Sissejuhatus

Kindlasti oled pannud tähele, et tehiskiudu sisaldavad riideesemed liibuvad mõni­kord ebameeldivalt vastu keha. Puhtad kuivad juuksed tõmbuvad kammimisel kammi külge ega taha kuidagi soovikohaselt püsima jääda. Pimedas toas kampsunit seljast võttes või kassi kuiva käega silitades võib märgata valgusesähvatusi ja kuulda praginat. Mõnikord võib tunda käes torkeid ning märgata sädemeid ka siis, kui pärast vaibal kõndimist puudutada oma kaaslast või veekraani või pärast autost väljumist sulgeda auto ust. Kõigil neil juhtudel on tegemist elektrinähtustega.

Esimesena kirjeldas elektrinähtusi 6. sajandil eKr Vana-Kreeka filosoof Thales Mileetosest, keda peetakse maailma ajaloos esimeseks teadlaseks. Ta pani tähele, et villaga hõõrutud merevaik tõmbab enda külge udusulgi, juuksekarvu ja teisi kergeid esemeid.

Möödus üle kahe tuhande aasta, enne kui Thalese kirjeldatud nähtust hakkas uuesti uurima Inglise loodusteadlane, kuninganna Elisabeth I õukonnaarst William Gilbert. Ta avastas palju aineid, mis sarnaselt merevaiguga tõmbavad pärast hõõrumist enda poole teisi kehi. Gilbert pidas kehade hõõrumisel tekkinud tõmbe­jõudu eriliseks loodusjõuks, millele andis nimeks elektrijõud. Keha, mis elektrijõuga mõju­tab teisi kehi, hakkas ta nimetama elektriseeritud kehaks. Sõna elekter tuletas ta kreekakeelsest sõnast ηλεκτρον – elektron – merevaik, kuna just merevaigust keha oli esimene, millega katsetades pandi tähele elektrinähtusi.

Gilberti katsetest sai alguse elektri- ja magnetnähtuste teaduslik uurimine. Katsete tarvis konstrueeris ta esimese teadaoleva elektroskoobi. Kuigi elektrinähtusi hakkasid uurima paljud teadlased, möödus üle sajandi, kuni Prantsuse teadlane Charles François de Cisternay du Fay jõudis 1733. aastal arvamusele, et elektrinähtuste seletamiseks tuleb oletada, et elektrit on kahte liiki: klaasi- ja merevaiguelekter. Ta avastas, et sama liiki elektrilaenguga kehad tõukuvad, erinevat liiki elektrilaengutega kehad aga tõmbuvad.

Ameerika teadlase Benjamin Franklini ettepanekul hakati eri liiki elektrilaenguid nimetama positiivseteks ja negatiivseteks. Franklin uuris elektrisädeme ja välgu sarnasust ning tõestas, et need on sama olemusega. Katsete abil jõudis ta järeldusele, et nii elektrisäde kui ka välk tõmbuvad teravike poole. 1750. aastal paigutati tema ettepanekul Philadelphia linnas ühe kõrge torni tippu välgu püüdmiseks pikk teravikuga raudvarras, mis ühendati traadi abil maaga. Välk lõigi raudvardasse ja Franklin saavutas ülemaailmse kuulsuse piksevarda leiutajana.

Franklin arendas edasi du Fay elektriteooriat ning pani oma töödega aluse elektro­staatikale. Elektrostaatika on füüsika osa, mis uurib paigalolevate laetud kehade ajas muutumatut vastastikmõju. Franklini teooria järgi on mõlemat liiki elektrilaengud üheainsa elektriliigi ülejääk või puudujääk.

„Kehad, mida hõõrutakse, tõmbavad hõõrumise hetkel enda poole elektrituld. Nad võtavad seda hõõruvalt kehalt. Samas on need kehad nõus saadud tuld ära andma igale teisele kehale, millel seda vähem on. Kehad, millel on elektrituld normaalse olukorraga võrreldes liiast, on positiivselt laetud. Kehad, millel on elektritule puudu­jääk, on negatiivselt laetud. Kehad, millel normaalse olukorraga võrreldes ei ole elektri­tule puudujääki ega ülejääki, on elektriliselt neutraalsed. Elektriseeritud kehade ühendamisel liigub elektrituli alati kehalt, kus seda on rohkem, kehale, kus seda on vähem. Kui keha on positiivselt laetud, koguneb kogu liigne elektrituli keha välispinnale ja moodustab keha ümber erilise elektriatmosfääri ...”

Kujutlus laetud keha ümbritsevast „elektriatmosfäärist” on sarnane ettekujutusega elektriväljast, mille abil laetud kehade vastastikmõju hakati seletama alles sada aastat hiljem. Franklini teooriast järeldub, et elektrituli võib liikuda ainult positiivse laenguga kehalt negatiivse laenguga kehale. See järeldus võeti aastaid hiljem aluseks elektrivoolu kokkuleppelise suuna määramisel.

Franklin avaldas oma tööde tulemused 1751. aastal raamatus „Experiments and Observations on Electricity” („Eksperimente ja vaatlusi elektrist”), mis tõi talle rahvus­vahelise tunnustuse.

18. sajandi lõpukümnendil avastati elektriliselt laetud kehade vastastikmõju seadus, mille abil saab arvutada ühe elektriseeritud keha poolt teisele elektriseeritud kehale mõjuva elektrijõu suuruse. Veel ei osatud aga vastata küsimusele, kuidas üks elektriseeritud keha mõjutab teist elektriseeritud keha. Sellele küsimusele saadi vastus 19. sajandi keskel, kui loodi teooria, mille kohaselt elektriseeritud kehade vastastikmõju vahendab neid kehi ümbritsev elektriväli. Elektrivälja mõiste võttis kasutusele inglise füüsik Michael Faraday. Umbes pool sajandit hiljem, 20. sajandi künnisel, avastati elektron – aineosake, mis ongi elektrinähtuste põhjustajaks.

Õpiku esimeses peatükis tuleb juttu elektriõpetuse kahest kõige tähtsamast mõistest – elektrilaengust ja elektriväljast.