Elektrostatyka i prąd elektryczny

Elektrostatyka jest działem fizyki, który zajmuje się własnościami oraz oddziaływaniem nieruchomych ładunków elektrycznych, czyli tych, które pozostają w stanie spoczynku. Elektryczność oznacza zdolność do wiązania się z polem elektromagnetycznym, która przysługuje określonym cząstkom subatomowym.

Oddziaływania elektrostatyczne były znane już w czasach starożytnych. Tales z Miletu spostrzegł, iż bursztyn, który wcześniej zostanie potarty o sukno, ma zdolność przyciągania lekkich drobin. Istnieją dwa rodzaje ładunku elektrycznego, ładunek dodatni oraz ładunek ujemny. Oba ładunki oddziałują na siebie. Przyciąganie następuje, kiedy ładunki mają przeciwne znaki, zaś odpychanie występuje przy ładunkach jednoimiennych, czyli mających jednakowe znaki.

Można wyróżnić kilka sposobów na elektryzowanie ciał:

  • Pierwszym jest wspomniane już pocieranie jednego ciała o drugie. Tarcie powoduje przepływ elektronów i w ten sposób jedno ciało jest naznaczone ładunkiem dodatnim, zaś drugie ujemnym.
  • Kolejnym sposobem jest elektryzowanie ciał przez indukcję. Indukcja elektrostatyczna jest zjawiskiem polegającym na przemieszczaniu się ładunku elektrycznego w obrębie ciała za sprawą ciała, które nie jest naelektryzowane. Każde bowiem ciało naelektryzowane przyciąga do siebie ciało, które jest elektrycznie obojętne.
  • Ostatnim sposobem elektryzowania ciał jest zetknięcie, czyli dotyk. W tym wypadku ładunek z ciała naelektryzowanego w pewnym stopniu przechodzi do ciała elektrycznie obojętnego, przez co ładunek ciała naelektryzowanego będzie mniejszy.

Zasada zachowania ładunków mówi o tym, iż w układzie ciał, które są izolowane elektrycznie, całkowity ładunek, na który składa się suma ładunków dodatnich oraz ujemnych, nie ulega zmianie. Ładunek może się tylko przemieszczać z jednego ciała do drugiego lub ich części.

Główne prawo elektrostatyki podaje wartość siły, które wytwarzają ładunki elektryczne podczas wzajemnego oddziaływania. Prawo Coulomba, bo to o nim mowa, głosi, iż dwa statyczne ładunki elektryczne działają na siebie z siłą, która jest wprost proporcjonalna do iloczynu wartości tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości, jaka je dzieli. Uporządkowany ruch ładunków elektrycznych nazywamy prądem elektrycznym. Źródłem napięcia elektrycznego jest urządzenie, przez które przepływa prąd. Istnieją substancje, które mogą przewodzić prąd, ale i takie, które od niego izolują. Są to przewodniki, np. stal, grafit, żelazo, srebro oraz izolatory, np. szkło, drewno, tworzywa sztuczne.

  • Napięcie prądu to różnica potencjałów dwóch punktów wraz z rosnącym napięciem zwiększa się przepływ prądu elektrycznego.
  • Natężenie prądu stanowi stosunek ładunku, który przepływa przez przekrój poprzeczny przewodnika do czasu tego przepływu.
  • Z prądem elektrycznym łączą się pewne prawa, z których najważniejsze to Prawo Ohma oraz Pierwsze Prawo Kirchhoffa. Prawo Ohma głosi, że stosunek natężenia prądu elektrycznego płynącego przez przewodnik do napięcia pomiędzy jego końcami jest niezależną od wielkości napięcia i natężenia wielkością stałą. Pierwsze prawo Kirchhoffa mówi o przepływie prądu w rozgałęzieniach obwodu elektrycznego, mianowicie, suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie prądów, które z tego węzła wypływają. Obwodem elektrycznym jest zespół składający się z połączonych elementów elektrycznych (źródło napięcia, przewody łączące oraz odbiorniki), tworzących zamkniętą drogę, którą przepływa prąd.