Co je to pohybující se poplatek?

Pohybující se náboj je neformální způsob, jak odkazovat na nabitý objekt, který mění svou polohu vůči konkrétnímu pozorovateli. Pohyblivé náboje se od stacionárních poplatků výrazně liší tím, že vytvářejí magnetická pole. Protože objekt se může pohybovat relativně k jednomu pozorovateli, zatímco zůstává stálý vůči druhému, je možné, aby různé pozorovatelé měřili různé hodnoty pro stejné magnetické pole. Toto pozorování bylo jednou motivací, která vedla Alberta Einsteina k formulaci jeho speciální teorie relativity v roce 1905.

Elektrický proud je běžným příkladem pohyblivého náboje. Když je vodič připojen k baterii, elektrické pole udržované baterií přirozeně způsobí pohyb elektronů v drátu. Zatímco elektrony jsou zodpovědné za vedení náboje podél vodičů, větší ionty pohybují náboj uvnitř baterie. Záporné ionty se pohybují od kladného pólu baterie k zápornému pólu a kladné ionty se pohybují opačným směrem. Tímto způsobem se baterie chová jako čerpadlo tlačící proud kolem obvodu.

Pohyb nábojů v obvodu vytváří magnetické pole. Přestože školáci mají často dojem, že síla elektrického obvodu spočívá v pohybu elektronů v drátu, užitečnost obvodu ve všech, ale nejzákladnějších aplikacích, se nachází v produkovaných elektromagnetických polích. Moderní technologie využívá tato pole nesčetnými způsoby, zejména pro napájení elektromagnetů kritických pro provoz elektrických motorů.

Pohyblivé náboje nejsou jen příčinou magnetických polí, ale jsou jimi také ovlivněny. Magnetické pole způsobuje křivku pohyblivého náboje a čím vyšší je jeho rychlost, tím více síly působí magnetické pole na pohybující se náboj. Tímto způsobem může proud v jednom obvodu ovlivňovat proud v jiném. Transformátory používají tento efekt a využívají proud v jednom vodiči k generování jiného proudu v jiném. Elektrické elektrárny využívají variaci tohoto nápadu k výrobě elektřiny.

Elektricky nabité částice vyvíjejí na sebe sílu, takže je třeba pracovat na vzájemném pohybu i v nepřítomnosti magnetických polí. Práce potřebné k sestavení souboru nábojů se rovnají elektrické energii systému. Dva pozitivně nabité objekty se navzájem odpuzují a úsilí potřebné k jejich tlačení k sobě lze přirovnat k energii potřebné k stlačení pružiny. Baterii lze kvalitativně chápat jako pár takových pramenů a chemické reakce uvnitř baterie způsobují, že se na obou koncích hromadí náboje podobné značky.