Dohodnutý směr toku stejnosměrného proudu je od kladného pólu zdroje přes spotřebič k zápornému pólu zdroje. Tento dohodnutý směr je opačný ke skutečnému směru toku elektronů v pevných vodičích.
Technický směr elektrického proudu je směr pohybu kladného náboje, což bylo stanoveno dohodou, neboť účinek pohybu kladného náboje jedním směrem je identický s účinkem pohybu záporného náboje směrem opačným! Znázornění směru pohybu kladných a záporných nábojů uvnitř vodiče je zřejmé z následujícího obrázku, kde je současně vyznačen technický směr proudu a směr vektoru intenzity vnějšího elektrického pole.
Definice
Elektrický proud je roven celkovému množství elektrického náboje, které projde průřezem vodiče za jednotku času.
Magnetizační proudy
---------
2. Souhlasné náboje se odpuzují, opačné se přitahují. Nabité a nenabité těleso se přitahují. Na vzájemném odpuzování souhlasných nábojů jsou založeny elektroskopy (přístroje, které jsou schopné detektovat přítomnosti náboje), pokud má elektroskop stupnici, nazývá se elektrometr.
Jednoduchý elektroskop lze vyrobit z plastové láhve, korkové zátky, kousku alobalu a silnějšího drátu (např. pletací jehlice). Korkovou zátku propíchneme silnějším drátem, na jehož konec pak přilepíme proti sobě dva tenké proužky alobalu (cca 0,5 cm krát 8 cm). Zátkou, kterou prochází drát, uzavřeme PET láhev a na vyčnívající konec drátu napíchneme kouli vyrobenou z alobalu (bude sloužit k „zachytávání“ elektrického náboje). Nyní stačí vzít např. plastové pravítko, přejet několikrát po bavlněném oblečení a přiblížit ke kouli z alobalu. Proužky z alobalu uvnitř láhve se od sebe odtáhnou.
V elektricky neutrálních tělesech je počet kladných a záporných elementárních nábojů stejný a jejich silové působení se navzájem ruší.
7. V izolované soustavě platí zákon zachování elektrického náboje:
Celkový elektrický náboj se vzájemným zelektrováním v izolované soustavě nemění.
Podle pohybu náboje daným materiálem rozlišujeme:
1. vodiče - elektrický náboj se v nich snadno přemísťuje. Je to dáno tím, že např. elektrony, které jsou schopné přenášet náboj v kovech, jsou k atomovým jádrům slabě vázány a mohou se tedy od nich snadno odpoutat. Vytváří tak tzv. elektronový plyn, který je příčinou dobré vodivosti kovů.
2. izolanty - elektrony jsou pevně vázány k atomovým jádrům a jejich pohyb daným materiálem proto není možný.
Poznámka: Obecně je přenos elektrického náboje dán přítomností libovolných volných nabitých částic.
Nabité těleso postupně ztrácí své elektrické vlastnosti, protože žádná látka není dokonalým izolantem. Proto dochází k postupnému vybíjení náboje. Náboj lze měřit pomocí měřiče náboje, trvalého nabití tělesa lze dosáhnout pomocí zdroje vysokého napětí.
Elektrostatické pole je podmíněno vznikem nerovnováhy nábojů (na dvou navzájem izolovaných deskách, na dvou osamocených vodičích, …). Elektrostatické pole může existovat jen v dielektriku! Ve vodivém prostředí by došlo k pohybu nabitých částic. Pokud by vodič nebyl připojen k trvalému zdroji napětí, pohyb nábojů by ustal jakmile by dosáhly takové polohy ve vodiči, v níž by na ně nepůsobily žádné elektrostatické síly. Došlo by k vyrovnání nábojů.
Elektrostatické pole má s proudovým polem společnou veličinu: napětí U. Mezi každými dvěma body v prostoru, v němž je vytvořeno elektrostatické pole, lze měřit napětí.
permitivita prostředí.
Práce v elektrostatickém poli, elektrické napětí
Dvě rovnoběžné kovové opačně nabité desky vytváří mezi sebou homogenní elektrostatické pole. Vložíme-li do tohoto pole malou vodivou kuličku upevněnou na nevodivém vlákně, pak po vychýlení, při němž se kulička dotkne jedné z desek, začne kulička kmitat mezi deskami. Při každém nárazu změní znaménko svého náboje, a proto se změní i směr elektrostatické síly, která koná práci nutnou k urychlení kuličky a k překonání odporu vzduchu.
Napětí mezi dvěma body elektrostatického pole je rovno rozdílu jejich potenciálů.
---
Potenciál země a uzemněných těles je nulový. A tedy napětí mezi určitým bodem elektrostatického pole a zemí je rovno elektrickému potenciálu tohoto bodu. Proto můžeme definovat potenciál jako podíl práce W, kterou vykoná elektrostatická síla při přenesení bodového náboje q z daného místa na zem, a tohoto náboje: .
Pohybuje-li se bodový náboj kolmo k siločárám elektrostatického pole, jeho elektrická potenciální energie se nemění (elektrostatická síla nekoná žádnou práci).
---
Elektrostatické pole nabitého vodivého tělesa ve vakuu
Náboj přivedený na izolované vodivé těleso se rozloží pouze na vnějším povrchu tělesa.
Důvod je prostý: náboje shodného znaménka se vzájemně odpuzují - proto se snaží od sebe oddálit co nejvíce.
Na tělese kulového tvaru je rozložen rovnoměrně, zatímco na nepravidelných tělesech je rozložení nerovnoměrné - v dutinách je náboje málo, nejvíce ho je soustředěno na hrotech a hranách. V této souvislosti se pro lepší popis zavádí plošná hustota náboje : ; .
V okolí nabité vodivé koule o poloměru R ve vakuu vzniká radiální elektrostatické pole takové, jako kdyby celý náboj Q byl soustředěn v jejím středu. Velikost intenzity vně koule vypočteme ze vztahu , uvnitř koule se ve všech bodech účinky jednotlivých částí náboje Q ruší: uvnitř nabité vodivé koule je elektrická intenzita pole nulová.
----
Elektrická intenzita je největší v blízkosti hrotů, hran, …, tedy tam, kde je největší hustota náboje.
Na hranách těles může docházet i při poměrně malých hodnotách potenciálů docházet díky velké elektrické intenzitě k ionizaci vzduchu. Ionty stejného náboje, jako je náboj na hrotu, jsou od hrotu odpuzovány a vzniká tak elektrický vítr. Opačně nabité ionty se přibližují k hrotu a neutralizují jeho náboj. Tento jev označovaný jako sršení elektřiny má velký technický význam: způsobuje ztráty při přenosu elektrické energie vedením velmi vysokého napětí. Dále se tohoto jevu využívá v elektrostatických filtrech kouře - částice kouře se nabíjejí záporně, hromadí se na stěnách a vlastní tíhou se sesouvají dolů do jímky.
------------
Vodič
Umístíme-li do elektrostatického pole kovový vodič, vznikne dočasně elektrostatické pole i v něm a způsobí pohyb volných elektronů, které se hromadí na jeho povrchu v místech, kde siločáry vstupují do vodiče (viz obr. 7). Tato strana vodiče se nabije záporně, na opačné straně, kde siločáry z vodiče vystupují, vzniká stejně velký kladný náboj. Tento způsob zelektrování vodiče se nazývá elektrostatická indukce. Děj pokračuje tak dlouho, až pole indukovaných nábojů zruší vnější pole a intenzita pole všude uvnitř vodiče je nulová. Náboje tímto způsobem indukované ve vodiči je možné od sebe oddělit rozdělením vodiče na dvě části.
---
Vlivem elektrostatického pole se vytvoří dipóly, které připomínají polarizovaný atom (viz obr. 12), ale jsou tvořeny větším množstvím polarizovaných atomů. Tyto dipóly se v dielektriku ve vnějším poli uspořádají ve směru elektrické intenzity vnějšího pole (viz obr. 13). Uvnitř dielektrika se jejich silové působení vzájemně vykompenzuje, ale na okraji dielektrika ne. Vzniknou zde indukované náboje, které jsou vázané na dielektrikum: v místě, kde do dielektrika proniká intenzita , je záporný náboj, v místě, kde tato intenzita z dielektrika vychází, je náboj kladný.
Indukované náboje jsou vázány na dipóly a nelze je z dielektrika odvést.
-------
Elektrická pevnost dielektrika
Míra polarizace dielektrika je závislá na velikosti intenzity elektrického pole, do kterého je dielektrikum vloženo. Při překročení určité velikosti intenzity vnějšího elektrostatického pole budou elektrostatické síly působící na nabité částice atomu větší než síly, které udržují atomy dielektrika pohromadě. Dielektrikum se tak vnějším polem (tj. přiloženým napětím) poruší a dojde a nastane tzv. průraz dielektrika. Dielektrikum se stane vodivým a začíná jím procházet proud. Elektrony jsou totiž vytrženy z atomů a mohou se volně pohybovat - mohou tedy přenášet elektrický náboj.
U pevných dielektrik může dojít i k mechanickému poškození (u kapalin a plynů k poškození nedochází).
Průraz dielektrika známe všichni: blesk ve vzduchu, piezokrystal na zapalování plynového sporáku, plynový zapalovač, elektrická svářečka, … Elektrická intenzita je natolik velká, že uvolní vodivostní částice z původně neutrálních molekul (v kapalinách a plynech to jsou jak elektrony, tak i ionty) a dielektrikem prochází elektrický proud.
Při elektrickém průrazu je překročena elektrická pevnost dielektrika, která ale není konstantní. Je závislá na teplotě, tloušťce dielektrika, vlhkosti, tvaru elektrod, …
Proto svářečkou prochází velký proud, aby se vzduch ohřál a lépe vedl - tj. aby snáze došlo k průrazu, …
Elektrická pevnost dielektrika je velikost elektrické intenzita, při níž dojde k elektrickému průrazu.
-----------------------
Jen tak dál!