Naelektrisanje

Iz Vikipedije, slobodne enciklopedije
Skoči na: navigacija, pretraga

Naelektrisanje ili električni naboj je jedna od osnovnih osobina nekih subatomskih čestica kojom se karakterišu elektromagnetne interakcije (interakcije čestica sa elektromagnetskim poljem). Naelektrisana materija stvara elektromagnetno polje. Naelektrisanje je uzrok elektromagnetnog polja, a takođe podleže dejstvu elektromagnetnih polja. Uzajamno dejstvo naelektrisanja i polja je uzrok elektromagnetne sile koja predstavlja jednu od četiri osnovne sile u prirodi.

U prirodi postoje dve vrste naelektrisanja. Dogovoreno je da se ova naelektrisanja obeležavaju algebarskim znacima „plus“ i „minus“. Upotreba algebarskih znakova + i - je u skladu sa zapaženim osobinama sila koje dejstvuju između dva naelektrisana tela. Naelektrisanja različitih znakova se privlače što odgovara činjenici da je proizvod dva broja različitog znaka uvek negativan. Takođe, naelektrisanja istog znaka se odbijaju što je u skladu sa činjenicom da je proizvod dva broja istog znaka uvek pozitivan.

Naelektrisanje je nekada smatrano neprekidnom i beskonačno deljivom osobinom. Danas znamo da postoji najmanja količina naelektrisanja. Ona se vezuje za osnovno (elementarno) naelektrisanje elektrona. Svako naelektrisano telo u prirodi ima višak ili manjak elektrona. Stoga se kaže da je količina naelektrisanja (nekada se zove električno opterećenje) konačan skup elementarnih količina elektriciteta.

Uvod[uredi]

Naelektrisanje je svojstvo subatomskih čestica i u prirodi se javlja samo kao celobrojni umnožak elementarnog naelektrisanja. Zato se kaže da je naelektrisanje diskretno odnosno kvantovano. Kada se izražava kao umnožak elementarnog naelektrisanja, elektron ima naelektrisanje -1 a proton naelektrisanje +1. Kvark, zavisno od vrste, može da ima naelektrisanje −1/3 ili +2/3. Antičestice imaju naelektrisanja suprotna od odgovarajućih čestica (pozitron +1, antiproton -1). Postoje i druge naelektrisane čestice (tau, mion...).

Nalektrisanje makroskopskog tela je zbir naelektrisanja svih čestica od kojih je telo sastavljeno. Često, ukupno nalektrisanje je jednako nuli, pošto je broj elektrona u svakom atomu jednak broju protona, pa se njihova naelektrisanja poništavaju. Pojava u kojoj ukupno naelektrisanje nije jednako nuli, i pritom su ta naelektrisanja nepokretna i njihova količina se ne menja u vremenu, naziva se statički elektricitet. Dalje, čak i kada je zbir naelektrisanja jednak nuli, pozitivna i negativna nelektrisanja ne moraju biti ravnomerno raspoređena unutar tela (na primer pod uticajem spoljnjeg električnog polja), i onda se za materijal kaže da je polarizovan, a naelektrisanje koje nastaje usled polarizacije naziva se vezano naelektrisanje (dok se dodatno naelektrisanje doneto spolja u telo nnaziva slobodno naelektrisanje). Uređeno kretanje naelektrisanih čestica u određenom smeru naziva se električna struja.

SI jedinica naelektrisanja naziva se kulon i označava se sa C. Jedan kulon sadrži oko 6.24 × 1018 elementarnih naelektrisanja (naelektrisanje jednog protona ili jednog elektrona). Kulon se definiše kao količina naelektrisanja koju u toku jedne sekunde prenese struja od jednog ampera. Simbol Q se koristi da označi količinu naelektrisanja.

Strogo, količina naelektrisanja mora biti umnožak elementarnog naelektrisanja e (naelektrisanje je kvantovano). Ali, pošto je količina naelektrisanja prosečna, makroskopska veličina, mnogo redova veličine veća od elementarnog naelektrisanja, efektivno može imati bilo koju realnu vrednost.

Osobine[uredi]

Količina naelektrisanja je relativistički invarijantna. To znači da naelektrisanje čestice q, ostaje konstantno bez obzira koliko se brzo čestica kreće. Ova osobina je i eksperimentalno potvrđena. Pokazano je da je naelektrisanje jednog jezgra helijuma (dva protona i dva neutrona) koje se kreće velikom brzinom isto kao i naelektrisanje dva jezgra deuterijuma (jedan proton i jedan neutron) koja se kreću mnogo sporije nego jezgro helijuma.

Zakon održanja količine naelektrisanja[uredi]

Ukupna količina naelektrisanja izolovanog sistema ostaje konstantna nezavisno od promena u samom sistemu. Ovaj zakon je nasledan za sve procese poznate u fizici. U opštem slučaju, ukupna promena u vremenu gustine naelektrisanja \rho unutar neke zapremine V jednaka je površinskom integralu gustine struje kroz površinu S te zapremine, što je dalje jednako struji I:

- \frac{\partial}{\partial t} \int_V \rho\, dV = \int_S \mathbf{J} \cdot \mathbf{dS} = I

Odnosno da bi unutar neke zapremine V došlo do promene ukupne količine naelektrisanja (a samim tim i promene gustine naelektrisanja \rho), određena količina naelektrisanja mora da uđe u tu zapreminu, ili da izađe iz nje. Prolaskom tih naelektrisanja kroz površinu S te zapremine, dobija se struja I. Ukoliko ista količina naelektrisanja uđe i izađe iz zapremine, onda imamo dve struje tih naelektrisanja kroz površinu S, +I i -I. Zbir ove dve struje je 0, pa je i ukupna promena naelektrisanja u zapremini V jednaka nuli. Iz ovoga se vidi da je prvi Kirhofov zakon specijalni slučaj zakona o održanju količine naelektrisanja.

Vidi još[uredi]

Spoljašnje veze[uredi]

Literatura[uredi]