Најважније из лекције
Врсте наелектрисања: Протони (\(+\)), електрони (\(-\)), неутрони (\(0\)). Истоимена се одбијају, разноимена се привлаче.
Елементарно наелектрисање: \(e = 1,6 \cdot 10^{-19}\text{ C}\).
Количина наелектрисања: \(q = n \cdot e\), где је \(n\) број пренетих електрона.
Проводници и изолатори: Проводници имају слободне електроне (метали), изолатори немају (гума, пластика, стакло).
Начини наелектрисавања: Трењем (изолатори), додиром (проводници) и електростатичком индукцијом (раздвајање без контакта).
Закон одржања наелектрисања: Укупна количина наелектрисања у затвореном систему је константна.
Детекција: Електроскоп региструје присуство наелектрисања, а електрометар мери његову количину.
Елементарно наелектрисање: \(e = 1,6 \cdot 10^{-19}\text{ C}\).
Количина наелектрисања: \(q = n \cdot e\), где је \(n\) број пренетих електрона.
Проводници и изолатори: Проводници имају слободне електроне (метали), изолатори немају (гума, пластика, стакло).
Начини наелектрисавања: Трењем (изолатори), додиром (проводници) и електростатичком индукцијом (раздвајање без контакта).
Закон одржања наелектрисања: Укупна количина наелектрисања у затвореном систему је константна.
Детекција: Електроскоп региструје присуство наелектрисања, а електрометар мери његову количину.
Сва тела су изграђена од атома. Атом се састоји од позитивног атомског језгра и негативног електронског омотача.
Протони: позитивно наелектрисане честице у језгру (\(+\)).
Неутрони: електрично неутралне честице у језгру (\(0\)).
Електрони: негативно наелектрисане честице у омотачу (\(-\)).
Електрично узајамно деловање:
- Истоимена наелектрисања (\(+\) и \(+\), или \(-\) и \(-\)) се одбијају.
- Разноимена наелектрисања (\(+\) и \(-\)) се привлаче.
Стања наелектрисаности тела:
- Електрично неутрално тело: има једнак број протона и електрона (\(N_p = N_e\)).
- Позитивно наелектрисано тело: има мањак електрона, односно већи број протона него електрона (\(N_p > N_e\)).
- Негативно наелектрисано тело: има вишак електрона, односно већи број електрона него протона (\(N_e > N_p\)).
Количина наелектрисања (\(q\)) је физичка величина која показује колико је неко тело или честица наелектрисана.
Јединица у СИ систему је кулон (\(\text{C}\)).
Елементарно наелектрисање (\(e\)) је најмања количина наелектрисања у природи, једнака наелектрисању једног протона односно електрона.
\[ e = 1,6 \cdot 10^{-19}\text{ C} \]
\[ q = n \cdot e \]
\(q\) – укупна количина наелектрисања тела (\(\text{C}\))
\(n\) – број вишка или мањка електрона (разлика броја протона и електрона)
\(e\) – елементарно наелектрисање (\(1,6 \cdot 10^{-19}\text{ C}\))
Наелектрисање од \(1\text{ C}\) садржи:
\[ n = \frac{q}{e} = \frac{1\text{ C}}{1,6 \cdot 10^{-19}\text{ C}} \approx 6,24 \cdot 10^{18}\text{ електрона} \]
Према способности провођења електрицитета, материјали се деле на:
- Проводници: материјали у којима постоје слободни електрони који се лако крећу кроз структуру (нпр. метали као што су бакар, алуминијум, гвожђе).
- Изолатори (дијелектрици): материјали у којима су електрони чврсто везани за атоме и не могу се слободно кретати (нпр. пластика, гума, стакло, дрво, свила, вуна).
- Полупроводници: материјали који под одређеним условима проводе наелектрисање (нпр. силицијум, германијум).
Наелектрисавање је процес преласка електрона са једног тела на друго или раздвајања наелектрисања унутар самог тела. Може се извршити на три начина:
Карактеристично за изолаторе. Приликом међусобног трења два тела, електрони прелазе са једног тела на друго:
- Пластична шипка и вуна: електрони са вуне прелазе на пластику \(\rightarrow\) пластика постаје негативна, а вуна позитивна.
- Стаклена шипка и свила: електрони са стакла прелазе на свилу \(\rightarrow\) стакло постаје позитивно, а свила негативна.
Карактеристично за проводнике. Када наелектрисано тело додирне неутрални проводник, део електрона прелази са једног тела на друго, при чему оба тела остају истоимено наелектрисана.
Наелектрисавање без непосредног додира. Када се наелектрисано тело приближи неутралном проводнику, долази до прерасподеле слободних електрона:
– ближи крај проводника постаје наелектрисан супротним предзнаком,
– даљи крај проводника постаје наелектрисан истим предзнаком.
Проводник као целина остаје електрично неутралан све док се наелектрисање са једног краја не одведе (нпр. уземљењем).Шема електростатичке индукције: приближавање позитивно наелектрисаног штапа неутралној металној кугли, при чему се негативна наелектрисања концентришу на ближој страни кугле, а позитивна на даљој страни.
– ближи крај проводника постаје наелектрисан супротним предзнаком,
– даљи крај проводника постаје наелектрисан истим предзнаком.
Проводник као целина остаје електрично неутралан све док се наелектрисање са једног краја не одведе (нпр. уземљењем).
Закон одржања количине наелектрисања:
Укупна количина наелектрисања у изолованом систему је стална. Наелектрисање се не може ни створити ни уништити, већ само прелазити с једног тела на друго или се прераспоређивати унутар тела. \[ q_1 + q_2 + \dots + q_n = \text{const.} \]
Укупна количина наелектрисања у изолованом систему је стална. Наелектрисање се не може ни створити ни уништити, већ само прелазити с једног тела на друго или се прераспоређивати унутар тела. \[ q_1 + q_2 + \dots + q_n = \text{const.} \]
При сваком наелектрисавању трењем, једно тело добије тачно онолико негативног наелектрисања колико друго тело добије позитивног.
Електроскоп: уређај којим се утврђује да ли је неко тело наелектрисано. Састоји се од металне кугле/плочице, изоловане металне шипке и лаких металних листића (од алуминијума или злата). При додиру са наелектрисаним телом листићи добијају истоимено наелектрисање и одбијају се (шире).
Електрометар: електроскоп са баждареном скалом који омогућава мерење количине наелектрисања на основу угла отклона листића или казаљке.
Електрофор: једноставна електростатичка справа којом се помоћу трења и индукције може издвојити одређена количина наелектрисања.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Тело има вишак од \(4 \cdot 10^{13}\) електрона. Ког је знака наелектрисање овог тела и колика је његова количина наелектрисања?
Пошто тело има вишак електрона, оно је негативно наелектрисано.
Дато је:
\(n = 4 \cdot 10^{13}\)
\(e = 1,6 \cdot 10^{-19}\text{ C}\)
Рачунамо количину наелектрисања: \[ q = n \cdot e \] \[ q = 4 \cdot 10^{13} \cdot 1,6 \cdot 10^{-19}\text{ C} = 6,4 \cdot 10^{-6}\text{ C} = 6,4\ \mu\text{C} \] Одговор: Наелектрисање је негативно и износи \(q = -6,4 \cdot 10^{-6}\text{ C}\) (односно \(-6,4\ \mu\text{C}\)).
Дато је:
\(n = 4 \cdot 10^{13}\)
\(e = 1,6 \cdot 10^{-19}\text{ C}\)
Рачунамо количину наелектрисања: \[ q = n \cdot e \] \[ q = 4 \cdot 10^{13} \cdot 1,6 \cdot 10^{-19}\text{ C} = 6,4 \cdot 10^{-6}\text{ C} = 6,4\ \mu\text{C} \] Одговор: Наелектрисање је негативно и износи \(q = -6,4 \cdot 10^{-6}\text{ C}\) (односно \(-6,4\ \mu\text{C}\)).
Задатак 2 (средњи): Колико је електрона прешло са металне плочице ако је она након наелектрисавања стекла позитивно наелектрисање од \(q = 8 \cdot 10^{-17}\text{ C}\)?
Пошто је плочица позитивно наелектрисана, електрони су је напустили (мањак електрона).
Дато је:
\(q = 8 \cdot 10^{-17}\text{ C}\)
\(e = 1,6 \cdot 10^{-19}\text{ C}\)
Број електрона који је напустио плочицу је: \[ n = \frac{q}{e} \] \[ n = \frac{8 \cdot 10^{-17}\text{ C}}{1,6 \cdot 10^{-19}\text{ C}} = \frac{8}{1,6} \cdot 10^{-17 - (-19)} = 5 \cdot 10^2 = 500 \] Одговор: Са металне плочице је прешло \(500\) електрона.
Дато је:
\(q = 8 \cdot 10^{-17}\text{ C}\)
\(e = 1,6 \cdot 10^{-19}\text{ C}\)
Број електрона који је напустио плочицу је: \[ n = \frac{q}{e} \] \[ n = \frac{8 \cdot 10^{-17}\text{ C}}{1,6 \cdot 10^{-19}\text{ C}} = \frac{8}{1,6} \cdot 10^{-17 - (-19)} = 5 \cdot 10^2 = 500 \] Одговор: Са металне плочице је прешло \(500\) електрона.
Задатак 3 (тежак): Металној кугли на изолованом постољу принесе се позитивно наелектрисана стаклена шипка без додиривања. Кугла се затим кратко споји са земљом (додирне прстом), а потом се прво уклони контакт са земљом, па тек онда удаљи стаклена шипка. Како ће кугла на крају бити наелектрисана и зашто?
- Индукција: Приближавањем позитивне шипке, слободни електрони из кугле се привлаче ка шипци и скупљају на ближој страни кугле, док на даљој страни остаје вишак позитивног наелектрисања (мањак електрона).
- Уземљење: Када се кугла додирне прстом, електрони из земље прелазе на куглу како би неутралисали позитиван вишак на даљем крају.
- Прекид уземљења и удаљавање шипке: Након прекида везе са земљом, кугла има укупан вишак електрона. Када се шипка уклони, тај вишак електрона се равномерно распореди по површини кугле.
