Elektrický náboj

Z Multimediaexpo.cz

Aktuální verze z 14. 8. 2022, 14:51

Elektrický náboj je fyzikální veličina, která vyjadřuje velikost schopnosti působit elektrickou silou.

Elektrický náboj vyjadřuje určitou vlastnost částic, která je spojována se vznikem vzájemného působení mezi tělesy (částicemi) podobným způsobem jako je hmotnost spojována s existencí gravitačího pole. Přítomnost elektrického náboje je tedy nutná pro vznik elektrického nebo magnetického pole.

Značení

• Symbol veličiny: Q (angl. quantity of charge)
• Základní jednotka: coulomb, značka jednotky: C
• Další používané jednotky: milicoulomb mC, mikrocoulomb μC
• Měřidlo: elektrometr, elektroskop

Vlastnosti

• Elektrický náboj je skalární veličinou.
• Tělesa (částice) s nulovým elektrickým náboje se nazývají elektricky neutrálními tělesy. Tělesa (částice) s elektrickým nábojem (říkáme o nich, že nesou elektrický náboj), se označují jako nabitá tělesa.
• Elektrický náboj může mít kladnou nebo zápornou hodnotu, čímž se odlišuje od hmotnosti, která je vždy kladná. O tělesech nesoucích kladný náboj říkáme, že jsou kladně nabitá, a tělesa se záporným elektrickým nábojem označujeme jako záporně nabitá.
• Síly působící mezi dvěma nabitými (nepohybujícími se) tělesy jsou přitažlivé, jestliže mají tělesa náboje s opačnými znaménky, a odpudivé, pokud mají tělesa náboje se shodnými znaménky. Tyto síly se označují jako elektrostatické. Pohybující se nabitá tělesa na sebe navíc působí magnetickými silami. Pohybující se elektrický náboj je popisován pomocí elektrického proudu.
• Volba kladného a záporného náboje je dána pouze konvencí, a to tak, že náboj elektronu je považován za záporný.
• Pokud se v tělese nachází více elektrických nábojů, je výsledný elektrický náboj tělesa roven algebraickému součtu elektrických nábojů jednotlivých částí, tzn. \(e_c = \sum_i e_i \,\), kde \(e_i\) označuje elektrický náboj \(i\)-té části tělesa a \(e_c\) je jeho celkový elektrický náboj.
• Některá tělesa mohou obsahovat nositele kladného i záporného náboje (často ve velkém množství), přičemž celková hodnota elektrického náboje takového tělesa může být nulová, tzn. těleso jako celek je elektricky neutrální. Přestože je celkový elektrický náboj tělesa nulový, bude i takové těleso působit na své okolí určitými elektrickými silami. Nebudou-li nositelé náboje rozptýleni po tělese rovnoměrně, bude se působení těchto sil projevovat i v makroskopickém měřítku. Taková tělesa pak označujeme jako polarizovaná.
• Při zkoumání makroskopických těles můžeme k popisu rozložení elektrických nábojů v tělese využít hustotu elektrického náboje. V některých případech však pro nás není rozložení náboje v tělese podstatné, a celé těleso můžeme nahradit tzv. bodovým nábojem. Pojem bodového náboje je analogií pojmu hmotného bodu v mechanice.
• Při vzájemné působení (interakci) elektricky nabitých částic bylo zjištěno, že celkový elektrický náboj systému, v němž k interakci dochází se nemění, tzn. nedochází k samovolnému vzniku nebo zániku elektrického náboje. Celkové množství náboje v elektricky izolované soustavě tedy zůstává konstantní. Tato skutečnost se označuje jako zákon zachování elektrického náboje. Podle tohoto zákona nelze elektrický náboj vytvořit ani zničit, lze jej jen přemístit.
• Elektrické náboje, které se mohou volně pohybovat (např. ve vodičích), se označují jako volné náboje. Při polarizaci dielektrika se objevuje také polarizační náboj. Polarizační náboje se na rozdíl od nábojů ve vodičích nemohou v dielektriku přemisťovat na makroskopické vzdálenosti. Proto bývají označovány jako vázané náboje. Celková hodnota vázaných nábojů vzniklých polarizací v celém objemu tělesa je vždy nulová. Existence a rozložení těchto polarizačních nábojů je spojena s přítomností elektrostatického (popř. jiného fyzikálního) pole.

• Přestože je ve fyzice elektrický náboj často považován za veličinu, které lze přiřadit jakoukoli hodnotu, je dnes již známo, že celkový elektrický náboj je vždy celočíselným násobkem tzv. elementárního náboje (elektrický náboj je tedy kvantován). Velikost tohoto elementárního náboje je rovna náboji elektronu. I malé množství látky však obsahuje velké množství elektrických nábojů, což nás opravňuje přiřazovat celkovému náboji makroskopického tělesa hodnoty, které nemusí být celočíselným násobky elementárního náboje.

• Nositeli elementárního elektrického náboje jsou u běžných látek protony (kladný náboj) a elektrony (záporný náboj). Náboje obou částic mají stejnou velikost, proto je atom, který má stejně elektronů jako protonů, elektricky neutrální. Elementární náboj má hodnotu

\(e = 1,602177\cdot10^{-19}\,\mathrm{C}\)

• Nositelem elektrického náboje jsou i další elementární částice (s výjimkou neutrálních). Náboj hadronů, leptonů i intermediálních částic je vždy roven celému násobku elementárního náboje. U kvarků je roven mínus jedné třetině nebo dvěma třetinám elementárního náboje.

• Elektricky nabitý atom se nazývá ion (kation pokud převažuje kladný náboj a anion při převaze záporného náboje).

• Experimentálně bylo také prověřeno, že velikost elektrického náboje se při jeho pohybu nemění. Tím se elektrický náboj odlišuje např. od hmotnosti, která podle teorie relativity s rostoucí rychlostí vzrůstá. Říkáme, že velikost elektrického náboje zůstává invariantní při transformacích vztažné soustavy.

Související články

• Elektřina a magnetismus
• Elementární náboj
• Elektrický proud
• Coulombův zákon
• Elektrování tělesa

Literatura

• Doc. Ing. Ivan Štoll, CSc.: Elektřina a magnetismus, Vydavatelství ČVUT

Externí odkazy