Electrizare și sarcină electrică

După ce freci un balon de păr sau de un material textil, el poate atrage bucățele mici de hârtie. Spunem că balonul s-a electrizat. Materialele conțin particule cu sarcină electrică. Există două feluri de sarcină, numite convențional pozitivă și negativă. Sarcinile de același fel se resping, iar cele de feluri diferite se atrag.

Un corp se poate electriza prin frecare sau prin contact cu un corp deja încărcat. Un corp încărcat poate produce și redistribuirea sarcinilor din alt corp fără să îl atingă; fenomenul se numește electrizare prin influență. Electroscopul ajută la observarea electrizării, fără să arate direct semnul sarcinii în orice montaj.

Prin frecare, electroni se pot transfera de pe un material pe altul. Materialul care primește electroni în plus devine încărcat negativ, iar cel care pierde electroni devine încărcat pozitiv. Sarcina totală a sistemului izolat se conservă: nu apare din nimic, ci se redistribuie. Nu toate materialele se electrizează la fel de ușor și nu toate păstrează sarcina la fel de mult timp, mai ales dacă aerul este umed.

Atomul este neutru pentru că are tot atâția electroni, cu sarcină negativă, câți protoni, cu sarcină pozitivă; neutronii nu au sarcină. Într-un solid se mișcă numai electronii, deci un corp devine pozitiv doar prin pierdere de electroni, nu prin primire de protoni. În metale sarcinile se pot deplasa liber, de aceea metalele sunt conductoare; în sticlă, plastic și cauciuc ele rămân unde au fost aduse, de aceea acestea sunt izolatoare. O bară de metal ținută în mână nu rămâne electrizată, fiindcă sarcina trece prin corpul nostru spre pământ.

Exemplu rezolvat. O baghetă de sticlă neutră este frecată cu o bucată de mătase neutră și cedează $1000$ de electroni.

1. Bagheta are acum cu $1000$ de electroni mai puțini decât protoni, deci este încărcată pozitiv.
2. Mătasea a primit cei $1000$ de electroni, deci are $1000$ de electroni în exces și este încărcată negativ.
3. Cele două sarcini au același modul și semne opuse, deci sarcina totală a sistemului bagheta–mătase rămâne zero, ca la început.

Un obiect încărcat poate atrage și un obiect neutru. Sarcinile din obiectul neutru se pot redistribui ușor sau se pot orienta astfel încât partea apropiată să interacționeze mai puternic cu obiectul încărcat. Așadar, atracția nu dovedește singură că ambele obiecte sunt încărcate cu semne opuse. Aceasta este o precauție importantă în interpretarea experimentelor.

Unitatea SI pentru sarcină este coulombul ($\mathrm{C}$). Sarcinile pe care le observi în experimentele simple pot fi foarte mici. Nu încerca experimente cu prize sau fire conectate la rețeaua electrică: efectele electrostatice cu balonul sunt diferite de alimentarea electrică a casei.

Fulgerul este o descărcare electrică puternică în atmosferă, între regiuni cu sarcini electrice diferite. Îl recunoaștem după lumina scurtă, urmată de tunet; viteza luminii este mult mai mare decât cea a sunetului. În timpul unei furtuni nu se fac experimente afară cu obiecte metalice sau fire; se caută adăpost într-o clădire ori într-un autoturism închis.

Greșeli frecvente

• Greșit: a presupune că frecarea creează sarcină din nimic.
  Corect: frecarea transferă electroni între corpuri, fără să creeze sarcină.
• Greșit: a crede că atracția dovedește mereu sarcini de semne opuse; un corp neutru poate fi atras.
  Corect: un corp neutru poate fi atras prin polarizare, deci atracția nu dovedește sarcini de semne opuse.
• Greșit: a confunda electrizarea balonului cu alimentarea de la priză.
  Corect: electrizarea balonului este electrostatică; priza alimentează un circuit electric.
• Greșit: un corp încărcat pozitiv a primit protoni.
  Corect: în solide se mișcă electronii; corpul este pozitiv pentru că a pierdut electroni.

Înainte și după