Notiunea de Sarcina Electrica
Natura electricitatii
Mirajul electricitatii a stârnit imaginatia oamenilor inca din antichitate, din vremea lui Thales din Milet când s-a observat ca unele substante dupa ce sunt frecate de alte materiale pot atrage corpuri mai usoare. Explicarea naturii electricitatii s-a lasat îndelung asteptata. Progresele fizicii in acest domeniu încep sa fie evidente spre sfârsitul secolului al XVIII-lea si începutul secolului al XIX-lea, când au fost inteprinse experiente mai numeroase, mai ingenioase, iar apoi prin elaborarea teoriei electricitatii pe baza unui aparat matematic din ce în ce mai complex. Teoria electricitatii macroscopice a început sa se dezvolte abia dupa conturarea mecanicii clasice si descoperirea calcului diferential si integral si poate fi socotita si încheiata în cursul secolului al XIX-lea. Clarificarea naturii electricitatii, a purtatorului microscopic de sarcina electrica, a devenit o realitate la sfârsitul acestui secol, odata cu semnarea actului de nastere al fizicii atomice.
Corpurile care prin frecare ar capata proprietatea de a atrage alte corpuri au fost numite corpuri electrizate, iar ceea ce confera corpurilor aceasta proprietate a fost numita electricitate. Ïn limitele unor conceptii naive se admitea existenta a doua fluide, unul pozitiv si altul negativ. Care ar conferi corpului electrizat tipul de electricitate. Mai târziu Benjamin Franklin a presupus ca electrizarea corpului este efectul prezentei sau absentei unui singur tip de fluid: prezenta lui în exces, peste starea electrizata, confera corpului o electricitate negativa, iar absenta lui indica o încarcare cu electricitate pozitiva. Franklin a mai presupus ca fluidul negativ este compus din particule, indicând astfel modul de electrizare a sticlei si a ebonitei, cu 100 de ani înaintea descoperirii electronului.
Dupa cum se stie, în edificiul structurii atomului exista o parte centrala, încarcata pozitiv—nucleul în jurul caruia se misca electroni, la diferite distante.Notând sarcina cea mai mica, cunoscuta, sau sarcina elementara cu e (e>0), s-a stabilit experimental ca sarcina electronului este –e, iar sarcina elementara pozitiva este cea a protonului din nucleu (e). Asadar, în orice particula constituenta a substantelor, atomi, molecule, exista sarcini pozitive si sarcini negative. Daca particula este neutra, atunci n+ = n- . Deci, în procesul de electrizare, daca vor fi smulsi un numar de electroni, corpul respectiv va ramâne încarcat pozitiv, iar corpul care îi va prelua se va încarca negativ. O sarcina macroscopica negativa va fi reprezentata printr-un numar întreg de sarcini electronice(q- = N-e), iar una pozitiva va fi tot un multiplu de e(q+ = N+e). Conditia ca o substanta sa fie neutra este deci N+ =N-.
Din punct de vedere al capacitatii de miscare exista sarcini libere si sarcini legate. Primele se pot misca pe spatii limitate în solide, lichide, gaze. Daca numarul de sarcini libere este constant si nu depinde de temperatura, substanta este conductoare. Aceasta este situatia metalelor si a majoritatii aliajelor, în care electroni sunt sarcini libere, sau a electrolitilor în care ionii pozitivi si negativi sunt sarcini libere. Daca punem sarcini în exces acestea se vor distribui pe suprafata. Corpurile în care sarcinile sunt legate de anumite pozitii sunt numite corpuri izolatoare. âi materialele izolatoare exista în toate starile de agregare: gaze inerte, cum sunt He, Ne, Ar (sarcinile sunt legate la nivelul atomului), gaze moleculare si lichide moleculare, cum sunt hidrogenul, oxigenul, respectiv apa, cu sarcini legate la nivelul moleculei sau solide formate din ioni, cum este clorura de sodiu.
Distributia sarcinilor electrice
Ïn conditii normale, în subatante sarcinile pozitive si negative, egale ca marime, sunt distribuite uniform. Introducerea unei distributii neuniforme de sarcini pozitive si negative în corpuri(prin frecare) sau între parti diferite ale aceluiasi corp (prin influenta) reprezinta un proces de electrizare. Exista o diferentiere între modul de plasare a sarcinilor electrice, aparute prin electrizare pe de o parte în conductori, pe de alta în izolatorii solizi. Ïn primul caz, sarcina electronica în exces se va distribui pe toata suprafata, în timp ce în izolatori nu se va împrastia, va ramâne localizatasi se înmagazineaza în adâncime.
De ce se dispune sarcina negativa în exces pe suprafata conductorilor? Raspunsul este legat de faptul ca în metalele în stare neutra sarcina totala a ionilor pozitivi, plasati în nodurile retelei cristaline, este egala cu cea a electronilor liberi. Existenta unui exces de sarcina electronica face sa apara forte de respingere între electroni, forte dirijate din interior spre exterior, ceea ce duce la expulzarea sarcinilorîn exces spre suprafata conductorului.
CâMPUL ELECTRIC
Generali...