Ładunek elektryczny

Pewnie nie raz słyszałeś(-aś), że jakieś ciało jest naładowane elektrycznie. Z całą pewnością widziałeś(-aś) również błyskawice ‘schodzące’ z chmur na ziemię. A może przechodząc po suchym dywanie i dotknięciu metalowej klamki poczułeś(-aś) tzw. “kopnięcie” i zobaczyłeś(-aś) iskrę? Każde z wyżej wymienionych zjawisk związane jest bezpośrednio z ładunkiem elektrycznym zmagazynowanym w przedmiotach codziennego użytku oraz w otaczającym nas świecie.

Ładunek elektryczny – definicja

Ładunek elektryczny to jedna z podstawowych wielkości fizycznych oznaczana najczęściej małą literą q  (niekiedy, głównie w zadaniach, ładunek elektryczny oznacza się także dużą literą Q ). Ładunek elektryczny jest podstawową, nieodłączną właściwością cząstek elementarnych, z których składa się materia, a więc również i my sami. Słowo ‘nieodłączna’ oznacza, że ładunek elektryczny jest właściwością stale towarzyszącą cząstkom elementarnym – nie możemy go po prostu zabrać i wyrzucić.

Rodzaje ładunków elektrycznych

Ładunek elektryczny może być dodatni (+) albo ujemny (-). Każde ciało składa się z ogromnej ilości ładunków elektrycznych. Na ogół ilość ładunku dodatniego równa jest ilości ładunku ujemnego – mówimy wówczas, że ciało jest elektrycznie obojętne (neutralne), a więc ma zrównoważony ładunek (ładunek wypadkowy równy jest zero). Gdy ładunki dodatnie i ujemne nie równoważą się, to mówimy, że ciało jest naładowane, ponieważ posiada niezrównoważony ładunek (ładunek wypadkowy jest różny od zera). Pamiętaj, że wypadkowy ładunek dowolnego ciała jest zawsze dużo, dużo mniejszy w porównaniu z całkowitą ilością ładunku dodatniego i ujemnego, z jakiej składa się ciało.

Ładunek elektryczny jest skwantowany

Ładunek elektryczny jest skwantowany, co oznacza, że może on przyjmować tylko pewne, ściśle określone wartości (porcje). Najmniejszą porcją ładunku jest tzw. ładunek elementarny, oznaczany małą literą e. Jak wykazało wiele eksperymentów, ładunek elektryczny q  dowolnego ciała równy jest wielokrotności ładunku elementarnego:

$$q = n \hspace{.05cm} e$$

gdzie n  = 0, ± 1, ± 2, … (znaki + oraz – odnoszą się odpowiednio do ładunku dodatniego oraz ujemnego)

Na przykład ładunek protonu, czyli cząstki elementarnej naładowanej dodatnio wynosi q  = +e , a ładunek elektronu, czyli cząstki naładowanej ujemnie jest równy q  = –e.

Ładunek elektryczny – jednostka

Jednostką ładunku elektrycznego w układzie SI jest kulomb (C), nazwany tak na cześć francuskiego fizyka Charlesa Augustina Coulomba (1736 – 1806). Jeden kulomb (1 C) jest równy:

$$1 \hspace{.05cm} \textrm{C} = 6,\hspace{-.05cm}24 \cdot 10^{18} \hspace{.08cm} e$$

gdzie e, to jak napisaliśmy wcześniej, ładunek elementarny, którego wartość wynosi w przybliżeniu:

$$e = 1,\hspace{-.05cm}6 \cdot 10^{-19} \hspace{.05cm} \textrm{C}$$

Oddziaływania pomiędzy ładunkami elektrycznymi

Ciała naładowane elektrycznie oddziałują na siebie wzajemnie. Oddziaływanie to przejawia się w postaci sił elektrostatycznych (elektrycznych). Słowo ‘elektrostatyczny’ oznacza, że ładunki spoczywają (są nieruchome) albo bardzo wolno się poruszają. Liczne eksperymenty wykazały, że:

Zgodnie z powyższym, siły występujące pomiędzy ładunkami o tych samych znakach (ładunki jednoimienne) mają charakter odpychający, a siły występujące pomiędzy ładunkami o przeciwnych znakach (ładunki różnoimienne) mają charakter przyciągający.

Wartość siły elektrostatycznej działającej między ładunkami zależy od wartości tych ładunków, kwadratu odległości pomiędzy ich środkami oraz pewnej stałej – zobacz Prawo Coulomba.