9 ELEKTROSTATIKA

9.1 ELEKTRICKÝ NÁBOJ
Náboj jednoho coulombu projde průřezem vodiče při proudu 1A za 1s.
Měří se elektrometrem nebo přesněji měřičem elektrického náboje.
Látky, v nichž se náboj snadno přemisťuje, jsou vodiče, látky, v nichž se nepřemisťuje, jsou izolanty (dielektrika).
Existuje kladný a záporný elektrický náboj.
Elektrický náboj je dělitelný; náboj, který již nelze rozdělit se nazývá elementární náboj .
Nosiče elektrického náboje v atomu jsou protony a elektrony. Elektrický náboj protonu je kladný a náboj elektronu je záporný. Jsou to náboje elementární.
Atom je neutrální. Odpoutá li se jeden nebo více elektronů, vzniká kladný iont, připojí li se k obalu jeden nebo více elektronů, vzniká záporný iont.
V atomech kovů jsou valenční elektrony poutány slabými silami, proto se odpoutávají a vznikají volné elektrony.

Při styku dvou těles dochází k elektronování tělesa (přemísťování elektronů z tělesa na těleso). Těleso s nadbytkem n elektronů má pak záporný náboj a těleso, jemuž se elektronů nedostává má kladný náboj .

9.1.1 Zákon zachování elektrického náboje
V elektricky izolované soustavě těles je úhrnný elektrický náboj stálý. Elektrický náboj nelze vytvořit ani zničit, lze ho jen přemísťovat.

9.2 COULOMBŮV ZÁKON
Dva bodové náboje (elektricky nabitá tělesa velmi malých rozměrů) v klidu se navzájem přitahují nebo odpuzují stejně velkými silami opačného směru. , kde k je konstanta úměrnosti (závisí na prostředí: – ve vakuu asi , 0 je permitivita vakua – – a r je relativní permitivita prostředí – pro vakuum a přibližně pro vzduch , pro ostatní ) .

9.3 ELEKTRICKÉ POLE
Elektrické pole existuje v okolí každého elektricky nabitého tělesa.

9.3.1 Intenzita elektrického pole
Intenzita elektrického pole je , kde Fe je síla působící na kladný bodový náboj Q0. Intenzita elektrického pole má stejný směr jako elektrická síla.
Siločára je myšlená čára, jejíž tečna v každém bodě určuje směr intenzity E.

9.3.2 Homogenní elektrické pole
Homogenní elektrické pole existuje, má li intenzita ve všech místech elektrického pole stejnou velikost i směr.
Např. mezi dvěmi rovnoběžnými kovovými deskami, z nichž jedna je nabita kladně a druhá zá-porně.

9.3.3 Radiální (centrální) elektrické pole
Vektor intenzity má směr paprsku z náboje vycházejícího nebo do náboje vstupujícího. Směr záleží na druhu náboje (kladný náboj – paprsek směřuje od náboje). Vzniká v okolí bodového náboje.
Velikost intenzity v daném bodě: .

9.3.4 Siločáry dvou elektrických nábojů
dva nesouhlasné náboje dva souhlasné náboje

9.4 PRÁCE A ENERGIE V HOMOGENNÍM ELEKTRICKÉM POLI
, kde d je rozdíl vzdáleností (d1 a d2) počátku a konce trajektorie od desky spojené se Zemí.
Potenciální energie je určena prací, jakou vykoná elektrická síla při přemístění kladného bodového náboje na povrch Země.

9.5 ELEKTRICKÝ POTENCIÁL A NAPĚTÍ
Potenciál je definován , kde Ep je potenciální energie kladného bodového náboje a Q je velikost tohoto náboje.
Body o stejném potenciálu tvoří hladinu potenciálu (ekvipotenciální plochu).
Napětí je rovno práci, kterou je třeba vykonat na přenesení náboje Q z A do B (rozdíl potenciálů): . Měří se voltmetrem.
Odtud a (práce vykonaná přenesením elektrického náboje mezi dvěma místy mezi nimiž je napětí U).

9.6 VODIČ V ELEKTRICKÉM POLI
Přiblížíme li elektricky nabité těleso k izolovanému vodiči, dochází v něm k pohybu volných elektronů. Volné elektrony nesoucí záporný náboj se přemístí na jednu stranu vodiče, která se tím nabíjí záporně. Na druhé straně nedostatek elektronů vyvolává náboj kladný. Po oddálení nabitého tělesa jev zaniká. Jev se nazývá elektrostatická indukce a elektricky indukované částice jsou indukované náboje.
Uzemníme li vodič s indukovanými náboji, pak se náboj na vzdálenějším konci od nabitého tělesa zneutralizuje a nazývá se volný náboj. Odstraníme li nyní uzemnění a potom nabité těleso, vodič zůstane trvale nabit indukovaným nábojem (bližším k tělesu), který se nazývá vázaný náboj.

9.6.1 Rozmístění elektrického náboje na vodiči
Částice s elektrickým nábojem se pohybují pouze po vnějším povrchu vodiče, a proto je elektrické pole pouze vně vodiče.
Plošná hustota elektrického náboje: a po dosazení ze vztahu pro intenzitu (povrch koule) je – je přímo úměrná intenzitě při vnějším povrchu vodiče.

9.7 IZOLANT V ELEKTRICKÉM POLI
Kladné jádro atomu v elektrickém poli se posouvá ve směru intenzity, zatímco záporný obal proti směru. Vzniká částice se dvěma elektrickými póly zvaná elektrický dipól.
Vložíme li izolant do elektrického pole, vznikají dipóly a na stranách izolantu se vytvoří navzájem opačné elektrické náboje, dochází k polarizaci dielektrika.
Polární dielektrika jsou izolanty tvořící dipóly samovolně. Dipóly jsou však orientovány různými směry a elektrický náboj se neprojevuje. Polarizuje se až vlivem elektrického pole.
Polarizací dielektrika vzniká mezi polarizovanými náboji elektrické pole o intenzitě Ei opačného směru, než je intenzita E. Výsledná intenzita a má směr E. Polarizací se silové působení vnějšího elektrického pole zeslabuje, přičemž platí .

9.8 KONDENZÁTORY
Kondenzátor je tvořen dvěmi vodivými deskami.
Kapacita vodiče
Kapacita vodiče vyjadřuje schopnost vodiče přijmout při daném potenciálu určitý náboj a je definována . Běžný vodič má kapacitu řádově v pikofaradech.

9.8.1 Kapacita kondenzátoru
, kde S je obsah účinné plochy desek (část povrchu desky proti které je povrch druhé desky) a d je jejich vzdálenost.

9.8.2 Spojení kondenzátorů
Paralelní: vzniká v podstatě kondenzátor s větší účinnou plochou desek.
Sériové: Výsledná kapacita je vždy menší než kapacita kteréhokoliv z použitých kondenzátorů. Elektrický náboj Q je na všech kondenzátorech stejný.