Zákon zachování elektrického náboje: vzorec a definice

Elektrický náboj je schopnost těles být zdrojem elektromagnetických polí. Tak vypadá encyklopedická definice důležité elektrické veličiny. Hlavní zákony s tím spojené jsou Coulombův zákon a zachování náboje. V tomto článku se budeme zabývat zákonem zachování elektrického náboje, pokusíme se podat definici jednoduchými slovy a poskytnout všechny potřebné vzorce.

Koncept "elektrický náboj„Poprvé představen v roce 1875 letos. Znění Coulombův zákon uvádí, že síla, která působí mezi dvěma nabitými částicemi nasměrovanými v přímce, je přímo úměrná náboji a nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti mezi nimi.

To znamená, že 2násobným pohybem nábojů se síla jejich interakce sníží čtyřikrát. A takto to vypadá ve vektorové podobě:

Limit použitelnosti výše uvedeného:

• bodové poplatky;
• rovnoměrně nabitá tělesa;
• jeho působení je platné na velké a krátké vzdálenosti.

Zásluhy Charlese Coulomba o rozvoj moderní elektrotechniky jsou velké, ale přejděme k hlavnímu tématu článku – zákonu zachování náboje. Tvrdí, že součet všech nabitých částic v uzavřeném systému se nemění. Jednoduše řečeno, náboje se nemohou objevit ani zmizet jen tak. Zároveň se nemění v čase a lze jej měřit (nebo dělit, kvantovat) na části, které jsou násobky elementárního elektrického náboje, tedy elektronu.

Pamatujte ale, že v izolované soustavě vznikají nové nabité částice pouze vlivem určitých sil nebo v důsledku jakýchkoliv procesů. Ionty tedy vznikají například v důsledku ionizace plynů.

Pokud vás zajímá otázka, kdo a kdy objevil zákon zachování náboje? Potvrdil to v roce 1843 velký vědec Michael Faraday. V experimentech potvrzujících zákon zachování se množství nábojů měří elektrometry, jeho vzhled je znázorněn na obrázku níže:

Ale potvrďme naše slova praxí. Vezměte dva elektrometry, na tyč jednoho nasaďte kovový kotouč a přikryjte jej látkou. Nyní potřebujeme další kovový kotouč na dielektrické rukojeti. Na disku ležícím na elektroměru jsou tři a elektrizují. Když je disk s dielektrickou rukojetí odstraněn, elektroměr ukáže, jak je nabitý, dotkneme se druhého elektrometru diskem s dielektrickou rukojetí. Jeho šipka se také vychýlí. Pokud nyní uzavřeme dva elektroměry tyčí na dielektrických rukojetích, vrátí se jejich šipky do původní polohy. To naznačuje, že celkový nebo výsledný elektrický náboj je nulový a jeho hodnota v systému zůstává stejná.

Následuje vzorec popisující zákon zachování elektrického náboje:

Následující vzorec říká, že změna elektrického náboje v objemu je ekvivalentní celkovému proudu skrz povrch. Říká se tomu také „rovnice kontinuity“.

A pokud půjdeme do velmi malého objemu, dostaneme zákon zachování náboje v diferenciálním tvaru.

Je také důležité říci, jak souvisí náboj a hmotnostní číslo. Když se mluví o struktuře látek, často zaznívají slova jako molekuly, atomy, protony a podobně. Hmotnostní číslo je tedy celkový počet protonů a neutronů a počet protonů a elektronů v jádře se nazývá nábojové číslo. Jinými slovy, nábojové číslo se nazývá náboj jádra a vždy závisí na jeho složení. No, hmotnost prvku závisí na počtu jeho částic.

Na závěr doporučujeme zhlédnout video, které celé toto téma rozebírá podrobněji:

Stručně jsme tedy prozkoumali problematiku související se zákonem zachování elektrického náboje. Je to jeden ze základních fyzikálních zákonů spolu se zákony zachování hybnosti a energie. Jeho působení je bezchybné a s odstupem času a rozvojem techniky není možné jeho platnost vyvrátit. Doufáme, že po přečtení našeho vysvětlení vám byly všechny klíčové body tohoto zákona jasné!

Související materiály:

• Faradayovy zákony v chemii a fyzice
• Co je to samoindukce
• Pravidlo gimbalu, pravé a levé ruky