Elektrostatika

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži
Elektromagnetizam
VFPt Solenoid correct2.svg
Elektricitet · Magnetizam
Elektrostatika
Električni naboj · Coulombov zakon · Električno polje · Električni tok · Gaussov zakon · Električni potencijal · Elektrostatska indukcija · Električni dipolni moment · Gustoća polarizacije
Istoimeni električni naboji se djelovanjem elektrostatičke sile odbijaju, a naboji suprotnog predznaka privlače.
Papir privučen natrljanim CD-om.

Elektrostatika je grana fizike koja se bavi istraživanjem električnih polja, sila i pojava nastalih među električnim nabojima koji miruju. [1]

Povijest[uredi VE | uredi]

Prvi je Tales iz Mileta (600 pr. Kr.) pisao da jantar (grč. ἤλεϰτρον, ḗlektron), kada se tare, privlači sitne čestice tvari, a W. Gilbert otkrio je da i druge tvari, a ne samo jantar, imaju električno svojstvo. Pojavu električnoga odbijanja prvi je 1672. opazio Otto von Guericke, a 1663. konstruirao je prvi elektrostatički stroj na trenje. Razliku među vodičima i izolatorima otkrio je Stephen Gray. Francuski kemičar C. F. C. du Fay utvrdio je 1734. različitost električnog naboja nastalog trljanjem stakla od naboja nastalog trljanjem smole, a G. Ch. Lichtenberg nazvao je pozitivnim električni naboj nastao trljanjem stakla. Oko 1747. B. Franklin konstatirao je da se pri trenju stvaraju uvijek jednake količine pozitivnog i negativnog električnog naboja. Istraživanjem sila koje djeluju među električnim nabojima bavili su se H. CavendishJ. Priestley, a zakon o ovisnosti privlačne ili odbojne sile o nabojima i udaljenosti među nabojima, a osnovi pokusa formulirao, Ch. A. de Coulomb, pa se po njemu mjerna jedinica električnog naboja naziva kulon (C). Prema Coulombovu zakonu sila F koja djeluje između dvaju točkastih električnih naboja q1 i q2 razmjerna je produktu obaju naboja, a obrnuto razmjerna kvadratu njihova razmaka r:

gdje je: ε0dielektrična permitivnost vakuuma. Sila je najjača u vakuumu, a slabija u svim drugim sredstvima: [2]

gdje je: εr - relativna dielektrična permitivnost nekog sredstva ili tvari, ε - dielektrična permitivnost (ili samo permitivnosti) tvari.

Sila F je vektor, pa je i jakost električnog polja E vektorska veličina, a kao smjer električnoga polja uzima se onaj smjer u kojem djeluju sile na pozitivni naboj. Električno polje može se opisati i skalarnim veličinama, potencijalima V. Električni naboji mogu pod utjecajem električnih sila obavljati mehanički rad, a to znači da u svakoj točki polja električni naboj q ima izvjesnu potencijalnu energiju (električni potencijal) s obzirom na neku referentnu točku u polju kojoj se pripisuje potencijal φ = 0. To je obično vrlo udaljena točka u polju ili Zemlja. Sve točke u polju koje imaju isti potencijal leže na ekvipotencijalnim plohama.

Za električni naboj q električni potencijal V neke točke na udaljenosti r iznosi:

Budući da je razlika potencijala među dvjema točkama u elektrostatičkom polju jednaka električnom naponu među tim točkama, to će u elektrostatici, gdje naboji miruju, sve točke nekog vodiča biti na istom električnom potencijalu, jer bi inače zbog napona došlo do gibanja naboja. Iz odnosa Uab = Va – Vb proizlazi da se električni potencijal i električni napon mjere istom mjernom jedinicom volt (V), a jakost električnog polja mjeri se u voltima po metru (V/m).

Elektriziranje trenjem i dodirom[uredi VE | uredi]

Munje iznad mjesta Oradea u Rumunjskoj.

Već su stari Grci znali da kada se jantar protrlja svilom privlači mala tijela i odmah ih zatim odbija. Jantar se na grčkom jeziku zove elektron, pa je uzrok da jantar privlači tijela nazvan električnom silom. Tako je u znanost uveden izraz elektricitet. Protrljamo li štap od ebonita vunenom krpom, postaje električan i privlači male čestice tvari, ali ih odmah i odbija. Isto tako ako stakleni štap protrljamo suhim papirom ili amalgamiranom kožom, postaje električan. Dakle, trenjem tijela mogu postati električna. Kažemo da nose električni naboj, odnosno da su električno nabijena. Približimo li dva naelektrizirana staklena ili dva ebonitna štapa jedan drugome, vidjet ćemo da će se oni odbijati. Naprotiv, približimo li ebonitni štap staklenome, oni će se privlačiti. Prema tome, moramo razlikovati dvije vrste električnog naboja: pozitivan i negativan. Stakleni štap je pozitivno nabijen, a ebonitni negativno. Iz toga možemo zaključiti da se tijela istoimenog naboja odbijaju, a raznoimenoga privlače.

Međutim, tijela se mogu elektrizirati i dodirom. U to se možemo uvjeriti pomoću takozvanog električnog viska. Električni visak je kuglica od bazgine jezgre koja visi na staklenoj niti. Dotaknemo li takvu kuglicu naelektriziranim štapom, na nju će prijeći nešto elektriciteta pa će postati električna i odmah će se odbiti. Kažemo da je kuglica primila električni naboj. U to se možemo uvjeriti tako da kuglicu primaknemo papirićima: ona ih privlači. Prema tome, tijelo postaje električno ne samo trenjem nego i dodirom, s drugim električnim tijelom. Ako od dva jednaka električna viska nabijemo jednu kuglicu staklenim, a drugu ebonitnim štapom, kuglice će se privući, ali čim se dotaknu, one će se rastaviti i nakon toga neće više biti električne. Znači, raznoimeni elektriciteti iste množine odnosno istog električnog naboja međusobno se neutraliziranu, to jest poništavaju. [3]

Izvori[uredi VE | uredi]

  1. elektrostatika, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.
  2. Coulombov zakon, [2] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.
  3. Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.