Ładunek elektryczny

Czym jest ładunek elektryczny? Ładunek elektryczny to właściwość materii polegająca na oddziaływaniu elektromagnetycznym ciał. Rozróżniamy ładunki dodanie i ujemne. Suma ładunków dodanych i ujemnych w układzie izolowanym nie zmienia się – zgodnie z zasadą zachowania ładunku. Ładunek elektryczny jest wielokrotnością ładunku elementarnego (ładunku o wartości bezwględnej jednego elektronu).

Symbolem ładunku elektrycznego jest litera q. Jednostką ładunku elektrycznego jest 1 kulomb (1 C).

Ładunek elektryczny
Ładunki elektryczne dodatnie i ujemne

1. Ładunki dodanie i ujemne

Już w XVIII wieku odkryto, że mamy dwa rodzaje ładunków elektrycznych. Benjamin Franklin zaproponował aby nazwać je dodatnimi i ujemnymi, oraz zaobserwował, że ładunki jednoimienne odpychają się a różnoimienne przyciągają się. Brak ładunku lub taka sama ilość ładunku dodaniego i ujemnego będzie elektrycznie neutralna.

Znacznie później odkryto elektrony oraz protony – okazało się, że elektrony posiadają ładunek ujemny a protony dodani. Neutrony nie posiadają ładunku – są neutralne. Ponieważ wiemy, że to elektrony mogą przemieszczać się pomiędzy ciałami w pewnych warunkach:

  • Ciała posiadające „za mało elektronów” będą naładowane dodanio, gdyż suma ładunków dodatnich protonów oraz ładunku pozostałych ujemnych elektronów będzie dodania
  • Ciało posiadające „za dużo elektronów” będą naładowane ujemnie, gdyż suma ładunków dodatnich protonów oraz ładunku ujemnych elektronów razem z ich „nadwyżką” będzie ujemna.

2. Zasada zachowania ładunku elektrycznego

Benjamin Franklin zaobserwował, że całkowity ładunek elektryczny czyli suma ładunku dodatniego oraz ujemnego nie zmienia się.

Przykład: Podczas pocierania plastikowej linijki o ręcznik papierowy – papier naelektryzuje się dodanio ładunkiem o tej samej wartości bezwzględnej co naelektryzowana ujemnie linijka. Suma wszystkich ładunków dodanich i ujemnych w tym układzie nie zmieni się, podobnie jak liczba elektronów.

Regułę tą nazywamy zasadą zachowania ładunku. Zasada zachowania ładunku głosi, że w układach izolowanych całkowity ładunek elektryczny czyli algebraiczna suma ładunków dodatnich i ujemnych nie ulega zmianie. Ładunek „nie ginie”, może jedynie ulec przemieszczeniu.

Zadanie:

Dwie metalowe kule zostały naelektryzowane ładunkami -3 C oraz +5 C. Jaki będzie znak oraz wartość ładunków po zetknięciu oraz rozsunięciu tych kul?

Odpowiedź: Po zetknięciu oraz rozsunięciu obie kule będą posiadać ładunek +1 C. Zgodnie z zasadą zachowania ładunku suma ładunków elektrycznych nie ulegnie zmianie.

3. Ładunek elementarny

Ładunek elektryczny jest wielokrotnością ładunku elementarnego czyli dodatniego ładunku o wartości bezwzględnej jednego elektronu (lub wartości ładunku jednego protonu). Dlaczego akurat takiej? Pamiętajmy, że to elektrony przemieszczają się tworząc „nadmiar” i „niedobór” ładunków obu znaków.

Ładunek elementarny oznaczamy mała literą e. Wartość ładunku elementarnego to:

e = 1,602 177 33 ∙10-19 C ≈ 1,6 ∙10-19 C

Skoro ładunek elektryczny jest wielokrotnością ładunku elementarnego to oznacza, że przyjmuje wartości określone, a nie dowolne. Mówimy, że ładunek jest wielkością skwantowana czyli zmieniającą się o określone wartości lub ich wielokrotności. Kwant to najmniejsza wartość o jaką może się zmienić wielkość fizyczna.

Zadanie:

Metalowy pręt został naelektryzowany dodatnio. Jak wytłumaczyć to zjawisko?

a) Pewna ilość elektronów odpłynęła z pręta
b) Pewna ilość protonów dopłynęła do pręta
c) Pewna ilość neutronów odpłynęła z pręta

Odpowiedź: Pewna ilość elektronów odpłynęła z pręta na inne ciało. Prawidłowa odpowiedź to a. Odpowiedź b i c są nieprawidłowe – protony i neutrony tworzą część jądra atomu, dodatkowo neutrony nie posiadają ładunku elektrycznego.


PRZYDATNY ARTYKUŁ? Udostępnij link innym:

Facebooktwitterpinterestmail

Dodaj do Google Classroom

Następny temat:
Jednostka ładunku: kulomb

Pozostałe tematy z działu: ELEKTROSTATYKA

Elektryzowanie ciał | Ładunek elektryczny | Jednostka ładunku elektrycznego: kulomb | Budowa atomu | Przewodniki i izolatory | Indukcja elektrostatyczna | Elektroskop | Prawo Coulomba