ELEKTRICKÝ NÁBOJ

Všechny látky v sobě obsahují elementární kladné a záporné elektrické náboje. Pokud jsou tyto náboje v rovnováze, neprojevují se navenek. Dojde-li k porušení této rovnováhy, vzniká energetické pole, které se projevuje silovými účinky. Při pohybech elektrických nábojů dochází k energetickým projevům, které jsou využívány všude kolem nás. Téměř všechna technická zařízení pracují na základě působení elektrického proudu.

Člověk se od pradávna setkával s různými projevy živé i neživé přírody, které si neuměl uspokojivě vysvětlit. Jeho snahy o pochopení některých jevů se někdy ubíraly správným směrem a poznatky pak byly v průběhu času vylepšovány, někdy však byly již první úvahy zcela mylné a bylo třeba je změnit od základů. To se týká i poznávání elektrických vlastností a projevů hmoty.
Dnes víme, že elektrické náboje jsou obsaženy v částicích, z kterých se skládají atomy, stavební kameny všech látek. Každý atom má jádro a obal. Jádro je složeno z protonů a neutronů, obal z elektronů. Nositeli elektrických nábojů jsou protony a elektrony, neutrony jsou elektricky neutrální (odtud i jejich název). Vědci se dohodli, že elektrický náboj obsažený v protonu budeme označovat jako kladný a náboj obsažený v elektronu jako záporný. K tomu je třeba dodat, že velikost elektrického náboje protonu a elektronu se liší pouze polaritou, která se označuje znaménkem + nebo -. Hodnota elektrického náboje atomu představuje vždy součet těchto základních nábojů.

                  Polarizovaný nevodič

Z hlediska elektrického náboje nás zajímá množství protonů a elektronů ve zkoumané látce. Jestliže je v jednotlivých atomech stejný počet elektronů a protonů, jsou tyto atomy elektricky neutrální, elektrický náboj se do okolního prostředí nijak neprojevuje. Totéž pak platí i pro zkoumanou látku. Jestliže je v atomech menší počet elektronů než protonů, je atom, a tedy i zkoumaná látka, nabit elektricky kladně. Může také nastat situace, kdy součet protonů a elektronů v atomech je shodný, ale ve zkoumané látce jsou navíc volné elektrony. Potom je látka nabita záporně. Látky, jejichž atomy se snadno zbavují elektronů, se nazývají elektricky vodivé, vodiče. To jsou například kovy. Látky, které jsou z tohoto pohledu stabilní, jsou elektricky nevodivé, jsou to tzv. nevodiče. Příkladem je sklo, síra, ebonit, jantar.

PRVNÍ POZOROVÁNÍ PROJEVŮ ELEKTŘINY

V 6. století př. Kr. popsal řecký filosof Thales Milétský podivuhodný jev týkající se jantaru, který byl tehdy používán při předení lnu. Jantar byl náhle schopen přitahovat k sobě drobná tělíska. A naopak vlákna lnu se začala vzájemně odpuzovat. K tomuto jevu se v 2. polovině 16. století vrátil lékař anglické královny, fyzik William Gilbert. Prováděl pokusy, při kterých zjistil, že i jiné látky získávají třením schopnost přitahovat drobná tělíska a lehké předměty. Protože se jantar řecky nazývá elektron, nazval látky, které mají uvedenou schopnost, látkami elektrickými. Tím je odlišil od látek magnetických, které jsou také schopny přitahovat některé předměty.

VYSVĚTLENÍ POZOROVANÉHO JEVU

Nyní se dostáváme k otázce, co se vlastně z fyzikálního hlediska při předení lnu dělo.
Jestliže o sebe třeme předměty, z nichž jeden je z elektricky vodivé látky a druhý z nevodivé, pak třením dochází k uvolňování elektronů z atomů elektricky vodivé látky. Tyto elektrony přecházejí do meziatomového prostoru látky elektricky nevodivé. Při oddálení obou předmětů je pak v nevodiči více elektronů, nosičů záporného náboje, než protonů a látka je nabita záporně.
Vodivá látka část svých elektronů předala nevodiči, a proto je v ní v tomto okamžiku více kladně nabitých částic, protonů. Látka je nabita kladně.

Elektrická indukce

Charakteristickou vlastností elektricky nabitých látek je skutečnost, že látky nabité stejným nábojem se odpuzují a látky nabité opačnými náboji se přitahují. Při dotyku (kontaktu) těchto látek se náboje vyrovnají, což ve skutečnosti znamená, že část elektronů se přemístí ze záporně nabitého tělesa do tělesa nabitého kladně. Potom se začnou obě tělesa odpuzovat.
Uvedený příklad ze starověkého Řecka lze tedy vysvětlit tak, že se při předení třela vlákna lnu o jantarový nástroj. Ze lnu se přemístilo určité množství elektronů do jantaru a jantar se tak stal elektricky nabitým. Protože v něm bylo více elektronů než protonů, byl nabit záporně. Ve lnu naopak bylo více protonů než elektronů, a tak byl nabit kladně.
Takový elektrický náboj, který je tvořen nadbytkem nebo nedostatkem elektronů v tělese, nazýváme statická elektřina.
Ještě je třeba vysvětlit, proč může elektricky nabitá látka přitahovat elektricky nenabité a nevodivé předměty, v nichž nedochází k přemisťování elektronů z atomů do meziatomového prostoru nebo do okolí. Je to proto, že k přemisťování elektricky nabitých částic zde dochází v molekulách. Tomuto jevu se říká polarizace.

NÁBOJ V TĚLESE

Elektrony se mohou přemisťovat nejen mezi různými látkami, ale mohou se pohybovat i uvnitř jednoho předmětu. Jestliže je v tělese například více elektronů než protonů, dojde k následujícímu jevu: tyto volné elektrony (volné zde znamená, že nejsou součástí atomů zkoumané látky) se vzájemně odpuzují, až se vytlačí na okraj předmětu, kde se rozmístí stejnoměrně po jeho povrchu.
K přemístění elektrických nábojů ve vodivém tělese dojde také tehdy, jestliže do jeho blízkosti umístíme jiné elektricky nabité těleso. Na povrchu, který je přivrácen k elektricky nabitému tělesu, se soustředí opačný náboj a na povrchu odvráceném od nabitého tělesa náboj s ním shodný. Obě tělesa se pak přitahují.
Pohyb elektrických nábojů můžeme také vyvolat napojením vodiče na zdroj elektrického proudu. Spojíme-li například železný drát na jednom konci s kladným pólem a na druhém konci se záporným pólem baterie, dojde k pohybu elektronů v drátu ve směru od záporného ke kladnému pólu. Elektrony jsou tedy nosiči elektrického proudu.