Naboj in Coulombov zakon

Dodaj nekaj delcev, naboja enake velikosti, vendar z enakimi ali različnimi predznaki, in jih z vlečenjem premikaj. Puščice na zaslonu kažejo medsebojno interakcijo delcev. Relativna dolžina puščic kaže velikost in smer elektrostatičnih sil.

x =  m        q = C

Kaj je naboj? Naboj je lastnost nekaterih delcev v atomu in ni snov, ki bi se lahko selila z delca na delec. Delci lahko imajo naboj ali ga nimajo. Ko rečemo, da naelektrujemo neko telo, hočemo povedati, da prenašamo delce z nabojem iz enega makroskopskega telesa na drugo makroskopsko telo.    

Poskusi, ki so jih pred 200 leti izvajali Benjamin Franklin in drugi, so vodili k poimenovanju "negativnih" električnih lastnosti delcev, ki so bili prenešeni na gumo, katero so drgnili z volno. Franklin seveda ni poznal osnovnih delcev. Sedaj vemo, da so delci, ki jih z drgnjenjem prenašamo, elektroni. Tudi vemo, da elektroni niso edini delci z lastnostjo naboja. Poznamo protone, so pa še drugi delci z nabojem, različnim od nič. Ko nabijamo telo, bi lahko tudi rekli, da nanj "nanesemo elektrone", namesto, da ga naelektrujemo. Ponovni zagon.

Uporabi animacijo za nastanek treh enakih nabojev pri  x = -1.0 m, x = 0 m in x = 1 m. To lahko narediš z vpisom položaja v okno s tekstom in s klikom na gumb  dodaj (položaj je podan v metrih). Kolikšna je sila na srednji delec? Enaka je nič, ker se sili, povzročeni z drugima dvema nabojema, izničita. Premakni enega od zunanjih nabojev. Je sila na srednji delec še vedno enaka nič? Ne. Sila med dvema delcema vedno leži na črti med dvema delcema in je privlačna ali odbojna, odvisno od predznaka obeh nabojev. Z razdaljo upada po zakonu (1/r2), pri čemer je r razdalja med delcema.

Dodaj še nekaj delcev, naboja enake velikosti, vendar z enakimi ali različnimi predznaki, in jih z vlečenjem premikaj. Uporabi tekstovno okno za določanje teh nabojev. Puščice na zaslonu kažejo medsebojno interakcijo delcev. Relativna dolžina puščic kaže velikost in smer elektrostatičnih sil. 

Resetiraj animacijo in naredi dva različna naboja. Opazuj razlike in podobnosti med vektorji sile pri delcih. Opazuj tudi primere, ko imata delca enak predznak (enak polariteto) ali različno polariteto (eden pozitiven, drugi negativen). Če imamo le dva nabita delca, sta sili, ki delujeta na ta delca, vedno enaki ali nasprotno enaki.

Animacija omogoča nstanek delcev poljubnega predznaka in s poljubnim nabojem. Po drugi strani  pa v naravi veljajo omejitve. Kot vemo, lahko delce v naravi dobimo ločeno le tako, da se celotni naboj ne spreminja. To pomeni, če "naredimo" pozitiven delec, mora nastati tudi negativen delec. Poleg tega mora biti velikost nastalega naboja celoštevilčni mnogokratnik osnovnega naboja. Te omejitve so sicer najbolj jasne v mikroskopskem svetu, vendar se odražajo tudi v makroskopskem svetu. Tako na primer baterija zahteva, da vstopa oziroma zapušča oba vodnika enako število delcev (sicer bi baterija “proizvajala” le en tip nabojev).   Končno je vse, kar lahko zdaj rečemo, da imajo določeni delci lastnost, ki ji pravimo naboj. Ta povzroča, da se določeni delci med seboj privlačijo ali odbijajo.