Το ηλεκτρικό φορτίο

Στην προηγούμενη παράγραφο είπαμε ότι, αν ηλεκτρίσουμε δυο σώματα και τα πλησιάσουμε, τότε θα αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους με έλξη ή άπωση. Για να εξηγήσουμε αυτό το φαινόμενο των ηλεκτρικών δυνάμεων, δεχόμαστε ότι τα φορτισμένα σώματα έχουν μια ιδιότητα που τη συνδέουμε με το φυσικό μέγεθος, το ηλεκτρικό φορτίο. Μ’ αυτό τον τρόπο, όταν δυο σώματα έχουν ηλεκτρικό φορτίο (και τα πλησιάσουμε) θα αλληλεπιδράσουν ασκώντας ηλεκτρικές δυνάμεις.

Είδαμε ότι οι ηλεκτρικές δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ φορτισμένων σωμάτων είναι άλλοτε ελκτικές και άλλοτε απωστικές. Για να εξηγήσουμε αυτό το φαινόμενο δεχόμαστε ότι υπάρχουν δυο διαφορετικά είδη ηλεκτρικού φορτίου. Έτσι (α) όταν δυο φορτισμένα σώματα απωθούνται μεταξύ τους, έχουν το ίδιο είδος φορτίου και λέμε ότι είναι όμοια φορτισμένα. (β) όταν δυο φορτισμένα σώματα έλκονται μεταξύ τους, έχουν διαφορετικό είδος φορτίου και λέμε ότι είναι αντίθετα φορτισμένα.

Γενικά όλα τα φορτισμένα σώματα μπορούμε να τα ταξινομήσουμε σε δυο ομάδες ανάλογα το είδος του ηλεκτρικού φορτίου του. (α) Σε αυτά που είναι όμοια φορτισμένα με το ηλεκτρικό φορτίο που αποκτά η γυάλινη ράβδος αν την τρίψουμε με μεταξωτό ύφασμα και λέμε ότι είναι θετικά φορτισμένα ή έχουν θετικό φορτίο. (β) Σε αυτά που είναι όμοια φορτισμένα με το ηλεκτρικό φορτίο που αποκτά η πλαστική ράβδος αν την τρίψουμε με μάλλινο ύφασμα και λέμε ότι είναι αρνητικά φορτισμένα ή έχουν αρνητικό φορτίο.

Δυο σώματα που είναι και τα δύο φορτισμένα με θετικό φορτίο ή και τα δυο με αρνητικό φορτίο, λέμε ότι είναι ομώνυμα φορτισμένα. Δυο σώματα που είναι φορτισμένα το ένα με θετικό και το άλλο με αρνητικό φορτίο, λέμε ότι είναι ετερώνυμα φορτισμένα.

Πως μετράμε το ηλεκτρικό φορτίο

Παίρνουμε ένα πλαστικό χάρακα και τον τρίβουμε ελαφρά στις σελίδες ενός βιβλίου. Πλησιάζουμε τον χάρακα στο μπαλάκι του ηλεκτρικού εκκρεμές και βλέπουμε ότι το έλκει, έτσι καταλαβαίνουμε ότι ο χάρακας ασκεί ηλεκτρική δύναμη στο μπαλάκι. Τώρα, τρίβουμε πιο έντονα τον χάρακα στις σελίδες του βιβλίου και στη συνέχεια τον πλησιάζουμε στο μπαλάκι του ηλεκτρικού εκκρεμούς, στην ίδια απόσταση με πριν, βλέπουμε ότι το εκκρεμές αποκλίνει περισσότερο, δηλαδή η ηλεκτρική δύναμη που δέχεται από τον χάρακα, τώρα είναι μεγαλύτερη.

Για να εξηγήσουμε αυτή τη διαφορά στην απόκλιση του εκκρεμούς, δεχόμαστε ότι η μεγαλύτερη ηλεκτρική δύναμη στο εκκρεμές, οφείλεται στην αύξηση του ηλεκτρικού φορτίου στο χάρακα. Συμπεραίνουμε ότι, η ηλεκτρική δύναμη που ασκεί το σώμα στο εκκρεμές είναι μεγαλύτερη, όσο μεγαλύτερο είναι το ηλεκτρικό φορτίο του.

Τα ηλεκτρικά φορτία δυο σωμάτων, μπορούμε να τα συγκρίνουμε μεταξύ τους, αν μετρήσουμε τις ηλεκτρικές δυνάμεις που ασκούν τα σώματα αυτά σε ένα τρίτο ηλεκτρικά φορτισμένο σώμα κάτω από τις ίδιες συνθήκες. Η ηλεκτρική δύναμη που ασκεί (ή ασκείται σε) ένα φορτισμένο σώμα είναι ανάλογη του ηλεκτρικού φορτίου του.

Έτσι το ηλεκτρικό φορτίο, είναι μετρήσιμο μέγεθος και η τιμή του βρίσκεται μετρώντας ηλεκτρικές δυνάμεις που ασκεί σε άλλα φορτισμένα σώματα. Το ηλεκτρικό φορτίο σαν μετρήσιμο φυσικό μέγεθος έχει μονάδα μέτρησης, που στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (S. I.) είναι το Κουλόμπ (Coulomb). Ονομάστηκε έτσι προς τιμή του Γάλλου φυσικού Κουλόμπ, ο οποίος μελέτησε τις ιδιότητες των ηλεκτρικών δυνάμεων μεταξύ φορτισμένων σωμάτων. Η μονάδα Κουλόμπ συμβολίζεται με C.

Επειδή το 1C είναι πολύ μεγάλη μονάδα φορτίου, χρησιμοποιούμε τις υποδιαιρέσεις του.
Ένα μιλικουλόμπ 1mC = 10-3C
Ένα μικροκουλόμπ 1μC = 10-6C
Ένα νανοκουλόμπ 1nC = 10-9C
Ένα πικοκουλόμπ 1pC = 10-12C

Αν πάρουμε διάφορα ηλεκτρικά φορτία και τα ενώσουμε, το σύστημα των φορτίων αυτών, θα συμπεριφέρεται σαν ένα ηλεκτρικό φορτίο με τιμή το αλγεβρικό άθροισμα των φορτίων. Το ολικό φορτίο δυο ή περισσότερων ηλεκτρικών φορτίων ισούται με το αλγεβρικό άθροισμα των φορτίων κάθε σώματος:

qολ = q1 + q2 + … +qN

Το συνολικό φορτίο των δυο ράβδων α και β είναι μικρότερο από της καθεμιάς χωριστά.

Για παράδειγμα, για δυο φορτία q1 = +4nC και q2 = -3nC τότε το ολικό φορτίο του συστήματος είναι:

qολ = (+4nC) + (-3nC) ή qολ = +1nC

Όταν το συνολικό φορτίο ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων είναι μηδέν, τότε το σώμα ή το σύστημα σωμάτων ονομάζεται ηλεκτρικά ουδέτερο.