linije sila. Linije sila po konvenciji (dogovoru) kreću od pozitivnog naelektrisanja i završavaju se u negativnom naelektrisanju.

Električno polje karakterišu: jačina električnog polja, potencijal električnog polja i odgovarajuća energija.

Jačina električnog polja

Jačina električnog polja je fizička veličina koja je brojno jednaka količniku električne sile i količine naelektrisanja tačkastog naelektrisanja. Jačina električnog polja je vektorska veličina.

Intenzitet električnog polja je jednak:

Potencijalna energija električnog polja i električni potencijal

Električna potencijalna energija zavisi od sredine u kojoj se naelektrisana tela nalaze. Srazmerna je količinama naelektisanja tih tela, a opada povećanjem rastojanja između njih.

Rad električnog polja i elekrični napon

Ukoliko dođe do pomeranja naelektrisanja q pod dejstvom sile električnog polja iz jednog u drugi položaj onda se pri tome vrši određeni rad.

Električni potencijal električnog polja tela naelektrisanog količinom naelektrisanja "Q" u tački "r" u vakuumu je:

Električni potencijal se obeležava malim Grčkim slovom φ (fi).

Jedinica električnog potencijala je volt 1V = 1J/1C.

Električni napon između dve tačke električnog polja je jednak razlici potencijala te dve tačke.

U = φ₂ - φ₁

Takođe, električni napon između dve tačke električnog polja brojno je jednak radu tog polja na premeštanju probne količine pozitivnog naelektrisanja iz jedne tačke u drugu.