Elektrický náboj

Elektrický náboj je fyzikální veličina a vlastnost hmoty, která vyjadřuje schopnost působit elektrickou silou a způsobuje tuto sílu, pokud jsou nabitá tělesa umístěna do elektromagnetického pole. Jsou dva druhy elektrického náboje: kladný, přenášený protony, a záporný, přenášený elektrony. Pokud je celkový náboj roven nule, říká se, že je neutrální. Stejné náboje se odpuzují a opačné přitahují.

Na elektrický náboj platí zákon zachování elektrického náboje, což znamená, že celkový náboj izolované soustavy se nemůže změnit. Hlavními přenašeči elektrického náboje jsou nepohyblivé kladné protony a pohyblivé záporné elektrony. Celkový elektrický náboj tělesa je záporný, pokud celkový počet jeho elektronů je větší než celkový počet jeho protonů, kladný v opačném případě. Tělesa se stejným počtem protonů a elektronů nemají náboj a jsou označována jako elektricky neutrální. Náboj je také kvantovaný, což znamená je jeho hodnota vždy násobkem elementárního náboje e, což je nejmenší elektrický náboj, který může volně existovat. Tato vlastnost se také někdy nazývá zákon kvantování náboje. Kvarky mají menší náboje, násobky ¹⁄₃e, ale ty se vždy spojí do částice, která má jako náboj přirozený násobek e. Proton má náboj +e a elektron -e.

SI odvozená jednotka elektrického náboje je coulomb (C), pojmenovaný po francouzském fyzikovi Charlesu-Augustinovi de Coulombovi. V elektrotechnice bývá také zvykem používat jednotku ampérhodina, například u kapacity elektrických článků, a ve fyzice a chemii se jako jednotka také používá elementární náboj e. V chemii se také můžeme setkat s Faradayovou konstantou, která vyjadřuje celkový náboj jednoho molu částic s elementárním nábojem. Náboj se značí velkým Q, v zahraničí (např. v angličtině) se můžeme setkat i s malým q.

Elektrický náboj vytváří elektrické pole. Elektrické náboje také vytvářejí magnetické pole, pokud se pohybují. Interakce mezi elektrickým nábojem a elektromagnetickým polem (kombinace elektrického a magnetického pole) je zdrojem Lorentzovy síly, která je jednou ze čtyř základních sil.

Elektrický náboj vyjadřuje určitou vlastnost částic, která je spojována se vznikem vzájemného působení mezi tělesy (částicemi) podobným způsobem, jako je hmotnost spojována s existencí gravitačního pole. Přítomnost elektrického náboje je tedy nutná pro vznik elektrického nebo magnetického pole.

Kladný náboj (+)

Pozitivní náboj má více protonů než elektrony (Np> Ne).

Kladný náboj je označen znaménkem plus (+).

Pozitivní náboj přitahuje další záporné náboje a odrazí další kladné náboje.

Pozitivní náboj je přitahován dalšími zápornými náboji a odrazen jinými kladnými náboji.

Záporný náboj (-)

Záporný náboj obsahuje více elektronů než protonů (Ne> Np).

Záporný náboj je označen znaménkem mínus (-).

Záporný náboj přitahuje další kladné náboje a odrazí další záporné náboje.

Záporný náboj je přitahován dalšími kladnými náboji a odrazen jinými zápornými náboji.

Směr elektrické síly (F) podle typu nabíjení

Náboj elementárních částic

Coulomb

Elektrický náboj se měří pomocí Coulombů [C].

Jeden coulomb má náboj 6,242 × 10 ¹⁸ elektronů:

1C = 6,242 x 10 ¹⁸ e

Výpočet elektrického náboje

Když elektrický proud teče po stanovenou dobu, můžeme vypočítat náboj:

Konstantní proud

Q = I ⋅ t

Q je elektrický náboj, měřený v coulombech [C].

I je proud měřený v ampérech [A].

t je časové období, měřeno v sekundách [s].

Okamžitý proud

Q je elektrický náboj, měřený v coulombech [C].

i ( t ) je okamžitý proud, měřený v ampérech [A].

t je časové období, měřeno v sekundách [s].