Википедија

Naelektrisanje

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 je poznato 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.[1]

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...).

Naelektrisanje makroskopskog tela je zbir naelektrisanja svih čestica od kojih je telo sastavljeno. Često, ukupno naelektrisanje 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 naelektrisavanja 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 naziva 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   unutar neke zapremine   jednaka je površinskom integralu gustine struje kroz površinu   te zapremine, što je dalje jednako struji  :

 

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

Jedinice

uredi

SI izvedena jedinica količine električnog naelektrisanja je kulon (simbol: C). Kulon je izveden kao količina naelektrisanja koja prolazi kroz poprečni presek električnog provodnika noseći jedan amper u sekundi.[2] Ova jedinica je predložena 1946. i ratifikovana 1948. godine.[2] U modernoj praksi, fraza „količina naelektrisanja” se koristi umesto „kvantitet naelektrisanja”.[3] Količina naelektrisanja u 1 elektronu (elementarno naelektrisanje) je približno 1,6×10−19 C, i 1 kulon korespondira količini naelektrisanja od oko 6,24×1018 elektrona. Simbol Q se obično koristi za označavanje količine elektriciteta ili naelektrisanja. Količina električnog naboja se može direktno meriti pomoću elektrometra, ili indirektno pomoću galvanometra.

Nakon utvrđivanja kvantizovanog karaktera naelektrisanja, 1891. godine Džordž Stoni je predložio jedinicu 'elektron' za ovu fundamentalnu jedinicu električnog naelektrisanja. To je bilo pre nego što je česticu otkrio Džozef Tomson 1897. godine. Ova jedinica se u današnje vreme tretira kao bezimena, te se naziva elementarnim naelektrisanjem, fundamentalnom jedinicom naelektrisanja, ili jednostavno e. Mera naelektrisanja je umnožak elementarnog naelektrisanja e, iako se čini da se velika naelektrisanja ponašaju kao realni kvantiteti. U pojedinim kontekstima je smisleno da se govori o frakcijama naelektrisanja; na primer pri naelektrisavanju kondenzatora, ili u opisu frakcionog kvantnog Holovog efekta.

Jedinica faradej se ponekad koristi u elektrohemiji. Jedan faradej naelektrisanja je magnituda naelektrisanja jednog mola elektrona,[4] i.e. 96485.33289(59) C.

U sistemima jedinica izvan SI, kao što je cgs, električno naelektrisanje se izražava kao kombinacija samo tri fundamentalna kvantiteta (dužine, mase, i vremena), a ne četiri, kao u SI, gde je električno naelektrisanje kombinacija dužine, mase, vremena, i električne struje.[5][6]

Istorija

uredi
Vidi još: Istorija elektromagnetne teorije i Elektricitet
 
Kulonova torziona vaga

Od davnina su ljudi poznavali četiri tipa pojava, sve od kojih bi se danas mogli objasniti upotrebom koncepta električnog naboja: (a) munje, (b) električna raža, (c) vatra svetog Elma i (d) da trljanje ćilibara krznom dovodi do privlačenja malih, lakih predmete.[7] Prvi opis efekta ćilibara često se pripisuje drevnom grčkom matematičaru Talesu iz Mileta, koji je živeo od c. 624 – c. 546 godine pre nove ere, mada postoje sumnje da li je Tales ostavio bilo kakve spise;[8] njegov izveštaj o ćilibaru poznat je iz jednog zapisa iz ranih 200-ih.[9] Ovaj zapis se može uzeti kao dokaz da je pojava bila poznata još od oko 600. godine p. n. e, mada je Tales objasnio ovaj fenomen kao dokaz da neživi predmeti imaju dušu.[9] Drugim rečima, nije bilo indikacije o postojanju bilo kakvog razumevanja koncepta električnog naboja. Generalno, stari Grci nisu razumeli povezanost između ove četiri vrste pojava. Grci su primetili da naelektrisana ćilibarska dugmad mogu privući lagane predmete poput kose. Takođe su otkrili da ako dovoljno dugo trljaju jantar, mogu čak uzrokovati da i električna iskra skoči, mada postoje i tvrdnje da se električne iskre ne spominju do kraja 17. veka.[10] Ovo svojstvo proizilazi iz triboelektričnog efekta. Krajem 1100-ih, primećeno je da supstanca gagat, zbijeni oblik uglja ispoljava ćilibarski efekat,[11] a sredinom 1500-ih Đirolamo Frakastoro je otkrio da i dijamant pokazuje ovo dejstvo.[12] Izvesne napore su uložili Frakastoro i drugi, a posebno Đirolamo Kardano, da se razvije objašnjenja ovog fenomena.[13]

Za razliku od astronomije, mehanike i optike, koja su kvantitativno proučavane još od antike, početak sadašnjih kvalitativnih i kvantitativnih istraživanja električnih pojava može se obeležiti objavljivanjem dela De Magnete od strane engleskog naučnika Vilijama Gilberta 1600. godine.[14] U ovoj knjizi nalazio se mali odeljak gde se Gilbert vratio efektu ćilibara (kako ga je nazvao) u adresiranju mnogih ranijih teorija,[13] i skovao novolatinsku reč electrica (od ἤλεκτρον (elektron), grčke reči za ćilibar). Latinska reč je prevedena na engleski jezik kao electrics.[15] Gilbert je takođe zaslužan za termin električni, dok je izraz za električnu energiju došao kasnije, pri čemu se prva upotreba pripisuje ser Tomasu Braunu u njegovom delu Pseudodoxia Epidemica iz 1646. godine.[16] (Za dodatne jezičke detalje pogledajte etimologiju električne energije.) Gilbert je hipotetisao da se ovaj efekt ćilibara može objasniti efluvijumom (malim tokom čestica koje teku iz električnog objekta, bez umanjivanja njegove mase ili težine) koji deluje na druge objekte. Ova ideja materijalnog električnog efluvijuma bila je uticajna u 17. i 18. veku. Ona je bila preteča ideja razvijenih u 18. veku o „električnom fluidu” (Dufaj, Nolet, Franklin) i „električnom naboju”.[17]

Vidi još

uredi

Reference

uredi
  1. ^ „2018 CODATA Value: elementary charge”. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. 20. 5. 2019. Pristupljeno 2019-05-20. 
  2. ^ a b „CIPM, 1946: Resolution 2”. BIPM. Arhivirano iz originala 10. 10. 2018. g. Pristupljeno 20. 12. 2018. 
  3. ^ International Bureau of Weights and Measures (2006), The International System of Units (SI) (PDF) (8th izd.), str. 150, ISBN 92-822-2213-6 
  4. ^ Gambhir, RS; Banerjee, D; Durgapal, MC (1993). Foundations of Physics, Vol. 2. New Dehli: Wiley Eastern Limited. str. 51. Pristupljeno 10. 10. 2018. 
  5. ^ Carron, Neal J. (21. 5. 2015). „Babel of units: The evolution of units systems in classical electromagnetism” (PDF). str. 5. Pristupljeno 31. 3. 2018. 
  6. ^ Purcell, Edward M.; David J. Morin (2013). Electricity and Magnetism (3rd izd.). Cambridge University Press. str. 766. ISBN 9781107014022. 
  7. ^ Roller, Duane; Roller, D.H.D. (1954). The development of the concept of electric charge: Electricity from the Greeks to Coulomb . Cambridge, MA: Harvard University Press. str. 1. 
  8. ^ O'Grady, Patricia F. (2002). Thales of Miletus: The Beginnings of Western Science and Philosophy. Ashgate. str. 8. ISBN 978-1351895378. 
  9. ^ a b Lives of the Eminent Philosophers by Diogenes Laërtius, Book 1, §24
  10. ^ Roller, Duane; Roller, D.H.D. (1953). „The Prenatal History of Electrical Science”. American Journal of Physics. 21 (5): 348. Bibcode:1953AmJPh..21..343R. doi:10.1119/1.1933449. 
  11. ^ Roller, Duane; Roller, D.H.D. (1953). „The Prenatal History of Electrical Science”. American Journal of Physics. 21 (5): 351. Bibcode:1953AmJPh..21..343R. doi:10.1119/1.1933449. 
  12. ^ Roller, Duane; Roller, D.H.D. (1953). „The Prenatal History of Electrical Science”. American Journal of Physics. 21 (5): 353. Bibcode:1953AmJPh..21..343R. doi:10.1119/1.1933449. 
  13. ^ a b Roller, Duane; Roller, D.H.D. (1953). „The Prenatal History of Electrical Science”. American Journal of Physics. 21 (5): 356. Bibcode:1953AmJPh..21..343R. doi:10.1119/1.1933449. 
  14. ^ Roche, J.J. (1998). The mathematics of measurement. London: The Athlone Press. str. 62. ISBN 978-0387915814. 
  15. ^ Roller, Duane; Roller, D.H.D. (1954). The development of the concept of electric charge: Electricity from the Greeks to Coulomb . Cambridge, MA: Harvard University Press. str. 6–7. 
    Heilbron, J.L. (1979). Electricity in the 17th and 18th Centuries: A Study of Early Modern Physics. University of California Press. str. 169. ISBN 978-0-520-03478-5. 
  16. ^ Brother Potamian; Walsh, J.J. (1909). Makers of electricity. New York: Fordham University Press. str. 70. 
  17. ^ Baigrie, Brian (2007). Electricity and magnetism: A historical perspective. Westport, CT: Greenwood Press. str. 11. 

Literatura

uredi

Spoljašnje veze

uredi
Preuzeto iz „https://sr.wiki.x.io/w/index.php?title=Наелектрисање&oldid=27679968”