12-4 Indukované náboje

12-4 Indukované náboje

Gulička z bazového dreva zabalená do kovovej fólie bude celkom určite elektricky neutrálna, ak sa ju dotkneme rukou, alebo jedným koncom drôtu, ktorého druhý koniec je priviazaný k vodovodu – tj. ktorého druhý koniec sme uzemnili. Nadbytok alebo nedostatok elektrónov sa dá vytvoriť jedine ich privedením, alebo odvedením. A predsa, priblížme k takejto elektricky neutrálnej guličke kladne, alebo záporne nabitú tyč: a zistíme, že tyč guličku priťahuje. Musíme prísť na vysvetlenie takéhoto správania sa, lebo v zmysle Coulombovho zákona elektricky neutrálne telesá sa ani nepriťahujú, ani neodpudzujú, a nepôsobí na nich ani príťažlivá sila, nakoľko ich náboj je⁷ Q = 0. Na obrázku 12.3 je znázornená aká je skutočná situácia. Kladne nabitá tyč priťahuje k sebe tie elektróny kovovej fólie, ktoré sa dokážu v kove pohybovať. Na opačnej strane gule sa preto vytvorí rovnaký počet kladne nabitých atómov. Tyč k sebe priťahuje záporné náboje na bližšej strane gule a odpudzuje náboje na jej vzdialenejšej strane. Nakoľko na bližšej strane sú elektróny k tyči bližšie, ich priťahovanie je silnejšie, než odpudzovanie atómov na vzdialenejšej strane. Výsledná sila bude teda príťažlivá. Ak na obrázku 12.3 zmeníme všetky náboje „+“ a „−“ na opačné, tj. použijeme záporne nabitú tyč, výsledok bude rovnaký: tyč elektricky neutrálnu guličku priťahuje.

Ak tyč odnesieme z blízkosti guličky, elektróny z prednej časti guličky sa vrátia do zadnej časti a gulička sa bude navonok javiť znova ako bez náboja, bude elektricky neutrálnou. Pokiaľ sa však guličky dotkneme svojim prstom ešte vtedy, keď je v blízkosti tyč, situácia bude iná. Na obrázku 12.4 vidíme elektróny v dvoch rôznych skupinách; jedny sú priťahované + nábojom tyče, druhé + nábojom gule. Tie druhé sa na guľu dostanú z nášho prsta. Ak teraz dáme náš prst preč a odstránime aj tyč, nadbytočné elektróny sa rozprestrú na povrchu guľôčky rovnomerne, vďaka ich vzájomnému odpudzovaniu. Guľôčka bude nabitá rovnomerne záporným nábojom. Ak experiment zopakujeme so záporne nabitou tyčou, elektróny z druhej strany guľôčky ju opustia cez náš prst, čím jej konečný náboj bude kladný.

Príťažlivosť neutrálnej, kovovou fóliou potiahnutej, guličky k nabitej tyči môžeme ľahko vysvetliť schopnosťou voľného pohybu elektrónov vo vodivej fólii. Elektricky nabitá tyč však priťahuje k sebe aj dobré izolanty, suchý papier, niť, vlasy. K vysvetleniu tohto javu už nemôžeme predpokladať schopnosť voľného pohybu elektrónov, ktoré sú typické pre vodiče. Stretávame sa tu s príkladmi pre nový pojem, polarizáciu atómov v elektrickom poli. Atóm si môžeme predstaviť aj ako ťažké kladné jadro, ktoré je obklopené ľahkým víriacim sa záporným oblakom elektrónov. Za normálnych podmienok stred elektrónového mraku sa zhoduje so stredom jadra. Pokiaľ ale nabitá tyč v blízkosti vytvorí elektrické pole, atóm sa deformuje. Na obrázku 12.5a vidieť elektricky neutrálny atóm, ktorého elektrónový mrak je usporiadaný symetricky. Jeho stred a stred jadra sú na zhodnom mieste. Na obrázku 12.5b ale negatívne nabitá tyč priťahuje kladne nabité jadro, odpudzuje však mrak elektrónov. Stred elektrónového mraku je ďalej od tyče, ako jadro a preto príťažlivá sila pôsobiaca na jadro je väčšia, ako odpudivá sila pôsobiaca na elektróny. Nabitá tyč atóm mierne priťahuje, ako celok. Tento efekt na jedinom atóme je veľmi malý, ale v kúsku papiera, alebo čo by len v jedinom vlase je mimoriadne veľa atómov, a súhrn všetkých príťažlivých síl od jednotlivých atómov, je už významný. Mimochodom, ak obrázok 12.5 nakreslíme s kladne nabitou tyčou, okamžite vidíme, že v dôsledku polarizácie atómu bude výsledkom príťažlivosť aj v tomto prípade.