Zgodba o ohranitvi naboja ima dolgo brado: že
B. Franklin ugotavlja, da se naboji javljajo v (±)
parih in da se njihov električni učinek ob združitvi izniči. Res:
telo, ki nastane ob dotiku teles z nabojema Q in
-Q, je nevtralno
telo; da je vsota njunih nabojnosti pred in po združitvi
nespremenjena. Podobno je pri torni elektritvi: če stekleno
palico podrgnemo ob tkanino, se gruča elektronov preseli s telesa na
telo, vsota njunih naelektritev pa ostaja nespremenjena. Ob
priključitvi kondenzatorja na baterijo se ena plošča kondenzatorja
naelektri z nabojem Q, druga pa z nabojem
-Q; pravimo, da je
kondenzator naelektren z nabojema
±Q. Resnično: elektrokemično delovanje baterijske
celice omogoči premik elektronov od ene k drugi plošči
kondenzatorja. Kot pri vezni posodi, kjer s črpalko dosežemo, da sta
gladini vode v krakih različni; da je pribitek vode v enem enak
manku v drugem kraku. Pri tekočinah je to očitno, opremo se na zakon
o ohranitvi mase,
manj pa je to zaenkrat domače pri električnem naboju; in vendar!
Zakon o ohranitvi elektrine je eno osnovnih načel
fizike, ki ima pomembno mesto tudi v elektrotehniki; iz tega zakona
izhajajo nekatere ključne relacije, pomembne za razumevanje
elektromagnetike. Načelo pravi: ko se električni naboj na katerikoli
način razdeli ali prerazporeja po prostoru, ostaja njegova množina
nespremenjena. Ali tudi: v izoliranem sistemu, v katerega ne
zaide in iz katerega ne izide noben nabit delec, se množina
elektrine ohranja.
Reči utegnemo: »elektrina niti ne nastaja niti ne izginja«.
Kontinuitetna enačba.
Enačba izhaja neposredno iz predhodnega zakona. Takole! Naj prostor
P objema sklenjena ploskev oziroma ograja S.
Ograja je namišljena, kot so namišljeni še drugi geometrijski pojmi
(točka, premica ali krivulja). Geometrijsko telo je prostor, njegov
plašč pa je sklenjena ploskev, ki ločuje notranjost od zunanjosti.
Privzemimo, da se nabiti delci gibljejo: da se premikajo eni po
zunanjosti, drugi po notranjosti, tretji pa prečkajo ograjo, ki jih
pri tem seveda ne moti (slika 1).
Če se nabiti delci selijo, da
nekateri prestopajo tudi mejo, potem se množini električnega naboja
znotraj in zunaj verjetno spreminjata, v duhu zakona o ohranitvi
naboja pa ostaja njuna vsota vsak trenutek enaka: ko se množina
električnega naboja znotraj veča, se zunaj enako intenzivno manjša,
in obratno. Naj je v trenutku t1 množina elektrine
v notranjosti enaka Q1, malo kasneje, v trenutku
t2 pa enaka Q2 (slika 6-2).
V
kratkem intervalu t2 - t1 =
Dt
je ploskev S iz notranjosti v zunanjost prestopila elektrina
Q1 - Q2 = -(Q2
- Q1) = -DQ.
Poprečni električni tok iP-S, tok iz P v
zunanjost je enak kvocientu pretečenega naboja (-DQ)
in intervala času Dt:
»Najtočnejši« rezultat za izstopni tok
bi dobili takrat, ko bi bil čas Dt
»kar najkrajši«.
Enačbo imenujemo kontinuitetna enačba, beremo pa jo: izstopni
tok je enak »hitrosti« usihanja množine elektrine znotraj; ali tudi:
izstopni tok je enak hitrosti naraščanja množine elektrine zunaj.
|
Zgled 1.
Prvi primer naj je neelektričen! Iz soda nameravam natočiti
pasteriziran sok. Pred iztočitvijo kaže plovec vsebino 120 litrov,
po 20 sekundnem iztekanju pa vsebino 115 litrov. Kolikšen je bil
poprečen tok f
iztekanja? Þ Po formuli je:
Poprečen tok iztekanja soka je bil
2,5 dl/s, tok dotekanja v sod pa -2,5 dl/s.
Zgled 6-2.
Naelektreno kovinsko telo je imelo ob času t1 = 7
s naboj Q1 = 15 mC, ob času t2 =
67 s pa naboj Q2 = 13,5 mC. Kolikšen je bil
poprečen električni tok iz telesa? Þ Izstopni tok je bil:
Izstopni tok je pozitiven, kar pomeni, da so elektroni na telo
prihajali.
|
Tujka kontinuiteta pomeni nepretrganost, neprekinjenost,
povezanost.
Nečemu kar je najkrajše ali najmanjše, rečemo v matematičnem
jeziku, da limitira k nič.
|