Čo je elektrický náboj?

Pošúchaj balón o vlasy a potom ho pomaly odťahuj. Vlasy sa postavia a naťahujú sa za balónom, akoby to bolo kúzlo! Kúzlo to však nie je. To pracuje elektrický náboj.

Plus a mínus

Všetko je z drobných atómov. V každom atóme sú ešte menšie čiastočky. Dva druhy z nich majú elektrický náboj: protóny a elektróny.

• Protóny sú v strede atómu. Majú kladný náboj – plus.
• Elektróny sa pohybujú okolo. Majú záporný náboj – mínus.

Náboj sa nedá chytiť do ruky ako kamienok. Je to niečo, čo tieto čiastočky majú, a vďaka tomu sa navzájom priťahujú alebo odtláčajú – aj bez toho, aby sa dotkli.

Ktoré náboje sa priťahujú a ktoré odpudzujú?

Pre náboje platí jednoduché pravidlo:

• Plus a mínus sa k sebe ťahajú. Hovoríme, že sa priťahujú.
• Dva plusy sa od seba odtláčajú a dva mínusy tiež. Hovoríme, že sa odpudzujú.

Čím sú náboje bližšie pri sebe, tým silnejšie sa priťahujú alebo odpudzujú.

Poďme hlbšie: Čím bližšie, tým oveľa silnejšie pre dospelých a extra zvedavých

Sila medzi dvoma nábojmi rýchlo rastie, keď sa k sebe približujú. Keď sa vzdialenosť zmenší na polovicu, sila bude štyrikrát väčšia. Tomuto pravidlu hovoríme Coulombov zákon:

$$F = k \, \frac{q_1 \, q_2}{r^2}$$

• $F$ je sila v newtonoch (N). Ak vyjde $F$ kladné, náboje sa odpudzujú; ak záporné, priťahujú sa.
• $q_1$ a $q_2$ sú oba náboje v coulomboch (C).
• $r$ je vzdialenosť medzi nábojmi v metroch (m).
• $k$ je stále číslo, približne $9 \cdot 10^{9}$ N·m²/C².

Jeden elektrón má náboj $-1{,}602 \cdot 10^{-19}$ C, takže jeden coulomb je náboj približne 6,24 miliardy miliárd elektrónov ($6{,}24 \cdot 10^{18}$). To je veľa náboja. Dva predmety s nábojom 1 C vo vzdialenosti 1 meter by sa odtláčali takou silou, akou na zem tlačí asi 600 000 áut. Bežné statické náboje sú oproti tomu maličké: pošúchaný balón nesie menej ako niekoľko milióntin coulombu.

Protóny v jadre sú mimoriadne blízko seba a všetky sú kladné, takže sa veľmi silno odtláčajú. Drží ich pokope iná sila – silná jadrová sila. Je ešte silnejšia ako elektrické odpudzovanie, ale siaha len asi na šírku jadra.

Prečo sa všetko navzájom nepriťahuje a neodtláča?

Bežný atóm má presne toľko elektrónov ako protónov. Ku každému plusu patrí jeden mínus, takže sa náboje navzájom vyrušia. Hovoríme, že atóm je neutrálny, teda vyrovnaný.

Takmer všetko okolo nás je takto vyrovnané. Preto stolička a ceruzka k sebe neskáču ani od seba neodlietajú.

Ako trenie vytvorí náboj?

Protóny sú zamknuté hlboko vo vnútri atómov. Niektoré elektróny sú však na okraji a trenie ich môže presunúť z jednej veci na druhú.

Keď šúchaš balón o vlasy, niektoré elektróny prejdú z vlasov na balón. Balón má teraz elektróny navyše, takže má záporný náboj. Vlasom elektróny chýbajú, takže majú kladný náboj.

Plus a mínus sa priťahujú, a preto sa vlasy naťahujú k balónu. A keďže majú teraz všetky vlasy rovnaký kladný náboj, navzájom sa odpudzujú a postavia sa dupkom!

Takému náboju, ktorý zostáva na balóne alebo na svetri, často hovoríme statická elektrina.

Poďme hlbšie: Odkiaľ sa náboj berie? pre dospelých a extra zvedavých

Trenie nevyrobí nový náboj. Len ho presunie z jedného predmetu na druhý. Balón získa presne toľko záporného náboja, koľko kladného získajú vlasy, takže celkový náboj zostane rovnaký. Tomuto pravidlu hovoríme zákon zachovania náboja: celkový náboj uzavretej sústavy sa nikdy nemení.

Ktoré čiastočky presne preskakujú, keď sa dve látky dotknú, vedci ešte stále skúmajú. Často sú to elektróny, niekedy však možno aj nabité atómy (ióny) alebo drobné kúsočky samotnej látky. Tak či onak, jeden predmet skončí so záporným nábojom navyše a druhý s kladným.

Vyskúšaj to

• Pošúchaj balón o vlasy alebo o vlnený sveter. Podrž ho nad drobnými kúskami papiera. Papieriky vyskočia a prilepia sa naň!
• Znova balón pošúchaj a jemne ho prilož k stene. Zostane na nej, drží ho tam jeho náboj.
• Pusti z kohútika tenký, hladký prúd vody. Podrž pošúchaný balón blízko pri ňom, ale nedotkni sa ho. Prúd vody sa k balónu ohne!

Papier ani stena nemajú vlastný náboj. Elektróny navyše na balóne však elektróny v papieri trochu odtlačia. Strana papiera najbližšie k balónu tak bude trošku kladná – a plus a mínus sa priťahujú.

Najlepšie to funguje v suchom počasí. Keď je vlhko, náboj uniká rýchlejšie.

Iskry a blesky

Niekedy sa na jednom mieste nahromadí veľa náboja. Elektróny potom môžu preskočiť vzduchom v drobnej iskre. Možno to poznáš: prejdeš po koberci, chytíš kovovú kľučku a – cvak!

Blesk je to isté, len obrovské. V búrkovom oblaku silný vietor hádže kúsky ľadu hore a dole a tie do seba narážajú. Tým sa náboje oddelia: spodná časť oblaku zvyčajne získa obrovský záporný náboj.

Keď je náboja dosť, preskočí z oblaku do zeme obrovská iskra. Väčšina bleskov však do zeme vôbec nedopadne: zablyskne sa vo vnútri oblakov alebo medzi nimi.

Blesk zohreje vzduch asi na 30 000 °C – viac, ako má povrch Slnka. Vzduch sa tak náhle roztiahne, že to tresne. Ten tresk je hrom.

Poďme hlbšie: Malá iskrička a obrovský blesk pre dospelých a extra zvedavých

Iskra z kľučky môže vzniknúť pri napätí niekoľko tisíc voltov. Len štípne, lebo pretečie veľmi málo náboja a len na maličký okamih. Priemerný blesk je úplne iný: nesie prúd okolo 30 000 ampérov, prenesie približne 15 coulombov náboja a uvoľní asi miliardu joulov energie.

Náboje v pohybe

Keď sa náboje pohybujú, vzniká elektrický prúd. V drôte tečú elektróny, ktoré tlačí napätie batérie. Niektoré látky nechajú náboje ľahko prejsť a iné takmer vôbec. Ktoré to sú, zistíš v článku vodiče a izolanty.

Over sa

Dva balóny pošúchaš o vlasy a zavesíš ich vedľa seba. Čo sa stane?

Pritiahnu sa k sebe Odtlačia sa od seba Nestane sa nič

Ukáž odpoveď

Odtlačia sa od seba — Oba balóny získali elektróny navyše, takže oba majú záporný náboj. Dva rovnaké náboje sa odpudzujú.