Elektrický náboj. Elektrické pole Co už víme o elektrických vlastnostech látek (Učebnice strana 98 – 101) Co je to elektřina? Není to nějaká věc, jako voda nebo vzduch, je to způsob chování hmot, spíše vhodné pojmenování pro jisté fyzikální jevy. Popíšeme-li, jak se chovají zelektrované předměty, řekli jsme vše, co se dá o elektřině říci. Elektřina tedy není látka, která se dá natlačit do předmětů tak jako voda do hadice nebo nanést na jejich povrch jako barva. Je to pojmenování pro jisté fyzikální vlastnosti. K popisu nových jevů musíme používat nových slov. V mnohých případech však nemá staré a známé slovo dost přesný nebo výstižný význam, jaký právě potřebujeme. Pak je třeba zavést nové slovo. Pod slovem "náboj" rozumíme obvykle přitažlivý nebo odpudivý účinek jedné hmoty na druhou.

působí přitažlivá síla Třením se papír a sáček zelektrovaly – mají elektrický náboj. Působí mezi nimi elektrická síla. Mezi papírem a sáčkem působí přitažlivá síla list papíru mikroténový sáček Třením dvou proužků z mikroténu se proužky zelektrovaly – mají elektrický náboj. Mezi dvěma proužky z mikroténu působí odpudivá síla. Z pokusů vyplývá, že existují dva druhy náboje - záporný náboj a kladný náboj

Při vzájemném tření dvou těles z různých látek se mohou tělesa zelektrovat. Zelektrovaná tělesa mají kladný nebo záporný náboj. Mají-li dvě tělesa stejný náboj – jsou souhlasně zelektrovaná a působí mezi nimi odpudivá elektrická síla. Mají-li dvě tělesa různý náboj – jsou nesouhlasně zelektrovaná a působí mezi nimi přitažlivá elektrická síla. Třením o svetr se balónek zelektrizuje. Balónek a svetr se pak přitahují - jsou zelektrovány nesouhlasně.  Dva zelektrované balónky se odpuzují - jsou zelektrovány souhlasně. Tělesa zelektrovaná souhlasnými náboji se vzájemně odpuzují elektrickou silou, tělesa nabitá nesouhlasnými náboji se vzájemně přitahují elektrickou silou.

Kolem každého zelektrovaného tělesa působí na zelektrovaná tělesa elektrická síla. Zelektrovaná tělesa se přitahují nebo odpuzují aniž by se dotýkala – v jejich okolí je elektrické pole. Na souhlasně zelektrovaná působí odpudivá síla. Na nesouhlasně zelektrovaná působí přitažlivá síla. odpudivá síla + Přitažlivá síla - - + + - Okolo zelektrovaného tělesa je elektrické pole. V elektrickém poli působí na zelektrovaná tělesa přitažlivá nebo odpudivá elektrická síla.

Elektrické vlastnosti lze vysvětlit tak, že atom není nejmenší částečkou hmoty, ale je tvořen dalšími částicemi. Thomsonův ,,pudinkový model“ předpokládal, že uvnitř kladně nabité hmoty se volně pohybují záporně nabité částice – elektrony (jako rozinky v pudinku). - - - - - - - - - elektron se záporným nábojem - - - kladně nabitá hmota Thomsonův model vyvrátil Ruthefordův pokus v roce 1911. Při ostřelování tenké zlaté fólie kladnými ionty helia zjistil, že kladný náboj je soustředěn v nepatrném prostoru ve středu atomu a zde je také soustředěna téměř všechna hmota atomu. Objevil tak atomové jádro. Kladné náboje v jádře byly nazvány protony. Jádro atomu má 100 000 krát menší poloměr než obal. Kdyby jádro mělo poloměr 1 mm, obal by měl poloměr 100 000 mm = 100 m.

Ukázalo se však, že celková hmotnost atomu je nejméně dvakrát větší než jeho protonů a elektronů. To znamená, že v jádře existují další těžké částice, ale bez elektrického náboje. Nazývají se neutrony a byly objeveny v roce 1935. V dnešní době se prokazuje existence dalších částic, z kterých jsou složeny protony a neutrony, tzv. kvarky.

- + + + - - Obal Jádro Model atomu atom obal jádro n – neutron Proton Elektron + Náboje jednotlivých částic n – neutron bez náboje + p – proton - kladný náboj Jádro - e – elektron záporný náboj Model atomu helia

Dva nesouhlasné náboje se přitahují. - + + + Dva souhlasné náboje se odpuzují. Hliník 13Al - - Každý atom se skládá z atomového jádra a obalu. Jádro obsahuje určitý počet protonů a neutronů. Okolo jádra atomu obíhají elektrony. Elektrony tvoří elektronový obal atomu. Počet elektronů v obalu atomu je stejný jako počet protonů v jádře atomu, proto je záporný elektrický náboj obalu atomu stejně velký jako kladný náboj jádra atomu. Atom je elektricky neutrální. Atomy různých chemických prvků se liší různým počtem protonů. 13 + + Rtuť 80Hg

Složení atomu lze vyčíst z tohoto zápisu: nukleonové číslo – Dmitrij Ivanovič Mendělejev seřadil prvky podle jejich chemických vlastností a podle počtu protonů do tabulky, která se nazývá periodická soustava prvků. Složení atomu lze vyčíst z tohoto zápisu: nukleonové číslo – udává počet protonů a neutronů v jádře protonové číslo – udává počet protonů v jádře a pořadí v periodické tabulce prvků + Elektricky neutrální atom má stejný počet elektronů jako počet protonů v jádře. + 6 47 47 atom uhlíku atom stříbra + 61 -má 6 protonů, 6 neutronů a 6 elektronů má 47 protonů, 61 neutronů a 47 elektronů

- - + + + + + - - - Elektrování těles K elektrování těles dochází při jejich vzájemném tření. Atom tělesa 1 Atom tělesa 2 Obě tělesa vzájemně třeme. - - + Dojde k tomu, že elektron z obalu prvního atomu přejde do obalu atomu druhého tělesa. + + + + - - - Vzniká elektricky nabitá částice – iont. Modelová ukázka 2 p 1 e 3 P 4 E + + + + + - - - - - Výsledný elektrický náboj + -

Odtržením jednoho nebo více elektronů z obalu elektricky neutrálního atomu vznikne částice s kladným elektrickým nábojem. Nazývá se kladný iont. Přijetím jednoho nebo více elektronů do obalu elektricky neutrálního atomu vznikne částice se záporným elektrickým nábojem. Nazývá se záporný iont. Ke vzniku iontu dochází např. při elektrování těles třením.

Příklad – elektrování při česání vlasů Hřeben i vlasy jsou před česáním elektricky neutrální. Při pročesávání přecházejí některé elektrony z vlasů na hřeben, v hřebenu vzniknou z elektricky neutrálních atomů záporné ionty – hřeben získá záporný elektrický náboj. Ve vlasech naopak převládnou kladné náboje protonů nad zápornými náboji elektronů – vlasy získají kladný elektrický náboj. Kladně zelektrované vlasy se vzájemně odpuzují elektrickou silou. Kladně zelektrované vlasy a záporně zelektrovaný hřeben se vzájemně přitahují.

Do obvodu budeme zapojovat různé předměty – železný klíč, papírovou obálku, plastové pravítko, skleněný teploměr, tužku.  Papírová obálku, plastové pravítko, skleněný teploměr a dřevo elektrický proud nevedou, žárovka se nerozsvítí. Železný klíč a tuha elektrický proud vedou, žárovka se rozsvítí. V elektrických vodičích jsou volné částice s elektrickým nábojem, např. v kovovém vodiči se mezi pravidelně uspořádanými kladnými ionty volně pohybují některé elektrony. Říkáme jim volné elektrony. V izolantech nejsou volné částice s el. nábojem nebo je jich tam málo. Látky, které vedou elektrický proud, nazýváme elektrické vodiče. Dobrými vodiči elektrického proudu jsou kovy, např. stříbro, měď, hliník, ocel… Vodiči el. proudu jsou i tuha a uhlíkové destičky.

Látky, které nevedou elektrický proud, nazýváme elektrické izolanty. Elektrickými izolanty jsou např. sklo, plasty, guma, parafín, krystalická kuchyňská sůl... Do elektrického obvodu zapojíme zdroj elektrického napětí, žárovku, spínač, k nádobě připevněné dvě uhlíkové tyčinky. Žárovka nesvítí, obvodem neprochází elektrický proud. Destilovaná voda je elektrický izolant. Do nádoby nalijeme destilovanou vodu a uzavřeme spínač. Do vody nasypeme trochu kuchyňské soli a necháme ji rozpustit. Žárovka se rozsvítí, obvodem prochází elektrický proud. Roztok kuchyňské soli vede elektrický proud. Vodné roztoky některých látek, např. kuchyňské soli vedou elektrický proud. Proto při zacházení s elektrickým zařízením je nebezpečné používat vlhké izolanty, ale i např. mít zpocené ruce apod. Otázky a úlohy k opakování – učebnice strana 102 – 103.