Fizica

Mariana Moga

Costin Rusu

Electrostatica

Sarcina electrică , q, este mărimea fizică scalară care măsoară starea de electrizare a unui corp, lipsa sau excesul de electroni al atomilor constituenți ai corpului.
[q]SI = 1 C (Coulomb)

În practică vom lucra cu sarcini electrice foarte mici și vom utiliza submultiplii:
1 μC = 10–6 C; 1 nC = 10–9 C.
Cea mai mică sarcină electrică pusă experimental în evidență se numește sarcină electrică elementară; ca valoare numerică, sarcina elementară este egală cu sarcina electronului, respectiv a protonului:
e = 1,6 · 10–19 C

Un corp poate căpăta sarcină electrică și sarcina lui electrică poate fi modificată, prin transfer de electroni

Atunci când în atom, numărul electronilor (particule având sarcina negativă –e) este egal cu numărul protonilor (particule având sarcina pozitivă e) atomul este neutru din punct de vedere electric.
Electronii aflați pe orbite de rază mai mare sunt mai slab legați de nucleul atomic și îl pot părăsi mai ușor pentru a se „transfera” la un alt atom și a începe să se miște pe o orbită în jurul nucleului acestuia. Ca urmare a acestui transfer electronic, atomul care a pierdut un electron capătă sarcina netă +e, are un electron lipsă și un proton necompensat și se numește ion pozitiv.
Atomul care a primit electronul capătă sarcina netă –e, are un electron suplimentar și este numit ion negativ. Ușurința cu care un atom poate să primească sau să piardă electroni depinde de structura învelișului electronic al atomului respectiv.
Deoarece NU se pot transfera fracțiuni de electron, orice sarcină electrică este multiplu întreg al sarcinii electrice elementare. Spunem că sarcina electrică este cuantificată. q = n · e, cu n număr natural.
Materialele se clasifică în conductoare și izolatoare.
Există materiale, cum sunt metalele, în care electronii cei mai depărtați de nucleu sunt foarte slab legați de acesta. Ei sunt, practic, liberi să treacă de la un atom la altul. Aceste materiale permit „curgerea” electricității prin ele (datorată mișcării electronilor liberi) și sunt numite materiale conductoare din punct de vedere electric.
În alte materiale – cum sunt, de exemplu, sticla, porțelanul, materialele plastice – nu există practic electroni liberi și de aceea acestea nu permit „curgerea” electricității, fiind numite izolatoare sau dielectrici.

Electrizarea și sarcina electrică. Interacțiunea dintre corpurile electrizate

Electrizarea prin frecareFrecați, pe rând, două baghete de sticlă cu o bucată de mătase. Frecați o baghetă de plastic cu o bucată de blană. Dacă apropiați apoi, pe rând, două câte două baghetele, veți constata că baghetele de sticlă se resping, dar bagheta de plastic și oricare baghetă de sticlă se atrag. Despre sticla și plasticul din baghetele acestea – materiale care și-au schimbat starea prin frecare – se spune că sunt electrizate.
Dacă frecați o riglă de plastic cu o țesătură de lână sau cu părul vostru, ea capătă proprietatea de a atrage țesătura sau părul și de a respinge o altă riglă de plastic frecată tot cu o țesătură de lână.

După ce vă pieptănați cu un pieptene din plastic, puteți constata că acesta atrage bucățele de hârtie și fire de păr. El se află acum în stare de electrizare.
În timpul frecării cu țesătura din mătase, atomii baghetei de sticlă cedează electroni atomilor țesăturii. Bagheta devine, astfel, pozitivă din punct de vedere electric, iar mătasea, negativă.

Obiectele din același material care au fost electrizate prin aceeași metodă se resping întotdeauna. Obiectele electrizate, confecționate din materiale diferite, pot să se atragă sau să se respingă.
• Există numai două stări de electrizare: una este similară cu cea a baghetei de sticlă – despre care se spune că este încărcată pozitiv, deci că are un exces de sarcini pozitive (înainte de a fi frecată bagheta era neutră electric) – și cealaltă este similară cu cea a riglei de plastic, despre care se spune că este încărcată negativ, deci că are un exces de sarcini negative.
• Corpurile încărcate cu sarcini de același semn se resping întotdeauna, iar corpurile încărcate cu sarcini de semne diferite se atrag întotdeauna.

Bagheta de sticlă era, înainte de frecare, neutră electric (toți atomii din ea erau neutri electric). Prin frecare cu bucata de mătase ea se încarcă pozitiv. Aceasta înseamnă că ea pierde prin frecare un număr oarecare de electroni – care trec la bucata de mătase –, rămânând cu un exces de sarcini pozitive necompensate. În final, în bagheta de sticlă va exista un număr oarecare de atomi ionizați pozitiv, iar în bucata de mătase va exista un număr egal de atomi ionizați negativ. Bucata de mătase va fi, deci, și ea încărcată electric, dar va fi încărcată negativ. Analog stau lucrurile și în cazul riglei de plastic (sau a pieptenelui). Deosebirea este că, în final, în rigla de plastic va exista un număr oarecare de ioni negativi, iar în țesătura de lână va exista un număr egal de ioni pozitivi.
Putem observa interacțiunea corpurilor electrizate într-un experiment cu baloane.

Corpurile pot fi electrizate prin trei metode: frecare, contact și inducție sau influență.
Electrizarea prin contact
Când un corp conductor încărcat electric atinge un alt corp conductor, neîncărcat, sarcina electrică existentă pe primul corp se redistribuie pe ambele corpuri, datorită existenței forței electrice de respingere