I. ELEKTRILINE VASTASTIKMÕJU

Elektrilaengu mõiste. Elektrilise vastastikmõju avaldumisvormid

Kui hõõruda omavahel kahte erinevast materjalist keha, siis hakkavad nad enda poole tõmbama erinevaid kergeid esemeid. Öeldakse, et kehad on elektriseerunud või siis, et kehad on omandanud elektrilaengu.

Elektrilaeng on füüsikaline suurus, mis iseloomustab kehade võimet astuda elektrilisse vastastikmõjusse. Mida suurem on kehale antud elektrilaeng, seda tugevamini ta elektrilisse vastastik­mõ­jusse astub.

Kehade laadumine hõõrdumisel

Laetud kehade tõmumine ja tõukumine

Kuna laetud kehade vaheline elektriline vastastikmõju võib avalduda nii tõmbumise kui ka tõukumisena, siis saab sellest järeldada, et looduses on kahte liiki elektrilaenguid.

Eri liiki laenguid nimetatakse positiivseteks ja negatiivseteks.

NB! Tegu on kolme erineva joonisega, mis on omavahel joontega eristatud ning II ja III joonise elektrilaengud ei mõjuta I joonise omi ning vastupidi!

Samaliigilised laengud tõukuvad ja eriliiglised laengud tõmbuvad.

Kehade elektriseerimine

Kehade elektriseerimiseks on kaks põhimõttelist võimalust: erinevast materjalist kehade omavahelisel hõõrdumisel, kusjuures elektriseeruvad mõlemad hõõrduvad kehad; ja kehade kokkupuutel eelnevalt elektriseeritud kehaga.

Kehade elektriseerimise mehhanism

Kõik kehad koosnevad aatomitest, mis koosnevad omakorda positiivselt laetud tuumast ja negatiivselt laetud elektronkattest.

Tuumas sisalduvate prootonite positiivne elektrilaeng on täpselt sama suur kui elektronkattes sisalduvate negatiivselt laetud elektronidel. Nende osakeste laengut nimetatakse ka elementaarlaenguks.

Nor­maal­tingimustel tuumas prootoneid ja elektronkattes elektrone ühepalju, mistõttu on aatom tervikuna ilma elektriliselt neutraalne ehk laenguta.

Kehade elektriseerimine on tingitud sellest, et osadel kehadel on võime liita endaga elektrone, teistel aga loo­vu­ta­da neid.

Kui kehas tekib elektronide ülejääk, siis laadub see keha negatiivselt, kui aga kehas tekib elektronide puudujääk, siis laadub keha positiivselt.

Isoleeritud süsteem. Laengu jäävuse seadus

Elektriliselt isoleerituks või ka suletuks nimetatakse sellist süsteemi, milles laengute arv iseenesest muutuda ei saa.

Isoleeritud süsteemis sisalduv elektrilaeng on jääv suurus – see tähendab, kui mingi protsessi alguses on süsteemil mingisugune elektrilaeng, siis on sellel süsteemil samasugune elektrilaeng ka selle protsessi lõppedes. Laeng võib ainult vahetada asukohta süsteemis – see tähendab minna ühelt süsteemi kuuluvalt kehalt teisele.

Nii saame selgitada kehade laadumist hõõrdumisel ja omavahelisel kokkupuutel.

Laadumismehhanism hõõrdumisel ja kokkupuutel

Kui enne hõõrdumist on kehad ilma laenguta ja hõõrdumisel omandab üks keha mingisuguse positiivse elektri­laengu, peab teine keha omandama sama suure negatiivse laengu – üheskoos vaadelduna on mõlema keha kogulaeng jätkuvalt võrdne nulliga.

Kui üks kokku­puutest osa võttev keha omandab mingisuguse elektrilaengu, siis peab teine keha samasuguse elektrilaengu kaotama – süsteemi kogulaeng selle protsessi käigus ei muutu.

Juhid. Dielektrikud

Selliseid materjale, milles laengud saavad vabalt liikuda, nimetatakse elektrijuhtideks.

Elektrijuhid on näiteks: metallid, soolade-, hapete- ja leeliste vesilahused.

Materjale, milles laengud liikuda ei saa, nimetatakse mittejuhtideks ehk dielektrikuteks ehk isolaatoriteks.

Isolaatorid on näiteks: kummi, enamik plastikuid, klaas ja kuiv puit. NB! Enamik sooli (ka aluseid ja happeid) kristalliseerunud olekus, samuti täiesti puhas (destilleeritud) vesi on dielektrikud.

Laetud keha ühendamist elektrijuhi abil Maaga, nimetatakse maandamiseks – selle tulemusena juhitakse kehale kogunenud laeng maapinda ning keha muutub pärast laengu kaotamist inimeste jaoks ohutuks.

Elektriväli

Kahe laetud keha vaheline vastastikmõju toimub läbi erilise vahendaja, mida nimetatakse elektriväljaks. Elektriväli ümbritseb iga laetud keha.

Joonisel on kahe laengu elektriväljad – “sinise” laengu elektriväli mõjutab temas asetsevat “punast” laengut ja vastupidi. Laengu poolt tekitatud väli laengut ennast ei mõjuta.

Kui laeng ei liigu, siis nimetatakse tema poolt tekitatavat välja staatiliseks.

Meid ümbritseb enamasti aineline keskkond, mis koosneb molekulidest ja aatomitest, elektriväli on sellest erinev – tema ei koosne osakestest, ka võib olla ühes ja samas ruumipunktis korraga mitu elektrivälja.

Inimene elektrivälja oma meeleorganitega ei tunneta. Elektrivälja mistahes punktis mõjub laetud kehale alati kindla suuna ja suurusega elektrijõud – see ongi elektrivälja põhitunnus.

Tõenduseks, et elektriväli on materiaalne objekt on tema liikumine lõpliku kiirusega. Ehkki see kiirus on väga suur – 300 000 km/s (valguse kiirus), on see siiski mingi kindla väärtusega, mitte lõpmata suur.