Vlastnosti elementárních částic s elektrickým nábojem

Třením dvou různých těles o sebe a také indukcí mohou tělesa získat speciální vlastnosti — elektrické.

Elektrické náboje a nabité částice

Učení se elektrifikovaných těles ukázal, že jejich elektrické vlastnosti se vysvětlují tím, že částice, ze kterých se skládají všechny látky, mají zvláštní fyzikální vlastnost zvanou elektrický náboj.

Elektrický náboj charakterizuje vztah částic s jejich vlastním elektromagnetickým polem a jejich interakci s vnějším elektromagnetickým polem. Náboj je jednou z charakteristických vlastností mnoha elementárních částic. Existují dva typy elektrických nábojů: pozitivní a negativní.

Jak víte, všechna tělesa v přírodě se skládají z diskrétních částic. Tyto částice se nazývají elementární. Každá elementární částice má své vlastní charakteristiky, které se liší od charakteristik ostatních částic. Mezi tyto vlastnosti patří: klidová hmotnost, elektrický náboj, spin, magnetický moment, životnost atd.

Elementární částice jsou součástí atomů a molekul hmoty, ale mohou být i ve volném stavu. Jsou to například elektrony, které tvoří „elektronový plyn“ v kovových drátech, elektrony katodových proudů ve vakuových trubicích atd.

Elementární částice s elektrickými náboji různých znaků se přitahují a s náboji stejných znaků se navzájem odpuzují. Když se částice pohybují kolem nich, je pozorováno magnetické pole.

Hlavními nosiči náboje ve hmotě, tedy částicemi, které mají elektrické vlastnosti, jsou záporně nabité elektrony a kladně nabité protony. Jsou součástí atomů všech látek a jsou jejich hlavními strukturními prvky.

Úhrn všech elektrických jevů je určen náboji částic, které tvoří atomy, a jejich poli. V této souvislosti se zastavme u vnitřní struktury atomů, pokud je nutné porozumět jevům uvažovaným v elektrotechnice.

Struktura atomů chemických prvků: Struktura atomů — elementární částice hmoty, elektrony, protony, neutrony

Elektrické vlastnosti těles

Pevné látky mají obvykle krystalickou strukturu: jejich atomy jsou uspořádány v prostoru v přísném sledu v určité vzdálenosti od sebe a tvoří tzv. prostorovou nebo krystalovou mřížku. Místa mřížky obsahují kladné ionty.

Vzhledem k relativně malým vzdálenostem působí sousední atomy na elektrony valenčního obalu daného atomu, proto se valenční elektrony přímo účastní výměny elektronů každého atomu s okolními sousedními atomy.To vede k tomu, že energetické hladiny jsou rozděleny do několika těsně od sebe vzdálených úrovní, které tvoří zóny spojitých elektronových energetických stavů.

Elektrické vlastnosti těles jsou určeny strukturou těchto zón a počtem elektronů vyplňujících zóny v souladu s vylučovacím principem. V kovech, které zahrnují například měď, je valenční pás z poloviny vyplněn elektrony, zatímco všechny nižší energetické pásy jsou zcela vyplněny.

Přítomnost částečně vyplněné zóny je charakteristická pro všechny kovy.K vybuzení valenčního elektronu izolovaného atomu na vyšší úroveň jsou zapotřebí určité diskrétní části energie.

U kovů je vodivostní pás částečně vyplněn. Elektrony v ní proto snadno obsazují volné stavy a prakticky jakékoli malé množství energie stačí k tomu, aby elektron povýšil na vyšší volnou hladinu a vytvořil elektřina.

Vzhledem k tomu, že vodivost v kovech je způsobena pohyblivostí elektronů, je tzv elektronická vodivost… Vodivost elektrolytů je určena přítomností snadno pohyblivých kladných a záporných iontů v roztocích, ve kterých se rozkládají některé molekuly rozpuštěné látky. Tato vodivost se nazývá iontová vodivost.

Značná iontová vodivost je charakteristická pro některé soli v roztaveném stavu a plyny v ionizovaném stavu... Plyny se ionizují vlivem vysoké teploty, vysokého napětí apod. Plyn s vysokou hustotou volných elektronů a molekul v ionizovaném stavu je tzv. plazma.

Viz také: Kovy a dielektrika – jaký je rozdíl?

Coulombův zákon

Coulombův zákon (1785) byl první, kdo stanovil kvantitativní vztah mezi hodnotami elektrických nábojů a jejich interakcí. Tento zákon hrál a hraje důležitou roli při stanovení jednotky náboje a silových charakteristik elektrostatického pole. Další podrobnosti naleznete zde:Coulombův zákon a jeho aplikace v elektrotechnice