3. Elektromagnetické pole

3. Elektromagnetické pole
T 3.0.0.-1
Až do počátku 19. století se elektrické a magnetické jevy zkoumaly izolovaně a byly považovány za zcela odlišné. Teprve r.1819 objevil dánský fyzik H.CH.Oersted souvislost mezi oběma jevy. Zjistil totiž, že elektrický proud vychyluje magnetku stejně jako permanentní magnet. Ampére, Faraday a další, především pak J.C.Maxwell, se postarali o zásadní obrat v názoru na podstatu elektrických a magnetických jevů. Pohybující se náboj vytváří ve svém okolí magnetické pole a časově proměnné magnetické pole je vždy doprovázeno časově proměnným polem elektrickým. Elektromagnetické pole, které je stálým spojením pole elektrického a magnetického, můžeme zkoumat odděleně jen ve zvláštních případech.
3.1. Elektrostatika
T 3.1.0.-1
V této kapitole se budeme zabývat elektrickými jevy vyvolanými náboji, které jsou vzhledem k pozorovateli v klidu.
3.1.1. Elektrický náboj
- umět vysvětlit vlastnosti elektrického náboje
-
znát pojem „elementární náboj"
-
znát jednotku náboje
-
vysvětlit význam atomového a hmotnostního čísla
-
vysvětlit zákon zachování elektrického náboje
-
vysvětlit pojmy „vodič – izolant“
30 minut
Základní informace o stavbě atomu.
T 3.1.1.-1
Elektrický náboj je atributem (neodmyslitelnou vlastností) základních částic, z nichž se skládají látkové objekty kolem nás. Elektrický náboj je vždy vázán na částice látky a sám o sobě tedy neexistuje. Jednotka náboje v soustavě SI je coulomb (C). Existují dva druhy elektrického náboje: kladný a záporný.
Souhlasné elektrické náboje (téhož znaménka) se odpuzují, náboje nesouhlasné (opačného znaménka) se přitahují.
Stavební jednotkou látky je atom. Atom se skládá z částic trojího druhu: z elektronů, protonů a neutronů. Protony a neutrony tvoří jádro atomu, elektrony tvoří elektronový obal. Neutrony jsou částice elektricky neutrální, protony a elektrony jsou částice s elektrickým nábojem. Náboj protonu je kladný, náboj elektronu je záporný.
Velikosti obou nábojů jsou stejné a jsou rovny elementárnímu náboji e, který má přibližně hodnotu
e = 1,6 . 10-19 C V 3.1.1.-1
Náboj elektronu je –e, náboj protonu e.
Libovolný náboj Q, který lze naměřit, může mít pouze hodnotu
Q = n.e , kde n = 0, ±1, ±2,….. V 3.1.1.-2
Můžeme například najít částici, která nemá žádný náboj (neutron), částici s nábojem 3e, nebo –6e atd.
Pokud nějaká fyzikální veličina nemůže nabývat libovolné hodnoty, ale pouze hodnot nespojitých, říkáme, že je kvantována. Kvantem náboje je elementární náboj e.
Každý atom obsahuje v základním stavu stejný počet protonů a elektronů. Atomy a tedy i látky jsou za normálních okolností elektricky neutrální.
Elektrony v elektronovém obalu atomu jsou vázány elektrickými silami k jeho jádru. Odpoutá-li se z obalu jeden nebo více elektronů, vzniká z neutrálního atomu kladný ion, připojí-li se k obalu jeden nebo více elektronů, vzniká záporný ion.
Poměrně malými silami jsou vázány k atomovému jádru elektrony nejvíce vzdáleny od jádra. U kovů se tyto elektrony snadno od atomu odpoutávají a vznikají tak volné (vodivostní) elektrony.
RU 3.1.1.-1. Vysvětlete význam symbolů Z a A v chemické značce prvku ZXA.
Řešení:
Číslo Z udává počet protonů v jádru nebo počet elektronů v obalu a nazývá se protonové číslo (atomové číslo).
Číslo A udává celkový počet částic (nukleonů)v jádru, tj. počet protonů a neutronů. Je to celistvé číslo nejbližší atomové hmotnosti a nazývá se nukleonové číslo nebo číslo hmotnostní.
Tedy atom daného prvku má v jádru Z protonů a (A-Z) neutronů. Elektronový obal obsahuje Z elektronů.
T 3.1.1.-2
Látka za normálních okolností nemá elektrické účinky a říkáme, že je elektricky neutrální. Je-li nějakým způsobem porušena rovnováha mezi protony a elektrony, tj., má-li těleso nadbytek nebo nedostatek elektronů, říkáme, že je elektricky nabito nebo že má elektrický náboj. Existuje mnoho způsobů, jak změnit rovnováhu mezi kladnými a zápornými náboji. Nejstarší způsob je tření.
Třeme-li ebonitovou tyč srstí, přejde část elektronů ze srsti na ebonit. Ebonitová tyč má nyní nadbytek elektronů a stává se záporně nabitá. Srst má nedostatek elektronů a je nabita kladně. Při tření skleněné tyče hedvábím přejde část elektronů z tyče na hedvábí, takže tyč je kladně nabita a hedvábná látka záporně elektricky nabita.
Z úcty k tradici jsme pro náš výklad použili ebonitovou a skleněnou tyč, kterou jsme třeli srstí resp.hedvábím. Pokud bychom použili jiné materiály zjistíme, že se všechny zelektrované tyče chovají buď jako zelektrovaná skleněná tyč (třená hedvábím), nebo ebonitová tyč (třená srstí).
Přívlastky „kladný“ a „záporný“ a jejich přiřazení elektrickým nábojům zelektrované ebonitové a skleněné tyče zvolil Benjamin Franklin zcela libovolně.
Třením se tedy náboj nevytváří, ale jen přerozděluje. Náboj se převádí z jednoho tělesa na druhé a tím se poruší původní elektrická neutralita obou těles. Náboj se přerozděluje tak, že
celkový počet jak kladných, tak i záporných nábojů se v izolované soustavě nemění (zákon zachování elektrického náboje).
Tento zákon platí jak pro makroskopická nabitá tělesa, tak i pro atomy, jádra a elementární částice.
|