Електричні заряди

Якщо потерти скляну паличку об аркуш паперу, то паличка отримає здатність притягати до себе листочки паперу (див. рис. 1.1), пушинки, тонкі цівки води. При розчісуванні сухого волосся пластиковим гребінцем волосся притягаються до гребінця. В цих простих прикладах ми зустрічаємося з проявом сил, які отримали назву електричних.

Прилипання папірців до скляної і до ебонітовою палички

Рис. 1.1. Прилипання папірців до скляної і до ебонітовою палички.

Тіла або частинки, які діють на навколишні предмети електричними силами, називають зарядженими або наелектризованими. Наприклад, згадана вище скляна паличка після того, як її потерти об аркуш паперу, стає наелектризованою.

Частинки мають електричний заряд, якщо вони взаємодіють одна з одною за допомогою електричних сил. Електричні сили зменшуються зі збільшенням відстані між частинками. Електричні сили в багато разів перевищують сили всесвітнього тяжіння.

Електричний заряд – це фізична величина, яка визначає інтенсивність електромагнітних взаємодій. Електромагнітні взаємодії – взаємодії між зарядженими частинками або тілами.

Електричні заряди поділяються на позитивні і негативні. Позитивний заряд мають стабільні елементарні частинки – протони та позитрони, а також іони атомів металів і т. д. Стабільними носіями негативного заряду є
електрон та антипротон.

Існують електрично незаряджені частинки, тобто нейтральні: нейтрон, нейтрино. В електричних взаємодіях ці частинки не беруть участь, так як їх електричний заряд дорівнює нулю. Бувають частинки без електричного заряду, але електричний заряд не існує без частинки.

На склі, потертому об шовк, виникають позитивні заряди (див. рис. 1.2) . На ебоніті, потертому об хутро – негативні заряди. Частинки відштовхуються при зарядах однакових знаків (однойменні заряди), а при різних знаках (різнойменні заряди) частинки притягуються.

Електризація скляної палички шовком

Рис. 1.2. Електризація скляної палички при терті шовком. Обидва тіла отримують рівні за величиною і протилежні за наком електричні заряди.

Всі тіла складаються з атомів. Атоми складаються з позитивно зарядженого атомного ядра і негативно заряджених електронів, які рухаються навколо ядра атома. Атомне ядро складається з позитивно заряджених протонів та нейтральних часток – нейтронів. Заряди в атомі розподілені таким чином, що атом у цілому є нейтральним, тобто сума позитивних і негативних зарядів в атомі дорівнює нулю.

Електрони і протони входять до складу будь-якої речовини і є найменшими стійкими елементарними частинками. Ці частинки можуть необмежено довго існувати в вільному стані. Електричний заряд електрона і протона називається елементарним зарядом.

Елементарний заряд – це мінімальний заряд, яким володіють всі заряджені елементарні частинки. Електричний заряд протона дорівнює по абсолютній величині заряду електрона:

е = 1,6021892(46) * 10-19 Кл

Величина будь-якого заряду кратна за абсолютною величиною елементарному заряду, тобто заряду електрона. Електрон в перекладі з грецької electron – бурштин, протон – від грецького protos – перший, нейтрон від латинського neutrum – ні те, ні інше.

Провідники та діелектрики

Електричні заряди можуть переміщатися. Речовини, в яких електричні заряди можуть вільно переміщатися, називаються провідниками. Хорошими провідниками є всі метали (провідники I роду), водні розчини солей і кислот – електроліти (провідники II роду), а також розпечені гази та інші речовини. Тіло людини також є провідником. Провідники мають високу електропровідність, тобто добре проводять електричний струм.

Речовини, в яких електричні заряди не можуть вільно переміщатися, називаються діелектриками (від англійського dielectric, від грецького dia – через, крізь і англійської electric – електричний). Ці речовини також називають ізоляторами. Електропровідність діелектриків дуже мала порівняно з металами. Хорошими ізоляторами є фарфор, скло, янтар, ебоніт, гума, шовк, гази при кімнатних температурах та інші речовини.

Поділ на провідники та ізолятори умовний, так як провідність залежить від різних факторів, у тому числі від температури. Наприклад, скло добре ізолює тільки в сухому повітрі і стає поганим ізолятором при великій вологості повітря.

Провідники та діелектрики відіграють величезну роль у сучасному застосуванні електрики.