Hajde da pričamo malo o onom što je po meni jedna od
misterioznijih sila svemira.
Zapravo, mislim da su sve sile univerzuma
dosta tajnovite, ali hajde da razgovaramo
malo o naelektrisanju.
A svi smo čuli za naelektrisanje.
Napuniti bateriju. (charge-napuniti, naelektrisanje)
Ova čestica ima naelektrisanje.
Ali kada razmislite, sve što naelektrisanje znači je
da postoji ta osobina koja se zove naelektrisanje, i znamo da
ako nešto poseduje pozitivno naelektrisanje... a zvati ga
pozitivnim je u neku ruku proizvoljno.
Nije da protoni imaju mali plus zapisan na njima.
Mogli smo da ih nazovemo negativnim.
Ali kada nešto ima pozitivno naelektrisanje i kada
još nešto ima pozitivno naelektrisanje, oni
odbijaju jedno drugo.
Znamo i da kad bih imao nešto drugo, neku drugu
česticu koja bi imala negativno naelektrisanje, i još jednom
reč negativno je primenjena
sasvim proizvoljno.
Mogli su ih nazvati plavo i crveno naelektrisanje, ali sve što
znamo je da kada drugi objekat ima drugačije naelektrisanje...
u ovom slučaju nazvaćemo ga negativnim...
biće privučen pozitivnom naelektrisanju.
Pa šta znamo o naelektrisanju?
Naelektrisanje je osobina koju imaju čestice, i ako spojite
dovoljno čestica, i nastali objekat će imati
istu osobinu.
Dakle to je samo osobina.
I to je način da se kaže da ja stvarno
ne znam šta je to u stvari.
Iskreno, niko u potpunosti
ne zna šta je to.
Zapravo, niko fundamentalno ne razume išta.
Ali naelektrisanje je osobina čestice i
objekata, baš kao masa.
Mislim, ako razmislite, i masa je samo osobina.
I do nekog stepena, deluje malo stvarnije od
naelektrisanja, jer naš mozak radi tako da na neki način
razume šta je masa, ali verovatno shvatamo
težinu i zapreminu više nego masu, ali možemo o tome da razmislimo
drugom prilikom.
Naelektrisanje je malo apstraktnije jer prije nego što smo počeli da
trljamo ćilibar o kosu, nismo stvarno iskusili
naelektrisanje osim ako smo doživeli udar groma.
Dakle, naelektrisanje je osobina koju čestice i objekti imaju i
znamo da postoje dva tipa naelektrisanja, koje smo
proizvoljno nazvali pozitivno i negativno.
I znamo da se ista naelekrisanja odbijaju, a različita
privlače.
Pa šta možemo da radimo sa ovim?
Pa, ako imamo ovu osobinu, mislim da bi korisno
bilo da izmerimo tu osobinu, i tako smo
došli do jedinica, i jedinica mere naelektrisanja se zove
kulon [C].
Nazvana je po naučniku s kraja 18-tog veka, koji se
dosta igrao sa naelektrisanjima..
Možete naći više o njemu na Vikipediji.
Ali zove se kulon i kulon je...
Ima mnogo definicija, ali ja volim da mislim o tome u smislu
elementarnih čestica, samo jer, do nekog stepena
osim ako se bavite kvantnom teorijom i počnete da pričate
o kvarkovima i sličnom, elementarno naelektrisanje je
naelektrisanje na protonu ili neutronu..
U budućnosti ću više ići u detalje o stvarnoj
strukturi atoma i sličnom, ali dajte mi samo
da nacrtam jedan primer.
Dakle, atom teži da ima neutrone u sebi, koji nemaju
naelektrisanje.
Imaće i nešto protona, koji su
pozitivno naelektrisani.
Još jednom, to je proizvoljno
uzeto kao pozitivno
Mogli smo ga nazvati i crveno naelektrisanje.
A onda ima ove stvarčice koje lebde okolo i koje su mnogo
mnogo lakše od protona i neutrona u
nukleusu (jezgru), i oni se zovu elektroni.
Nije čak ni jasno da li su stvarni objekti.
Oni su skoro kao energija, ali je ponekad korisno posmatrati
ih kao objekte.
Ponekad je korisno posmatrati ih kao...
pa ne baš kao objekte.
Detaljnije čemo to obraditi kasnije, ali elektroni imaju
negativno naelektrisanje.
I osnovna jedinica za naelektrisanje, trenutno za nas,
pre nego što počnemo da pričamo o kvarkovima i
ostalim potencijalnim subatomskim česticama, je naelektrisanje
elektrona i protona.
I imaju potpuno isto naelektrisanje, i to elementarno
naelektrisanje je označeno sa e.
Da budem iskren, nisam siguran da li je to 'e' zbog reči
elementarno ili elektron.
Ali, zapravo, e je jednako naelektrisanju protona pa verovatno znači
elementarno naelektrisanje protona.
A naelektrisanje elektrona je negativna vrednost ovoga, pa
je negativno 'e' naelektrisanje elektrona.
Ali kada ne bismo marili za znak
vrednosti bi bile iste.
Dakle, to je fundamentalno koliko znamo za sad mi, ili
naši fizičari.
To je osnovno naelektrisanje.
Osnovna jedinica naelektrisanja je naelektrisanje protona
ili neutrona.
Kako je kulon povezan sa ovim?
Pa, kulon, kojeg označavamo sa C, je jednak...
i to je pomalo proizvoljan broj, ali kada budemo počeli
da radimo sa elektricitetom, videćemo zašto je kulon bio
definisan na način na koji jeste, ali kulon je
6.24*10^18 *e
Ili možete reći 6.24*10^18 puta naelektrisanje elektrona...
u stvari, puta naelektrisanje
protona, i onda, naravno, u smislu veličine.
Jer ako samo kažem kulon, ne govorim
baš sve.
Dakle, ako pogledate to na drugi način, mogli biste reći da je
elementarno naelektrisanje jednako... barem njegova veličina...
1.6*10^(-19) kulona.
Toliko za sada.
Ovo može biti koristan broj za zapamtiti, ali će vam
najčešće biti dat na neki način.
Dakle, šta možemo da uradimo?
Kažemo da ovi objekti imaju ovu osobinu koju zovemo naelektrisanje.
Ista naelektrisanja se odbijaju.
Različita se privlače.
Ako imamo dovoljno ovih protona zajedno, onda celi
objekat ima naelektrisanje.
Ako imamo više protona od elektrona, tada imamo
pozitivno naelektrisanje.
Ako imamo više elektrona od protona,
imamo negativno naelektrisanje..
I znamo da smo definisali ovu jedinicu naelektrisanja nazvanu
kulon, koja je gomila fundamentalnih naelektrisanja.
Hajd da se malo zabavimo ovim i
vidimo možemo li izmeriti naelektrisanje.
Deo početnog... Pretpostavljam da ga možemo zvati...
definicija šta je naelektrisanje, rekao sam da se ista naelektrisanja
odbijaju, zar ne?
Ista naelektrisanja se odbijaju, pa su oba pozitivna.
Odbijaće se.
A različita naelektrisanja, ako je ovo negativno a ovo pozitivino,
ona će se privlačiti, zar ne?
Po definiciji, dakle, ako pomeraju jedna drugu, ove dve
čestice će da dobiju ubrzanje
jedna od druge.
A ove dve čestice će da ubrzaju
jedna prema drugoj.
Naelektrisanje između ove dve čestice, ili naelektrisanje
u ovim česticama mora generisati neku vrstu
sile, zar ne?
Da se ne generiše sila, oni se ne bi
odbijali li privlačili, i ovo je odakle smo dobili
Kulonov zakon, i zbog ovog smo nazvali
naelektrisanja po Kulonu.
Kulon je shvatio da je sila između dva naelektrisanja
jednaka...i ovo će biti vektorska veličina,
a za 30 sekundi ću vam reći u kom pravcu...
...jednaka je nekoj konstanti puta naelektrisanje prve čestice
puta naelektrisanje druge čestice, kroz udaljenost između njih
na kvadrat.
I ovo je baš fina formula, jer podsjeća strašno na...
Dakle ako ovo nazovemo silom, električnom silom,
veoma liči na jednačinu gravitacije.
Samo da je zapišem.
Sila gravitacije između dve mase jednaka je
gravitacionoj konstanti puta m1 puta m2 podeljeno
sa udaljenošću između njih na kvadrat.
Do sada, dve sile koje smo obradili, gravitaciju i sada
električnu silu, i to ćemo proširiti vremenom
do elektromagnetne sile, izgleda kao da
deluju na udaljenosti na sličan način, i obe sile
deluju u vakumu.
Dakle, nema veze ako nemate vazduh, ako nemate
supstance između njih, nekako
komuniciraju međusobno, što je za mene
zadivljujuće, zar ne?
Možete nemati ništa između ovih čestica
ali nekako, ova čestica zna da je ova čestica tamo i
ona čestica zna da je ona čestica tamo, i
počinju da se kreću bez ikakvog... nije kao da su povezane
žicom jedna sa drugom i da neko govori drugoj čestici
hej, eno je čestica tamo.
Počinju da se kreću.
Ne znam da li vi to pronalazite zadivljujućim kao ja, ali
mislite o tome i možda hoććete.
I isto je kao gravitacija.
Mislim, dve mase nisu nikako povezane.
Mogle bi da miruju u vakumu, ali nekako, znaju da je druga čestica
znaju da je druga čestica tamo.
A kada počnemo da učimo o specijalnoj teoriji relativnosti i svemu tome
videćemo da tamo ništa ne postoji , ali da
možda mase nekako oblikuju univerzum.
I možda se to dešava sa
naelektrisanjima takođe.
Ali sve što znamo u ovom trenutku je da imamo ova naelektrisanja
i da oni vrše silu jedno na drugo, koja je proporcionalna
proizvodu njihovih pojedinačnih naelektrisanja, podeljeno sa
udaljenošću između njih na kvadrat.
A ova konstantna ovde, ona je...Uvek je zaboravim.
Kolika je bila?
Mislim da je 6...Uvek zaboravim kolika je ta konstanta.
Ona je 9*10^9.
Okrugla je, naravno.
Bilo bi čudesno da je tačno 9.
9*10^9, a jedinica je Njutn-metar na kvadrat
kroz kulon na kvadrat.
A zašto su to jedinice?
Pa, uglavnom, na kraju ćemo imati kulon,
kulon, pa ćemo imati kulon na kvadrat podeljen
sa metrom na kvadrat, a želimo da dobijemo njutn, pa
želimo da poništimo kulon na kvadrat stavljajući ga u
imenilac.
Želimo da poništimo metar na kvadrat stavljajući ga
u brojilac, i onda ćemo ostati samo sa njutnima da
dobijemo silu, i zato su ovo te jedinice.
Ako nam je to dato, izračunajmo
silu između dve čestice.
Recimo da imam... I već sam proveo 10 minuta sa prilično opširnim
objašnjenjem, ali stvarni problem koji ćete videti
na predavanjima iz fizike su dosta jednostavni
kada je u pitanju Kulonov zakon.
Reći će, hej, imamo pozitivnu... imamo pozitivnu česticu
ovde koja ima pozitivno naelektrisanje od plus... samo da smislim dobar
broj... + 5*10^(-3) [C]
dakle to je pozitivno naelektrisanje.
A onda imamo negativno naelektrisanje ovde, recimo
da je...ne znam.
Koliko daleko da ih stavim?
Recimo da su udaljeni pola metra, 0.5 metara,
i imam negativno naelektrisanje ovde koje je...
-10*10^(-2) [C]
Kolika je onda sila između ove dve čestice?
Ako ih samo uvrstimo u formulu Kulonovog zakona, dobijamo
silu usled elektriciteta.
Električnu silu.
Ne usled elektriciteta.
To još nismo radili.
Elektrostatička sila između ove dve čestice je
jednaka konstanti 9*10^9
puta prvo naelektrisanje ( 5*10^(-3) [C] )
puta drugo naelektrisanje... zapisaću to drugom bojom...
puta 10*10^(-2) [C]...To sam ponovo zapisao,
iako verovatno ne možete da vidite...podeljeno sa
rastojanjem na kvadrat, dakle 0.5^2.
Samo smo to uključili u formulu.
To je jednako, samo da vidimo.
9*0.5 *10.
Sa 10 ću da radim posebno.
To je puta minus 10.
Ovo je 0.5*(-10), to je -5... -5 *9= -45.
a onda 10^(9-3), dakle 10^6, i onda
još minus 2, dakle 10^4...
podeljeno sa... a koliko je 0.5^2?
0.25 zar ne?
A to je jednako čemu?
To je jednako 4 puta brojilac... jednako je
-180*10^4 [N].
I ovo može da izgleda kao veliki broj, ali ova
naelektrisanja koja sam dao, su veoma velika naelektrisanja,
i nadam se, dobićete osećaj šta je veliko ili malo
naelektrisanje kasnije.
Ali ovo su dosta velika naelektrisanja i zato je
relativno velika sila između ove
dve čestice.
Dobili smo negativan broj, šta to znači?
Pa znamo da se različite čestice privlače,zar ne?
Skoro po definiciji.
U ovom slučaju, imali smo pozitivno i negativno,
pa smo dobili negativnu silu kada koristimo Kulonov zakon,
što znači da će sila vući obe čestice
jednu ka drugoj, najkraćim rastojanjem između njih.
Hoću da kažem, neće ih pomerati kružnom putanjom.
To ima smisla.
Da smo dobili pozitivan rezultat, to bi značilo da sila
odbija ove dve čestice
I ako se ikad zbunite, samo razmislite o tome.
Ako su oba negativna, odbijaće se. Ako su oba pozitivna, odbijaće se.
Ako su različiti privlačiće se.
Vidimo se u sledećem videu.