Rqlkfz7D8eyxN1

Zdjęcie przedstawia krajobraz podczas burzy z piorunami. Na pierwszym planie w dolnej części sceny oświetlone ciepłym światłem słonecznym pola zbóż. W tle niskie wzgórza. Niebo nachmurzone, w chłodnych odcieniach błękitu i fioletu. W centralnej części kadru na niebie jasna błyskawica rozszczepiająca się na kilka odnóg.

1. Elektryzowanie ciał

RoLj6kHnm5hk71

Zdjęcie elektryzujących się włosów

Ciała można elektryzować przez:

• tarcie;

• dotyk;

• *indukcję.

1. Elektryzowanie ciał przez tarcie polega na pocieraniu (oddziaływaniu mechanicznym) o siebie dwóch ciał, pierwotnie obojętnych elektrycznie. Pewna liczba elektronów (obdarzonych ładunkiem ujemnym) przechodzi wtedy z jednego ciała do drugiego. W efekcie na jednym ciele powstanie nadmiar elektronów, czyli ładunku ujemnego, a na drugim – nadmiar ładunku dodatniego (niedobór elektronów). Ostatecznie oba ciała są naelektryzowane ładunkami o tej samej wartości, ale przeciwnym znaku.

2. Elektryzowanie przez dotyk polega na dotknięciu ciała pozbawionego ładunku ciałem naelektryzowanym. Jeżeli jest ono naładowane dodatnio, to elektrony przechodzą z ciała obojętnego elektrycznie na ciało naelektryzowane. Jeżeli naelektryzowane ciało jest naładowane ujemnie, to elektrony przechodzą z niego na ciało obojętne elektrycznie. W efekcie na obu ciałach gromadzi się ładunek elektryczny tego samego znaku.
   Uwaga: elektryzowanie przez dotyk musi być poprzedzone przemieszczeniem się ładunku w ciele, które chcemy naelektryzować.

3. *Elektryzowanie przez indukcję polega na zbliżeniu (na pewną odległość) ciała naładowanego do innego ciała. W efekcie następuje przemieszczanie się elektronów swobodnych: bliżej ciała naelektryzowanego gromadzi się (indukuje) ładunek o znaku przeciwnym niż ładunek ciała naelektryzowanego, a na przeciwnej stronie tego ciała – ładunek mający taki sam znak. Efekt ten znika, gdy oddalimy ciało naelektryzowane.

2. Ładunek elektryczny

R119BMXy6yjc41

Zdjęcie wyładowania iskrowego

Materia zbudowana jest z ogromnej liczby atomów, a te składają się z cząstek elementarnych. Niektóre z nich są obdarzone ładunkiem elektrycznym:

• elektrony – ładunkiem ujemnym;

• protony – ładunkiem dodatnim.

W ciele obojętnym elektrycznie liczba elektronów jest równa liczbie protonów.
W ciele naładowanym ujemnie liczba elektronów jest większa od liczby protonów.
W ciele naładowanym dodatnio liczba elektronów jest mniejsza od liczby protonów.
Ładunek elektryczny oznaczany jest najczęściej literą $Q$ lub $q$.
Jednostką ładunku elektrycznego jest kulomb; oznaczmy go literką „C”.

3. Oddziaływanie ładunków elektrycznych

RYCXyZ5gUZibi1

Zdjęcie (rysunek) sił coulombowskich dla różnych kombinacji znaków ładunku

1. Ciała obdarzone ładunkiem elektrycznym oddziałują wzajemnie jeden na drugi siłą elektrostatyczną:

   • gdy ich ładunki są tego samego znaku (jednoimienne), ciała się odpychają;

   • gdy ich ładunki są przeciwnego znaku (różnoimienne), ciała się przyciągają.

2. Oddziaływanie elektrostatyczne jest wzajemne.

3. Wartość siły elektrycznej zależy zarówno od wartości ładunku zgromadzonego na ciałach, jak i o dodległości między nimi:

   • im większa wartość ładunku, tym większa siła elektrostatyczna;

   • im większa odległość między ciałami, tym mniejsza siła elektrostatyczna.

4. Prawo wiążące siłę elektrostatyczną z wartością ładunków i odległością między naelektryzowanymi ciałami nazywamy prawem Coulomba.

4. Ładunek elementarny

RNyQezATuIzzw1

Elektron

Ładunek elementarny to najmniejsza porcja ładunku, jaką można przenieść z jednego ciała na drugie. Oznaczamy go literą „$\text{e}$”. Ładunek elementary jest równy wartości ładunku, jaki posiadają elektron lub proton, i wynosi $\mathrm{1,602}·{10}^{-19}\text{C}$.
Wartość każdego ładunku elektrycznego jest wielokrotnością ładunku elementarnego:

5. Zasada zachowania ładunku

1. Ładunki elektryczne nie giną ani nie można ich stworzyć – mogą jedynie się przemieszczać.

2. W układach izolowanych sumaryczny ładunek elektryczny (algebraiczna suma ładunków dodatnich i ujemnych) nie ulega zmianie.

3. Dwa powyższe stwierdzenia są niezależnymi sformułowaniami zasady zachowania ładunku; każde z nich podkreśla jej inny aspekt.

4. W układzie izolowanym elektrycznie nie dochodzi do wymiany ładunków z otoczeniem.

5. Zasada zachowania ładunku pozwala wyjaśnić przebieg wielu zjawisk, do których należą: elektryzowanie ciał (przez tarcie, dotyk i indukcję), zasady rządzące przepływem prądu elektrycznego (pierwsze prawo Kirchhoffa) i wiele zjawisk w mikroświecie, np. reakcje jądrowe.

6. Przewodniki i izolatory

RAiaEIxzjLXCY1

Zdjęcie materiałów przewodzących (metali) i izolatorów (plastik)

1. Ze względu na łatwość, z jaką ciała przewodzą prąd elektryczny, dzielimy je na:

   • przewodniki;

   • izolatory;

   • *półprzewodniki.

2. Przewodniki to ciała dobrze przewodzące prąd, zawierające cząstki naładowane, które mogą się swobodnie wewnątrz nich przemieszczać. Cząstki te nazywamy nośnikami prądu.
   Przewodnikami są:

   • metale (złoto, srebro, miedź, glin) – nośnikami prądu są w nich elektrony;

   • elektrolity, czyli ciecze przewodzące prąd (roztwory kwasów, zasad i soli, w tym płyny ustrojowe organizmów żywych), a  nośnikami prądu są w nich jony;

   • zjonizowane gazy (gazy zamknięte w świetlówkach i lampach neonowych, iskra, błyskawica) – nośnikami prądu są w nich elektrony i jony.

3. Izolatory to substancje, które nie przewodzą prądu elektrycznego. Cząstki obdarzone ładunkiem nie mogą się w nich swobodnie przemieszczać;

   • do izolatorów zalicza się m.in. gumę, szkło, styropian, papier, suche drewno, tworzywa sztuczne i suche powietrze;

   • izolatory znajdują szerokie zastosowanie jako materiały zabezpieczające przed porażeniem prądem elektrycznym.

4. *Półprzewodnik to materiał wykazujący właściwości przewodnika oraz izolatora.

   • przykładem półprzewodników są krzem i german;

   • najważniejszą cechą półprzewodników jest to, że możemy zmieniać ich zdolność przewodzenia prądu przez wprowadzenie pewnych domieszek;

   • półprzewodniki znalazły zastosowanie głównie w przemyśle – wykorzystuje się je do wyrobu elementów elektronicznych takich jak tranzystory, diody, układy scalone i elementy pamięci;

   • zdolność przewodzenia prądu przez półprzewodniki rośnie wraz ze wzrostem temperatury (odwrotnie niż u przewodników). Dzieje się tak, ponieważ ze wzrostem temperatury wzrasta liczba swobodnych nośników ładunku.

Test

Zadania