Elektrilaeng

Sõna "elektrilaeng" on füüsikas ja elektrotehnikas kasutusel kolmes tähenduses. Need tähendused on omavahel tihedas seoses. See, millises tähenduses sõna "elektrilaeng" parajasti kasutatakse, oleneb kontekstist.

Sõna tähendused

Elektrilaeng kui osakese või makroskoopilise keha omadus

Elektrilaenguks ehk laenguks nimetatakse elementaarosakese omadust osaleda elektromagnetilises vastastikmõjus, samuti osakese või makroskoopilise keha omadust tekitada elektromagnetvälja ja alluda selle toimele. Seda omadust kirjeldatakse ka elektromagnetiliste jõudude tekitamisena ja nendele allumisena.

Elektrilaeng esineb kahel kujul, mida kokkuleppeliselt nimetatakse positiivseks elektrilaenguks ehk positiivseks laenguks ja negatiivseks elektrilaenguks ehk negatiivseks laenguks.

Elektrilaenguta osakest või keha nimetatakse elektriliselt neutraalseks ehk neutraalseks.

Elektrilaeng kui füüsikaline suurus

Elektrilaeng ehk laeng ehk elektrihulk on füüsikaline suurus, mis iseloomustab elektromagnetilises vastastikmõjus osalemise ja elektromagnetvälja tekitamise ning sellele allumise intensiivsust ja viisi.

Elektrilaengu väärtus on positiivse laengu puhul positiivne arv ja negatiivse laengu puhul negatiivne arv. Neutraalsele osakesele või kehale võidakse omistada elektrilaengu väärtus 0.

Elektrilaeng ehk elektrihulk kui füüsikaline suurus iseloomustab ka näiteks muutuva elektrilaenguga keha elektrilaengu muutu ja mingit pinda läbivate osakeste elektrilaengute summat. Ka sel juhul võib elektrilaengu väärtuseks osutuda 0.

Elektrilaengu tähis on tavaliselt Q või q. Elektrilaengu mõõtühik SI-süsteemis on kulon (tähis: C).

Elektrilaeng kui elektrilaengu kandja

Elektrilaenguks ehk laenguks võidakse nimetada ka positiivse või negatiivse elektrilaengu kandjat.

Elektrilaengu jäävuse seadus

Makroskoopilise keha elektrilaeng võib muutuda. Sel juhul annab ta osa oma laengust üle kehale, millega ta on kokkupuutes. Kehade suletud süsteemi summaarne elektrilaeng (kehade elektrilaengute algebraline summa) ei muutu. Seega saab ühe keha elektrilaeng suletud süsteemis muutuda üksnes nii, et ülejäänud kehade summaarne elektrilaeng muutub samapalju vastupidises suunas. See on elektrilaengu jäävuse seadus.

Tõmbe- ja tõukejõud

Ühenimeliste ehk samamärgiliste laengutega (st kahele positiivse laenguga või kahele negatiivse laenguga) osakesele või kehale) osakestele või kehadele mõjub vastastikune tõukejõud. Erinimeliste ehk vastasmärgiliste laengutega osakestele või kehadele (st ühele positiivse laenguga osakesele või kehale ning ühele negatiivse laenguga osakesele või kehale) mõjub vastastikku tõmbejõud.

Elektrilaengu elementaarkandjad ja elementaarlaeng

Elektrilaengu elementaarkandjad on tänapäeval kindlalt teada olevatel andmetel elementaarosakesed.

Tavalised makroskoopilised kehad koosnevad aatomitest, mille koosseisus on positiivse elektrilaenguga prootonid, elektrilaenguta ("elektriliselt neutraalsed") neutronid ja negatiivse elektrilaenguga elektronid. Prootonid ja neutronid asetsevad aatomituumas, elektronid moodustavad aatomi elektronkatte. Kõigi prootonite elektrilaengud on täpselt võrdsed. Sama kehtib elektronide kohta. Prootoni ja elektroni elektrilaeng on absoluutväärtuselt võrdsed, kuid vastasmärgilised. Nende laengu absoluutväärtust nimetatakse elementaarlaenguks. Seda tähistatakse e ning selle täpne väärtus (alates 2019)

$e=1{,}602\,176\,634\cdot 10^{-19}$ kulonit.

Aatomis võrdub prootonite arv tuumas elektronide arvuga elektronkattes, mistõttu aatom on elektriliselt neutraalne (st tema elektrilaeng võrdub nulliga). Kui aatomi elektronkattest väljub üks või mitu elektroni või sinna lisandub üks või mitu elektroni, siis ta muutub vastavalt positiivse või negatiivse elektrilaenguga iooniks.

Elektrilaeng võib ühelt kehale üle minna ainult elementaarlaengute kaupa, sest ülemineva laengu kandjad on elementaarlaenguga või selle vastandväärtusega osakesed. Samuti on keha elektrilaeng alati elementaarlaengu kordne, sest tema elektrilaeng on tema koosseisus olevate elementaarlaenguga või selle vastandväärtusega osakeste elektrilaengute algebraline summa.

Tõsi küll, teoreetilises füüsikas eeldatakse , et prootonid ja neutronid (ning üldse nukleonid) koosnevad elementaarlaengu suhtes murrulise elektrilaenguga elementaarosakestest, mida nimetatakse kvarkideks. Nende elektrilaengu absoluutväärtus on e/3 või 2e/3. Kvargid esinevad aga üksnes nukleonide koosseisus nii, et nukleoni summaarne elektrilaeng ei ole elementaarlaengu suhtes murruline. Teisisõnu ei saa kvargid üksi eksisteerida ja moodustada 1-st väiksemat laengut. Seda omadust nimetatakse kvarkvangistuseks. Kvarkide poolt moodustatud elektrilaeng saab olla kollektiivselt vaid 0 või 1 (elementaarlaengu suurune).

Coulomb'i seadus

Coulomb'i seaduse järgi mõjub elektrilaenguga liikumatute kehade (või osakeste) vahel jõud, mis on võrdeline elektrilaengute absoluutväärtustega ning pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga.

Vaata ka

• Elektrodünaamika
• Elektrostaatika