Elektroskop. Jednotka elektrického náboje

(Učebnice strana 104 – 108)Pomůcka, kterou můžeme zjišťovat nejen přítomnost elektrického náboje, ale i porovnávat velikost nábojů, se nazývá elektroskop.

Jednoduchý elektroskop si můžeme sestavit ze svíčky, hřebíčku a proužku alobalu.

Proužku alobalu se dotkneme záporně nabitou tyčí. Záporně zelektrovaná tyč má přebytek elektronů, které se vzájemně odpuzují. Při dotyku tyče se staniolem část elektronů přejde na staniol. Tím se obě poloviny staniolu nabijí záporně a vzájemně se odpuzují.Proužku alobalu se dotkneme rukou.

Proužky alobalu poklesnou. V záporně nabitém proužku alobalu byl přebytek elektronů, které při dotyku rukou přejdou do našeho těla (nebo do země). Tím se alobal stane opět elektricky neutrální. Proužek alobalu jsme vodivě spojili se zemí. Říkáme, že jsme proužek alobalu uzemnili.

Vosk, ze kterého je svíčka, je elektrický izolant. Svíčka tedy brání tomu, aby se elektrický náboj z nabitého proužku alobalu odváděl pryč, např. do země.

Spojíme-li těleso vodivě se zemí, stane se těleso elektricky neutrální. Říkáme, že jsme těleso uzemnili.

Pro pokusy ve škole budeme používat elektroskop s otočnou ručkou.

stojan z izolantu

kovová skříňka

nehybná kovová tyč

kovová otáčivá ručka

prstenec z izolantu

kovová deska

+ +

Elektroskopu se dotkneme kladně nabitou tyčí.

- -

Volné elektrony z kovové desky jsou přitahovány ke kladně nabité tyči a část jich přejde na tyč. V desce, nehybné tyčce i ručce elektroskopu, které jsou vodivě propojeny, vznikne přebytek kladného náboje. Jsou kladně nabité. Otáčivá ručka je odpuzována od souhlasně nabité tyčky,proto se vychýlí.

Elektroskopu se dotkneme záporně nabitou tyčí.

Část volných elektronů z tyče na kovovou desku elektroskopu. V desce, nehybné tyčce i ručce elektroskopu, které jsou vodivě propojeny, vznikne přebytek záporného náboje. Jsou záporně nabité. Otáčivá ručka je odpuzována od souhlasně nabité tyčky, proto se vychýlí.

+ + ++

Elektroskopu se dotkneme kladně nabitou tyčí opakovaně.

Výchylka ručky elektroskopu se zvětšuje. To znamená, že náboj na elektroskopu se zvětšuje.Nabitého elektroskopu se dotkneme opakovaně záporně nabitou tyčí.Výchylka ručky elektroskopu se zmenšuje. To znamená, že náboj na elektroskopu se zmenšuje.

Elektroskopem zjišťujeme, zda je těleso elektricky nabité, popř. zda je jeho náboj kladný nebo záporný. Podle výchylky ručky elektroskopu usuzujeme na velikost přeneseného náboje.

Když se po dotyku zkoumaným tělesem výchylka ručky elektroskopu zvětší, má těleso souhlasný náboj jako elektroskop. Při zmenšení výchylky ručky nabitého elektroskopu má těleso náboj opačný.

++

��

Desky kladně nabitého elektroskopu se dotkneme rukou (nebo ji uzemníme).

Část volných elektronů přejde z našeho těla (nebo ze země) na desku, nehybnou tyčku a ručku elektroskopu. Elektroskop se stane elektricky neutrálním.

Desky záporně nabitého elektroskopu se dotkneme rukou (nebo ji uzemníme).

Část volných elektronů přejde z desky, nehybné tyčky a ručky elektroskopu do našeho těla (nebo do země). Elektroskop se stane elektricky neutrálním.

Spojíme-li nabité těleso vodivě se zemí, stane se těleso elektricky neutrálním. Říkáme, že jsme těleso uzemnili.

+ + + + + +

Nabitý elektroskop propojíme vodivě (kovovou tyčí) postupně s dalšími dvěma elektroskopy.

Náboj z prvního elektroskopu se postupně rozdělí mezi všechny elektroskopy stejným dílem. 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, který má stejně elektronů jako protonů, je elektricky neutrální. Nejmenší nedělitelný elektrický náboj se nazývá elementární elektrický náboj, označuje se  e.

Pro pozorování zelektrovaných těles je elementární elektrický náboj e velmi malá jednotka. Proto byl za jednotku elektrického náboje zvolen coulomb (nazvaný na počest francouzského fyzika Charlesa Auguste de Coulomba), označuje se C. 

Elektrický náboj je fyzikální veličina, která vyjadřuje velikost schopnosti působit elektrickou silou, označuje se Q. Jednotkou elektrického náboje je coulomb, označuje se C. Nejmenší elektrický náboj nazýváme elementární elektrický náboj e.Měřením bylo zjištěno, že 1 C = 6 · 1018 e, 1 e = 1,602 · 10-19 C. 

V praxi se používají i menší jednotky, milicoulomb (mC) a mikrocoulomb (μC).

1 mC = 0,001 C = 10-3 C1 μ C = 0,000 001 C = 10-6 C

Všechna tělesa obsahují obrovské množství kladných a záporných nábojů. Jsou vázány na elementární částice, z nichž je látka složena.

Kladně nabitá tělesa obsahují více kladných nábojů než záporných.Záporně nabitá tělesa obsahují více záporných nábojů než kladných

Elektrický náboj může přecházet z jednoho tělesa na druhé (např. při tření tyče, dotyku nabitých těles, jejich spojení vodičem, jiskrovým výbojem atd.)

Elektrický náboj lze získat pomocí Van de Graaffova generátoru. Je to elektrostatický stroj umožňující nabíjet kovovou kouli na velmi vysoké napětí. Vynalezl jej americký fyzik R. J. van de Graaff, první model sestrojil v roce 1929. Do konce 30. let 20. století byly sestrojeny obří generátory vyrábějící až 5 MV. Stroj má využití při fyzikálních experimentech, ale i pro urychlování elektronů.

Princip van de Graaffova generátoru je založen na tom, že pokud se uvnitř vodiče nachází dutina, zůstává v této dutině intenzita elektrického pole nulová. Pole uvnitř dutiny zůstává nulové i při změně celkového náboje vodiče. Náboj přivedený dovnitř vodiče se okamžitě přemístí na vnější povrch a pole uvnitř dutiny se nezmění. 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 vznikají stejně velké nesouhlasné náboje. Pokud koule k sobě přiblížíme, vzniká jiskrový výboj.

Otázky a úlohy k opakování – učebnice strana 108.