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).

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:

Dodaj do Google Classroom

Następny temat:
Jednostka ładunku: kulomb