Elektricitet i Magnetizam

Elektricitet i Magnetizam

Elektrostatika

Dio nauke o elektricitetu koji proučava naelektrisanja (naboje) u mirovanju zove se elektrostatika.
Još prije 2.500 godina, u staroj Grčkoj je bilo poznato da ćilibar, kada se potrlja krznom, dobija osobinu da privlači sitne predmete. Od grčkog naziva za ćilibar - elektron, nastala je riječ leketricitet. Ovaj naziv - elektricitet, uštao je u savremenu nauku tek krajem 16. stoljeća kada je ustanovljeno da svojstvo slično ćilibaru ima još čitav niz materijala kada se protrljaju svilenom ili vunenom tkaninom.

       Za sva tijela koja poslije trljanja privlače druge predmete kaže se da su naelektrisana. U 18. stoljeću ustanovljeno je da se trenjem dobijaju dvije vrste elektriciteta. Vrsta elektriciteta koja se dobije kada se staklo protrlja krznom nazvana je pozitivnom a vrsta elektriciteta koja se doije kada se ebonit protrlja vunenom tkaninom nazvana je negativnom. Ogledom se moglo ustanoviti da se tijela naelektrisana istom vrstom elektriciteta međusobno odbijaju, a raznoimenim privlače. Ovaj način utvrđivanja vrste elektriciteta uveo je naučnik Franklin i očigledno je da je to učinio proizvoljno.

Elektroskop je uređaj kojim se utvrđuje da li je neko tijelo naelektrisano, kojom vrstom elektriciteta i kolikom količinom elektriciteta. Sastoji se od metalnog kučišta u obliku valjka u kojem se nalazi metalni štap sa dva tanka listića (od aluminija ili staniola). Na drugom kraju štapa je metalna ploča ili kugla.
Kada naelektrisano tijelo dodirne kuglicu elektroskopa, naelektrisanje se djelimično prenese na njegove listiće. Istoimeni elektricitet na listićima izaziva njihovo odbijanje. Razmak između raširenih listića proporcijalan je njihovom naelektrisanju.
Ako se otklon listića ili igle može očitavati na nekoj skali onda se takav elektroskop naziva elektrometar.
Kada se naelektrisani elektroskop dodirne naelektrisanim tijelom istog znaka, onda će se listići još više raširiti. Ao se didirnu suprotnom vrstom elektriciteta, onda će se razmak smanjiti. Listići će se potpuno sklopiti ako je prenijeti naboj jednak naboju elektroskopa.

Elektronska teorija
Teorija koja objašnjava električna svojstva tijela zove se elektronska teorija. Tijelo se sastoji od atoma. Atom se sastoji od pozitivno naelektrisanog jezgra i negativno naelektrisanih elektrona kojikruže oko tog jezgra.
Atom je kao cjelina elektronegativan jer ima istu količinu pozitivnog i negativnog naboja. Pod djelovanjem spoljašnih uticaja (zagrijavanje, zračenje..) atom može da izgubi ili primi jedan ili više lektrona iz posljednje ljuske, čime postaje naelektrisan. Ovako naelektrisani atomi zovu se joni. Pozitivni joni imaju manjak elektrona, a negativni joni imaju višak elektrona.

Tijelo je naelektrisano negativno ako ima višak elektrona, a pozitivno naelektrisano ako ima manjak elektrona.

Naelektrisanje tijela (količina elektriciteta) q, zavisi od toga koliki je broj elektrona u višku ili manjku u odnosu na neutralno stanje.
Svaka količina elektriciteta jednaka je cjelobrojnom umnošku naelektrisanja jednog elektrona, q=n*e; gdje je n-cio broj, e - naelektrisanje jednog elektrona.
Jedinica za količinu elektriciteta je kulon (C). Naelektrisanje jednog elektrona se naziva još i elementarno naelektrisanje i ono iznosi e=1,602*10(na minus19) C.

Provodnici i izolatori
Kada kuglicu naelektrisanog elektorskopa dodirnemo nekim metalnim predmetom, listići elektroskopa će se brzo skupiti. Kažemo da su metali dobri provodnici elektriciteta. Kada kuglicu elektroskopa dodirnemo stalenim ili porculanskim štapićem, listići elektroskopa se neće pomjeriti. Kažemo da su ti materijali elektični izolatori, jer ne provode elektircitet.

Uzemljenje
Zemlju možemo smatrati jednim velikim provodnikom. Kada se, npr. negativno naelektrisani provodnik spoji sa Zemljom, višak elektrona sa provodnika će preći na Zemlju i on će se brzo razelektrisati. Pri tome se naelektisanje Zemlje praktično nije promijenilo, jer su količine elektriciteta na pojedinim provodnicima zanemarive u odnosu na Zemlju. Ta se činjenica koristi u tehnici za takozvano uzemljenje.


Zakon održanja količine elektricitreta

U dosad navedenim primjerima naelektrisanja tijela može se zapaziti da u procesu naelektrisanja trenjem ili dodirom uvijek učestvuju dva tijela. Pošto je dokazano da se oba tijela pri tome naelektrišu jednakom količinom elektriciteta suprotnog znaka. Ovo pokazuje da se prilikom naelektrisavanja tijela, ne stvara naelektrisanje već samo razdvaja.

U naelektrisanom stanju tijela sadrže jednake količine pozitivnog i negativnog elektriciteta. Ova naelektrisanja se međusobno neutrališu.

Prema tome, naelektrisanje tijela je proces preraspodjele pozitivnog i negativnogelektriciteta. Zbir ukupne količine  pozitivnog i negativnog elektriciteta oba tijela jednak je nuli. Iz ovoga se izvodi opšti zaključak da je u prirodi zbir pozitivnog i negativnog elektirciteta stalan.

Algebarski zbir naelektrisanja u izolovanom sistemu je konstantan.

Ova se tvrdnja zove zakon održanja količine elektriciteta i jedan je od osnovnih zakona prirode.

Columbov (Kulonov) zakon

Već odavno je poznata eksperimentalna činjenica da se istoimena naelektrisanja odbijaju, a raznoimena privlače. Francuski fizičar Columbo (Kulon) je 1785. godine prvi izmjerio silu između dvije naelektrisane kuglice i ustanovio zavisnost te sile od naelektrisanja kuglica i od njihovog rastojanja.

Zakon glasi:   Sila uzajamnog djelovanja dvije tačkaste količine elektriciteta upravo je proporcionalna tim količinama elektriciteta, a obrnuto proporcionalna kvadratu njihove udaljenosti.


Električno polje

Svako naelektrisano tijelo, prema Kulonovom zakonu, djeluje izvjesnom silom na druga naelektrisana tijela koja se nalaze u njegovoj okolini. To djelovanje se vrši bez ikakve vidljive materijalne veze.
Međusobno djelovanje naelektrisanih tijela tumači se na taj način što se uvodi pretpostavka da svako naelektrisanje mijenja prostor u svojoj okolini.

Prostor oko naelektrisanog tijela u kojem se očituje ili manifestuje djelovanje na druga naelektrisana tijela, zove se električno polje.

Jačina električnog polja u nekoj tački brojno je jednaka sili kojom to polje djeluje na jediničnu količinu elektriciteta u toj tački. Jačina električnog polja je vektorska veličina jer ima svoj pravac i smjer vektora sile. Bez obzira da li se u polju nalazi neko probno naelektrisanje ili ne, to polje ima svoje karakteristike koje su predstavljene vektorom.

Linije sile električnog polja
Električno polje semože slikovito prikazati pomoću linija sile električnog polja. Uveo ih je Faraday. To su linije koje se poklapaju sa pravcem vektora jačine električnog polja. Ako bi naprimjer posmatrali putanju probnog pozitivnog naelektrisanja u električnom polju ono bi se kretalo u smjeru linija sile električnog polja.
Linije sile pozitivnog naelektrisanja imaju smjer od naelektrisanja, a linije sile negativnog naelektrisanja imaju smjer ka naelektrisanju. U oba slučaja linije sile su radijalne.

Pozitivno naelektrisanje se može smatrati kao "izvor" linija sile, a negativno kao "ponor". Linije sile počinju na pozitivnom naelektrisanju, a završavaju na negativnom. Međusobno se nikada ne sijeku.

Za električno polje kažemo da je homogeno ako su linije sile međusobno paralelne i jednako udaljene. Polje ima svugdje istu jačinu i za njega kažemo da je homogeno.