Amikor egy műanyagfésűt megdörzsölünk egy papírzsebkendővel, akkor fel tudjuk szedni vele a kisebb papírfecniket. Ennek a jelenségnek az a magyarázata, hogy a fésűt elektromos állapotba hoztuk a dörzsölés által. Az elektromos állapotba hozott testeket elektromos mező veszi körül. Az elektromos szó a görög elektron szóból ered. Jelentése: borostyán. Ez az elnevezés onnan származik, hogy az ókori görögök először borostyán dörzsölésével hoztak létre elektromosságot.
Két elektromos állapotba hozott test között elektromos kölcsönhatás jön létre, ami vonzó és taszító is lehet. Ha egy műanyag és egy üveg tárgyat közelebbről vizsgálunk, megfigyelhetjük, hogy a műanyag és az üveg vonzza egymást, míg ha két üvegrudat tartunk egymáshoz, taszítani fogják egymást. Ezt a jelenséget azzal magyarázhatjuk, hogy kétféle elektromos állapot létezik: pozitív (+) és negatív (-). A pozitív taszítja a pozitívat, a negatív taszítja a negatívat, azonban a pozitív és a negatív vonzza egymást. Ennek alapján elmondhatjuk, hogy mindig az ellentétes állapotúak vonzzák egymást (az elektromos kölcsönhatásban a pozitív és a negatív).
Azokat a testeket, amelyeknek nincsen elektromos állapota, semleges testeknek hívjuk. Két semleges test között nem jön létre elektromos kölcsönhatás. A minket körülvevő tárgyak semlegesek, és csak néha kerülnek elektromos állapotba. Íme egy hétköznapi példa: amikor levesszük a pulóvert, akkor néha egy kis sercegést hallunk. Ez azért van, mert ahogy a testünkön végigdörzsöltük a pulóvert (miközben levettük), a pulóver elektromos állapotba került, és emiatt szikrázott. De ha valaki egy kutyát vagy egy cicát simogat, és utána megfog egy fémből készült tárgyat, akkor úgy érezheti, hogy a tárgy megrázta. Ennek az az oka, hogy az állatsimogatás után mi magunk is elektromos állapotba kerültünk. Az elektromos kölcsönhatás is kölcsönös: ha az egyik test hatást fejt ki a másikra, akkor a másik is hatást fejt ki az egyikre.
Mitől lesz egy tárgynak elektromos állapota? A körülöttünk lévő anyagokat részecskék alkotják. Azonban ezek a részecskék, amiket atomoknak hívunk, még kisebb részecskékből tevődnek össze. Az atomokat alkotó részecskéknek különböző elektromos töltésük van: lehetnek pozitívak és negatívak. Az atomok az alábbi részecskéket tartalmazzák: elektronokból, protonokból és neutronokból. Az elektronoknak negatív töltésük van, a protonok töltése pozitív, a neutronok pedig semlegesek. A protonok és a neutronok az atom közepében helyezkednek el, az elektronok pedig az atom körüli elektronfotomban keringenek. Az atomok semlegesek, mert ugyanannyi elektront tartalmaznak, ahány proton van bennük, és így az elektronok és a protonok semlegesítik egymást. Azt azonban elérhetjük, hogy az egyik testről elektronok kerüljenek át a másikra. Ezt például dörzsöléssel tehetjük meg. Ilyenkor az egyik testben több lesz az elektron, mint a proton. Ezt úgy mondjuk, hogy az egyik testben elektrontöbblet van. Ekkor az a test, amelyikben elektrontöbblet van, negatív töltésű lesz, míg a másik test pozitív töltésűvé válik, mert több protont tartalmaz, mint elektront.
Az erőhatások a töltések között megfigyelhetők: például dörzsölt PVC-cső és üvegfelület közelítésével tesztelhetjük a vonzást és taszítást. A PVC-csövek nyilvánvalóan azonos módon töltődnek fel, míg az üvegrudak ellentétes töltésűek lesznek. Azonos töltések taszítják, ellentétes töltések vonzzák egymást. Az elektromos töltés nagyságát és természetét mérni kell: az elektromos töltés jele Q, mértékegysége a coulomb (C). A megnövekedett elektronok száma a testben elektrontöbbletet eredményez, amely negatív töltést ad a testnek; a többlet elektronból eredő pozitív töltési állapot pedig a protontöbblet hiányát jelenti, tehát pozitív töltés keletkezik.
Az elektromos töltés a környezetében elektromos mezőt hoz létre. A mező energiával és tehetetlenséggel rendelkezik. Ha egy próbatöltést a töltést létrehozó Q-tól r távolságra helyezzünk el, az erő arányos a töltések nagyságával és az egymáshoz viszonyított helyzetükkel. Ha több töltés hozza létre az elektromos mezőt, bármely pontban az elektromos térerősség megegyezik az egyes töltésekből származó térerősségek vektori összegével. A homogén elektromos mező minden pontjában a térerősség nagysága és iránya megegyezik.
Töltéshordozók az atomokban: az atommag körül találhatók a negatív töltésű elektronok, a magot pedig neutronok és protonok alkotják. Az atomok semlegesek, mert az elektronok és a protont szám megegyezik. Ha egy atom elektront veszít, pozitív töltésű, ha elektront nyer, negatív töltésű ionná válik. A testek eredendően elektromosan semlegesek, mert ugyanannyi pozitív és negatív töltés található bennük. Dörzsölés hatására a töltések száma megváltozik, és amennyiben megnövekszik, elektron többlet keletkezik, így a test negatív töltésűvé válik.
A töltések közötti erők összefüggéseit kísérleti és elméleti példákon keresztül érdemes megérteni. Például dörzsölt PVC-csövet és üveg- vagy plexirudat érintkezés nélkül távolról vonzzuk vagy taszítjuk egymást, a töltés mértékét pedig a coulomb mértékegységével és az elektronok számával lehet meghatározni. A töltés maga körül elektromos mező alakul ki, amely a távolságtól függően erősödik vagy gyengül, és a mező hatására a próbatöltésre ható erő arányos marad. A kölcsönhatás a mezőkön keresztül érvényesül, és a testek között vonzás vagy taszítás lép fel a töltések elhelyezkedésétől függően.
tags: #elektromosan #toltott #testek