elektrování dotykem, přenos elektrického náboje, dělitelnost elektrického náboje, elektroskop, van de Graafův generátor, určování náboje a jeho velikosti, uzemnění, jednotka velikosti náboje, elementární náboj, elektrické pole, homogenní elektrické pole, elektrostatická indukce, vodič a izolant v elektrickém poli, polarizace izolantu.

A. Výklad

1. Znáš odpověď na základní otázky elektrostatiky?

	Víš jak můžeme zelektrovat těleso? Znáš základní části atomu? Víš z jakých je složen částic? Proč je atom elektricky neutrální? Jak vznikne z atomu elektricky nabitá částice? Kolik existuje elektrických nábojů? Pomocí jakého pokusu určíš, zda je těleso kladně či záporně nabité? Kde vzniká a jak se projevuje elektrické pole?       Ověř si své znalosti

2. Jak můžeme tělesa zelektrovat?

třením	Zvýšený tepelný pohyb částic díky tření umožní uvolnění některých elektronů z atomů a jejich přemístění mezi tělesy. Přemístění elektronů z jednoho tělesa na druhé záleží na vlastnostech obou těles. Pro dané předměty nastává přechod elektronů vždy tímž směrem, např. při česání vlasů přechází volné elektrony vždy z vlasů na hřeben).
přímým dotykem	Těleso se zelektruje přiblížením jiného tělesa s elektrickým nábojem. Při dotyku záporně nabitého pravítka se proužky  staniolu na obrázku odpuzují. Proč? Záporně nabité pravítko má přebytek volných záporných elektronů, které při dotyku přejdou na oba proužky staniolu. Tím se oba proužky nabijí záporně a odpuzují se. Pokud dotyk pravítka několikrát opakujeme, proužky se od sebe odpuzují více. Proč? Elektrický náboj lze přenášet i po částech, je dělitelný. Při každém dotyku přejde na proužky určité množství elektronů. Čím více jich přechází, tím více se proužky odpuzují.

3. Jak můžeme zjistit Povahu a velikost elektrického náboje?

ELEKTROSKOP

Pomocí elektroskopu zjišťujeme, zda má těleso elektrický náboj. Navíc můžeme poznávat i velikost náboje.

Jaký je princip elektroskopu?

Po dotyku kladně nabité tyče a kovové desky elektroskopu přecházejí elektrony z  desky na tyč. Tím  se elektrometr nabíjí kladně a ručka se odpuzuje od tyčinky. (podobně jako v pokusu s pravítkem a staniolem)

Pokud se tedy při dotyku tělesa a desky elektroskopu ručička se vychýlí je těleso nabité.

Můžeme pomocí elektroskopu určit i druh náboje?

Stačí k tomu nabít elektroskop nábojem, který známe. Například zelektrovanou skleněnou tyčí, která má kladný náboj.

Pokud se pak desky dotkneme například papírem, ručička elektroskopu se vychýlí více, tzn., že papír má kladný elektrický náboj. Přiblížíme -li se zelektrovaným pravítkem, výchylka ručičky poklesne. Pravítko je nabito záporným nábojem.

Elektroskop musí být izolován od Země. Proč?

Dotkni se nabitých staniolových proužků v našem pokusu, proužky se přestanou odpuzovat a klesnou. Proužky byly nabity převládajícími elektrony, které při dotyku s naším tělem nebo spojením se zemí přejdou do našeho těla či do země. Říkáme, že jsme proužek uzemnili. Stejné uzemnění nastává při vodivém spojení elektroskopu se zemí.

ELEKTROMETR Je elektroskop umístěný v kovové krabici a opatřený stupnicí. Při výchylce ručičky můžeme na stupnici odečítat velikost kladného či záporného náboje.

4. V jakých jednotkách určujeme velikost elektrického náboje?

Americkému fyzikovi R. A. Millikonovi se podařilo při pokusech zjistit, že nejmenším nedělitelným nábojem je záporný náboj elektronu -e či kladný náboj protonu +e. Náboje obou částic mají stejnou velikost. Proto  atom (má stejně elektronů jako protonů) je elektricky neutrální.

Nejmenší nedělitelný elektrický náboj se nazývá elementární elektrický náboj, označuje se  e (jde o velmi malou jednotku, která by nevyhovovala praxi, proto byl za jednotku elektrického náboje zvolen 1C - kulomb, nazvaný na počest francouzského fyzika Ch. Coulomba).

Elementární náboj má velikost

e = 1,602.10^-19 C

Elektrický náboj je fyzikální veličina, která vyjadřuje velikost schopnosti působit elektrickou silou.

1C = 6 . 1018 e

van de Graaffův generátor

Elektrostatický přístroj na „výrobu“ elektrického náboje. Stroj má využití při fyzikálních experimentech ale například i pro urychlování elektronů.

Jak získáme dostatečně velký náboj?

Povrch pásu z nevodivého materiálu získá třením kladný náboj. Pohybující se pás přenáší náboj do kovové koule, na jejímž povrchu se hromadí. Na obou od sebe izolovaných koulích (tzv. elektrodách) vznikají stejně velké nesouhlasné náboje.

5. Jak znázorňujeme silové působení elektrického pole?

Kolem každého náboje existuje elektrické pole, které zprostředkuje silové působení mezi nabitými tělesy. Elektrické pole nemůžeme přímo pozorovat a vnímat. Ke znázornění elektrického pole navrhl anglický fyzik M. Faraday představu siločar. Elektrické siločáry jsou myšlené křivky, které vystupují z kladně nabitého a vstupují do záporně nabitého tělesa (případně do země).

Jak se můžeme přesvědčit o silovém působení elektrického pole?

stejnorodé elektrické pole

Pole, kde v každém místě působí na těleso stejně velká elektrická síla,  elektrické siločáry jsou rovnoběžné a stejně daleko od sebe (v každém místě pole je stejná tzv. elektrická intenzita)

Jak  můžeme získat stejnorodé (homogenní) elektrického pole?

Vzniká mezi nesouhlasně zelektrovanými, dostatečně velkými a rovnoběžnými deskami.

6. Jak se chová vodič a izolant v elektrickém poli?

Elektrický vodič je látka, která vede elektrický proud. Elektrický vodič musí obsahovat volné částice s elektrickým nábojem, nejčastěji elektrony, příp. kladné nebo záporné ionty.

Elektrický izolant je látka, která nevede elektrický proud. Elektrický izolant neobsahuje volné částice s elektrickým nábojem, nebo je obsahuje v zanedbatelném množství.

(Dobrými izolanty jsou porcelán, sklo, většina plastů, dřevo, papír, za normálních podmínek i vzduch nebo jiné plyny.)

Víme, že zelektrovaná tělesa se vzájemně přitahují odpudivými a přitažlivými elektrickými silami.  Pokud přiblížíme (bez dotyku) zelektrovanou tyč k elektroskopu ručička se vychýlí, po oddálení tyče se vrátí do původní polohy. Jak ale vysvětlit, že zelektrované těleso přitahuje i nezelektrované kousky papíru nebo ruličku staniolu?

Zelektrovaná tyč totiž působí na vodivá tělesa svým elektrickým polem. V ruličce se mezi kladnými ionty neuspořádaně pohybují volné elektrony. Rulička je elektricky neutrální, má stejný počet volných elektronů jako kladných iontů. Působením elektrického pole se volné elektrony přesunou tak, že na jednom konci převládá záporný náboj a na druhém kladný. Záporně nabitá část se přitahuje k tyči. Po ukončení působení elektrického pole se elektrony opět rovnoměrně rozptýlí.

Tento děj, který umožňuje přitahovat nezelektrovaná vodivá tělesa, 

nazýváme elektrostatická indukce.

Jak se chová izolant v  elektrickém poli?

Papíry izolant, neobsahuje volné elektrony. Proč se papírky také k tyči přitahují?

V atomech izolantů se v elektrickém poli částice uspořádají tak, že kladný  náboj je blíže k záporně nabité tyči a záporně nabitý atom se polarizuje na druhé straně atomu.

Tento děj se nazývá polarizace izolantu v elektrickém poli.

B. Důležité pojmy:

elektrování dotykem, přenos elektrického náboje, dělitelnost elektrického náboje, elektroskop, van de Graafův generátor, určování náboje a jeho velikosti, uzemnění, jednotka velikosti náboje, elementární náboj, elektrické pole, homogenní elektrické pole, elektrostatická indukce, vodič a izolant v elektrickém poli, polarizace izolantu

C. Literatura:

• Fyzika pro 8. ročník základní školy, Prometheus, Praha 2001

• M. Rojko a kol., Fyzika kolem nás I. a II, Scientia, Praha 1996

D. Zkušební test: