Elektrické pole

Třeme-li například skleněnou tyč kůží (nebo známou ebonitovou tyč liščím ohonem), mění tato tělesa jistým způsobem svůj stav - stávají se elektricky nabitými. Z atomů skla se uvolňují elektrony a vzhledem k tomu, že při vzájemném tření jsou obě tělesa v těsném kontaktu, mohou tyto elektrony přecházet do kůže. "Množství elektřiny" se udává fyzikální veličinou zvanou elektrický náboj, značka Q, hlavní jednotka coulomb, značka C (pojmenována po C. A. Coulombovi ¤). Kůže se tedy nabíjí záporně a sklo se nabíjí kladně. Mezi oběma tělesy působí přitažlivá síla. Stejně tak hřeben, který se při česání tře o vlasy, se může zelektrovat. Pak může přitahovat drobné předměty (viz dále ¤).

Pokusy s třením látek bylo zjištěno, že v přírodě existují dva druhy elektřiny. Definovalo se, že náboj tyče z předchozího pokusu je kladný (tyč je nabitá kladně) a náboj kůže záporný (tyč je nabitá záporně). Později se zjistilo, že nejmenší možný náboj, jaký může mít nějaké těleso nebo částice, je tzv. elementární náboj e = 1,602.10^-19 C. Tento náboj má například jeden proton (a to kladný) a rovněž jeden elektron (ovšem záporný). Záporný náboj se v zápise značí znaménkem mínus. Velikost elementárního náboje poprvé změřil R. A. Millikan ¤ v roce 1909 ve slavném Millikanově pokusu ¤.

Náboje a nabitá tělesa na sebe vzájemně působí elektrickou silou. Toto silové působení zkoumal C. A. Coulomb a zformuloval svůj Coulombův zákon o síle F_e, kterou na sebe působí dva bodové náboje (nebo dvě nabité koule). Její velikost je ve vakuu dána vztahem

kde q₁, q₂ jsou elektrické náboje, r je jejich vzájemná vzdálenost (u nabitých koulí je to vzdálenost jejich středů) a e₀ je permitivita vakua ¤ (materiálová konstanta). Pro jiné prostředí než vakuum platí zákon ve stejném tvaru, jen se místo permitivity vakua použije permitivita tohoto prostředí e. V tabulkách ¤ však najdeme relativní permitivitu e_r, která udává, kolikrát je permitivita prostředí e větší než permitivita vakua (je to tedy bezrozměrná veličina); je e = e_r.e₀.

Má-li síla kladné znaménko, je odpudivá (znaménka nábojů jsou stejná), síla se záporným znaménkem je přitažlivá.

Síla rychle ubývá se vzdáleností, ale nikdy není nulová. Její velikost je značná. Makroskopická tělesa proto musí obsahovat stejný počet kladných i záporných nábojů. Pro ilustraci velikosti elektrické síly si spočtěte následující úlohy ¤.

Přístroj na indikaci elektrického náboje se nazývá elektroskop (obr. 1). Náboj přenášíme z nabitého tělesa na kovovou čepičku, které je spojovací tyčí vodivě spojena s kovovou ručičkou. Náboj přivedený na čepičku se rozmístí po spojovací tyči i po ručičce. Tím pádem jsou tyčka i ručička nabité stejným nábojem a odpuzují se. Maximální výchylku má ručička tehdy, když svírá se spojovací tyčkou pravý úhel.

obr. 1: Elektroskop

Elektrické pole

Mějme nabité těleso. Do jeho blízkosti budeme umísťovat malé "zkušební" náboje. Oblast, ve které budou ovlivněny silovým působením nabitého tělesa, nazýváme elektrické pole.
Platí, že síla F, která na náboje působí, je přímo úměrná jejich velikosti q.

Konstanta úměrnosti je vektor a nazývá se intenzita elektrického pole. Má směr síly, která by v daném místě působila na částici s kladným nábojem.

Jednotku intenzity elektrického pole můžeme zjistit z výše uvedeného vztahu. Je to

, v praxi se ale používá jednotka Vm^-1 (vyplývá z tohoto vztahu ¤)

V blízkosti bodového náboje nebo nabité koule je elektrické pole radiální, vektor intenzity elektrického pole směřuje od náboje (koule) (resp. k náboji) podobně jako paprsky od sluníčka.

Tvar elektrického pole obvykle znázorňujeme siločarami. To jsou čáry, jejichž tečny mají v každém zvoleném bodě směr intenzity elektrického pole (tj. směr síly, která by působila v tomto místě na částici s kladným nábojem). Tvary elektrických polí kolem bodového náboje nebo kolem dvojice nábojů jsou na následujících obrázcích.

	obr. 2: Siločáry v okolí kladného náboje - radiální pole
	obr. 3: Siločáry v okolí záporného náboje - radiální pole

	obr. 4: Siločáry v okolí dvojice kladných nábojů
	obr. 5: Siločáry v okolí dvojice záporných nábojů
	obr. 6: Siločáry v okolí dvojice kladného a záporného náboje

Můžeme vytvořit i pole, jehož siločáry budou v podstatě rovnoběžné, a to takto:

obr. 7: Homogenní elektrické pole

Takovéto elektrické pole se nazývá homogenní. Najdeme ho například mezi deskami nabitého deskového kondenzátoru ¤.

Elektrické pole si můžeme též představit podle analogie s gravitačním polem. Je-li nějaký předmět v blízkosti např. Země, nachází se v gravitačním poli. V tomto poli na něj působí gravitační síla (která je, na rozdíl od síly elektrické, vždy přitažlivá). Gravitační pole je charakterizováno fyzikální veličinou intenzita gravitačního pole, která je rovna gravitačnímu zrychlení. Díváme-li se na pole v okolí Země z vesmíru, vidíme, že je radiální. Pozorujeme-li chování těles v gravitačním poli např. jen na území Prahy, vidíme, že padající tělesa letí rovnoběžně vedle sebe. V malé oblasti můžeme gravitační pole u povrchu Země považovat za homogenní.

Elektrické pole

Elektrický náboj a elektrická síla

Elektrické pole