Elektrostatika -međudjelovanje naelektriziranih tijela u mirovanju

Naučni razvoj u oblasti električnih pojava započinje tek 1600. godine. Jedno poglavlje knjige “De magnete”, engleskog liječnika W. Gilberta posvećeno je rezultatima eksperimentalnog izučavanja pojava koje izazivaju protrljani ćilibar i niz drugih čvrstih tvari, da trenjem stiču svojstva privlačenja sitnih predmeta.  Gilbert je prema grčkom nazvu za ćilibar stvorio riječ electrilcitas, iz koje je nastala riječ elektricitet, kao naziv za agens uzrok električnih pojava.

Papirne trakice privučene od strane naelektrisanog CD-a
 

Elektrostatika je grana fizike koja se bavi pojavama i svojstvima stacionarnih ili sporih električnih naboja bez ubrzanja.

Iz klasične fizike, poznato je da neki materijali kao što je ćilibar privlače lagane čestice nakon trljanja. Grčka riječ za ćilibar, (grč. ήλεκτρον, electron), je izvor riječi “elektricitet”. Elektrostatičke pojave proizilaze iz sila kojim električni naboji međudjeluju jedni sa drugima. Takve sile su opisane Coulombovim zakonom. Iako se elektrostatički indukovane sile čine prlično slabim, elektrostatička sila između npr. jednog elektrona i protona, koji zajedno čine atom vodika, je oko 36 redova veličine jača od gravitacione sile koja djeluje među njima.

Postoje mnogi primjeri elektrostatičkih pojava, od onih jednostavnih kao što je privlačenje plastične folije i vaše ruke kada je izvadite iz kutije, privlačenje papira i naelektrisanih objekata, pa do naizgled spontane eksplozije silosa, oštećenje elektronskih komponenti tokom procesa proizvodnje, kao i rad fotokopir aparata. Elektrostatika uključuje i nagomilavanje naboja na površi predmeta kao posljedica kontakta sa drugim površima. Iako se razmjena naelektrisanja dešava kad god su bilo koje dvije površine u kontaktu ili odvojene, efekti razmjene naelektrisanja obično su primjetni kada barem jedna od površi ima visok otpor električnom protoku. To je zato što naboji koji prenose u ili iz veoma otporne površine su više ili manje zarobljeni tamo dovoljno dugo vremena da bi se njihovo dejstvo moglo promatrati. Ovi naboji tada ostaju na objektu dok oni ili nestanu u tlo ili su brzo neutralizovani od strane pražnjenja: npr., poznata pojava statičkog ‘šoka’ je uzrokovana neutralizacijom naelektrisanja nagomilanih u tijelu iz kontakta sa izoliranim površinama.

Dio nauke o elektricitetu koji proučava djelovanje sila između naelektrisanja u mirovanju i uvjete ravnoteže pod djelovanjem tih sila naziva se elektrostatika. 




Elektrostatičke pojave

Ako se loptici od zovine srži obješenoj o tanak konac približi stakleni štap koji se prethodno protrlja amalgamiranom kožom on će je privući i odmah poslije dodira odbiti. Odbijanje loptice pokazuje da štap trajno djeluje na lopticu nekom silom koja je posljedica trenja štapa amalgamiziranom kožom. Ista pojava će se desiti kod raznih drugih materijala za koje možemo da kažemo da su se naelektrisali ako pokazuju ovu pojavu.

IMG_20180228_100726

Naelektrisano tijelo posjeduje svojstvo privlačenja drugih tijela i odbijanja poslije dodira.

Ako se naelektrisanoj loptici poslije dodira sa naelektrisanim štapom približi druga naelektrisana loptica B od zovine srži koja je također obješena o svileni konac možemo uočiti da se loptice najprije približavaju (sve dok se ne dodirnu), a zatim se islijed međusobnog odbijanja razdvoje.

IMG_20180228_101238

Slika 1.2. Naleketrisanje tijela (kuglica) dodirom

Na osnovu navedenih primjera možemo izvesti zaključak:

“Tijela se mogu naelektrisati trenjem (kao stakleni štap) ili dodirom (kao loptica).

2 tipa električnog naboja

Du Fay je 1773. godine eksperimentalno utvrdio da se trenjem dobijaju dva tipa naelektrisanja:

  • pozitivni kojim se naelektrizira staklo poslije trenja amalgamiziranom kožom 
  • negativni kojim se naelektrizira ebonit poslije trenja vunenom tkaninom.

Staklo će se naelektrizirati negativno trenjem vunenom tkaninom ili krznom, a ebonit se hartijom naelektrizira pozitivno. Ovi eksperimentalni podaci vode na zaključak:

Tip naelektriziranja tijela, stečenog trenjem, zavisi od toga čime se tijela protrljaju.

Ogledom s dvije naelektrisane kuglice obješene o svilenu nit se također može pokazati:

Tijela naelektrisana istim tipom naelektrisanja se odbijaju, a suprotnim tipom naelektrisanja se privlače.

Za određivanje vrste elektriciteta naelektrisanog tijela kao i količine njegovog elektriciteta koristi se uređaj koji se naziva elektroskop, a ako taj uređaj ima neku mjernu skalu onda ga nazivamo elektrometar.

IMG_20180228_103354                               IMG_20180228_103418

Slika 1.3. Elektroskop lijevo i elektrometar desno

U neutralnom stanju tijela sadrže jednake količine pozitivnog i negativnog naelektrisanja. 

Elektricitet i atomska struktura materije

Elektron kao naelektriziranu česticu otkrio je 1895. godine engleski fizičar Tomson (John Joseph Tompson detaljno proučavajući prirodu katodnog zračenja. Naboj elektrona otkrio je 1917. godine američki fizičar Robert Milikan. Za razliku od elektrona, proton se ne smatra česticom bez strukture. Elektron je najlakša materijalna čestica i sa najmanjom količinom elektriciteta pa se naelektrisanje elektrona naziva elementarno naelektrisanje iako je otkriveno da i kvarkovi koji čine protone i neutrone isto imaju naelektrisanje, ali su oni nestabilni samostalno, pa se za elektron i dalje uzima da je mjera naelektrisanja, elementarno naelektrisanje.

Pod djelovanjem spoljnih sila atomi mogu izgubiti ili primiti jedan ili više elektrona i tako nastaju naelektrisane čestice koje zovemo joni. Kada atom primi jedan ili više elektrona on postaje negativno naelektrisan, a u suprotnom biva pozitivno naelektrisan.

Električni naboj

S obzirom da se atom od naleketirsanih čestica sastoji od protona i neutrona makroskopski električni naboj tijela uvijek će biti cjelobrojni višekratnik naboja elektrona:

q = ne

gdje je n pozitivni ili negativni cijeli broj. Naboj je kvantiziran, pojavljuje se u diskretnim skupinama.

Makroskopski električni naboj tijela izražavamo veličinom količina naboja q. Jedinica količine naboja u SI sistemu je kulon i dobila je naziv prema francuskom fizičaru Coulombu.

kulon

Naboj elektrona je:

naboj elektrona

Izvori:

  1. Fizika: II razred gimnazije / Ervin Girt/ Asim Džonlić, Kenan Novalija, 1996
  2. https://rudescience.tumblr.com/post/138497442708/electrostatics-why-water-does-that-shocking

 



 1,987 total views,  12 views today

Arnes K.

Ja sam nastavnik i profesor fizike koji nastoji da ispuni rupe u svom i svačijem znanju kako bi svi bili bolje informisani i mogli da donosimo bolje odluke i živimo bolji život.

Šta vi mislite o ovom? Ostavite vaš komentar i podijelite mišljenje sa svima.

Sva Fizika
%d bloggers like this: