Z hlediska elektrických vlastností dělíme látky na dvě základní skupiny - na vodiče a nevodiče. Jako první mezi nimi poznal rozdíl v roce 1729 Stephen Gray. Zjistil, že elektrický náboj se na skle nebo síře nerozprostře rovnoměrně, že když chce náboj odvést, musí se dotknout tělesa v tom místě, kde byl třen. Naproti tomu na kovech se náboj rozprostře na celém povrchu tělesa a když ho chceme odvést, stačí se dotknout tělesa kdekoliv. Rozdělil tedy látky na vodiče a nevodiče.

Vodič je taková látka, která obsahuje volně pohyblivé nabité částice (tyto materiály vedou mimo jiné dobře elektrický proud a zmíněné volně pohyblivé nabité částice jsou právě jeho nositeli). K typickým vodičům patří zejména: kovy (obsahují volné valenční elektrony), roztoky elektrolytů (obsahují volné kladné a záporné ionty), ionizované plyny a plazma (obsahují volné elektrony a ionty).

Počet volných elektronů v kovech je velký. Uvažujme např. měděný vodič, který obsahuje 29 elektronů rozdělených do slupek po 2, 8, 18 a 1 elektronu. Jediný elektron v poslední slupce se od atomu snadno oddělí. Můžeme tedy na každý atom počítat jeden volný elektron. V 1 kg mědi je 9,5 ∙ 1024 částic. Tedy náboj volných elektronů je –9,5 ∙ 1024 ∙ 1,6 ∙ 10–19 C = 15,2 ∙ 105 C. Je však vykompenzován stejně velkým kladným nábojem.

Jestliže vložíme vodič do elektrostatického pole o intenzitě E, bude na jednotlivé náboje působit síla F = qE, která náboje (volné elektrony) rozpohybuje. Výsledkem bude nerovnoměrné rozložení náboje na povrchu vodiče. Na straně, kde siločáry vnějšího elektrického pole vstupují do vodiče se nabije záporným nábojem, kdežto povrch vodiče na protilehlé straně se nabije kladným nábojem. Tento jev se nazývá elektrostatická indukce a objevil ji v roce 1709 Francis Hawksbee.


Vznik indukovaných nábojů ve vodiči.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.

Indukované náboje vytváří vlastní elektrostatické pole o určité intenzitě. Celý proces přemísťování náboje ustane ve chvíli, kdy se intenzity obou polí vyrovnají. Doba trvání je velmi krátká, řádově 10–12 s.

Pole indukovaných nábojů na povrchu vodiče zruší pole uvnitř vodiče. Tohoto poznatku se využívá při tzv. elektrostatickém stínění citlivých přístrojů a zařízení, které jsou díky vodivému obalu chráněny před vlivem elektrostatických polí. Stínícímu krytu se říká Faradayova klec. Možnost odstínění elektrického pole objevili Michael Faraday a Henry Cavendish na přelomu 18. a 19. stol, protože dokázali, že náboj se nachází pouze na povrchu vodiče. Cavendish své práce nepublikoval ani knižně ani v dopisech, a tak se jeho objevy staly zámými až v roce 1879, kdy je publikoval James Maxwell. Faraday při pokusech používal drátěné nádoby, které tehdy sloužily k přenášení ledu v laboratoři.

Naopak nevodič (též izolant, či dielektrikum) obsahuje ve své struktuře pouze vázané elektricky nabité částice, jejichž případný pohyb je umožněn jen na vzdálenosti řádově rovné rozměrům molekul (nebo atomů) dané látky; tyto částice nemohou být proto nositeli elektrického proudu - ale ani tyto látky nejsou k elektrickému poli netečné. Příkladem izolantu je sklo, různé plastické materiály, porcelán, pryž a řada dalších látek. Pro jejich strukturu je charakteristické, že v atomech a molekulách těchto látek jsou elektrony pevně vázány a jejich záporný náboj je vyrovnán kladným nábojem protonů.

Jestliže těleso z izolantu vložíme do elektrického pole, působí elektrická síla na celý atom nebo molekulu a nastane v nich určitý posun elektrických nábojů. Z atomů a molekul se stávají elektrické dipóly a tento jev nazýváme elektrická polarizace. Byla objevena v roce 1758 Johannem Carlem Wilckem (často psaným Wilke). Elektrické náboje, které se indukují v atomech a molekulách dielektrika, se nazývají vázané náboje, protože nejdou z tělesa odvést. Náboj je záporný na té straně tělesa, do níž vstupují siločáry vnějšího elektrického pole, a kladný na té straně, kde siločáry z tělesa vystupují. Uvnitř dielektrika jsou kladné a záporné náboje pomíchány a navenek se neprojevují.


Izolant v elektrostatickém poli.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Autor textu: 

Rezervace a nákup vstupenek

Recepce

Poradíme Vám s objednáním a nákupem vstupenek.