Svojstva elementarnih čestica s električnim nabojem

Trljanjem dvaju različitih tijela, kao i indukcijom, tijelima se mogu dati posebna svojstva — električna.

Električni naboji i nabijene čestice

Učenje naelektrizirana tijela pokazao je da se njihova električna svojstva objašnjavaju činjenicom da čestice od kojih se sve tvari sastoje imaju posebno fizikalno svojstvo koje se naziva električni naboj.

Električni naboj karakterizira odnos čestica s vlastitim elektromagnetskim poljem i njihovu interakciju s vanjskim elektromagnetskim poljem. Naboj je jedno od razlikovnih svojstava mnogih elementarnih čestica. Postoje dvije vrste električnih naboja: pozitivno i negativno.

Kao što znate, sva tijela u prirodi sastavljena su od diskretnih čestica. Ove se čestice nazivaju elementarnim. Svaka elementarna čestica ima svoje karakteristike koje se razlikuju od karakteristika drugih čestica. Ove karakteristike uključuju: masu mirovanja, električni naboj, spin, magnetski moment, životni vijek itd.

Elementarne čestice ulaze u sastav atoma i molekula tvari, ali mogu biti i u slobodnom stanju. To su npr. elektroni koji čine "elektronski plin" u metalnim žicama, elektroni katodnih struja u vakuumskim cijevima itd.

Elementarne čestice s električnim nabojem različitih predznaka privlače se, a s nabojem istih predznaka odbijaju. Kada se čestice kreću oko njih, opaža se magnetsko polje.

Glavni nositelji naboja u tvari, odnosno čestice koje imaju električna svojstva su negativno nabijeni elektroni i pozitivno nabijeni protoni. Oni su dio atoma svih tvari, budući da su njihovi glavni strukturni elementi.

Cjelokupnost svih električnih pojava određena je nabojima čestica koje čine atome i njihovim poljima. S tim u vezi, zadržimo se na unutarnjoj strukturi atoma u mjeri u kojoj je to potrebno za razumijevanje pojava koje se razmatraju u elektrotehnici.

Struktura atoma kemijskih elemenata: Struktura atoma — elementarne čestice tvari, elektroni, protoni, neutroni

Električna svojstva tijela

Čvrste tvari obično imaju kristalnu strukturu: njihovi atomi raspoređeni su u prostoru u strogom nizu na određenoj udaljenosti jedan od drugog, tvoreći takozvanu prostornu ili kristalnu rešetku. Mjesta rešetke sadrže pozitivne ione.

Zbog relativno malih udaljenosti susjedni atomi djeluju na elektrone valentne ljuske danog atoma, zbog čega valentni elektroni izravno sudjeluju u izmjeni elektrona svakog atoma s okolnim susjednim atomima.To dovodi do činjenice da su energetske razine podijeljene na nekoliko blisko razmaknutih razina koje tvore zone kontinuiranih energetskih stanja elektrona.

Električna svojstva tijela određena su strukturom tih zona i brojem elektrona koji ispunjavaju zone u skladu s načelom isključenja. U metalima u koje spada npr. bakar, valentni pojas je dopola ispunjen elektronima, dok su svi niži energetski pojasi potpuno ispunjeni.

Prisutnost djelomično ispunjene zone karakteristična je za sve metale.Da bi se valentni elektron izoliranog atoma pobudio na višu razinu, potrebni su određeni diskretni dijelovi energije.

Kod metala je vodljivi pojas djelomično ispunjen. Stoga elektroni u njemu lako zauzimaju slobodna stanja, a praktički svaka mala količina energije dovoljna je da podigne elektron na višu slobodnu razinu i stvori struja.

Budući da je vodljivost u metalima posljedica pokretljivosti elektrona, tzv elektronska vodljivost… Vodljivost elektrolita određena je prisutnošću lako pokretljivih pozitivnih i negativnih iona u otopinama u kojima se neke od molekula otopljene tvari razgrađuju. Ova vodljivost se zove ionska vodljivost.

Značajna ionska vodljivost karakteristična je za neke soli u rastaljenom stanju i plinovi u ioniziranom stanju... Plinovi se ioniziraju pod utjecajem visoke temperature, visokog napona itd. Plin s velikom gustoćom slobodnih elektrona i molekula u ioniziranom stanju naziva se plazma.

Vidi također: Metali i dielektrici - u čemu je razlika?

Coulombov zakon

Coulombov zakon (1785.) prvi je uspostavio kvantitativni odnos između vrijednosti električnih naboja i njihove interakcije. Ovaj je zakon igrao i nastavlja igrati važnu ulogu u određivanju jedinica naboja i karakteristika sile elektrostatskog polja. Za više detalja pogledajte ovdje:Coulombov zakon i njegova primjena u elektrotehnici