الکتریسیته

واژۀ الکتریسیته از واژه یونانی الکترون گرفته شده است که به معنای کهرباست

بار الکتریکی

دو نوع بار الکتریکی وجود دارد. این دو نوع بار الکتریکی توسط دانشمند آمریکایی بنیامین فرانکلین، بار مثبت و بار منفی نامگذاری شد. او می‌توانست آنها را هر چیز دیگری نیز بنامد، اما استفاده از علامت‌های جبری بجای نام‌های دیگر این مزیت را دارد که وقتی در یک جسم از این دو نوع بار به مقدار مساوی وجود داشته باشد، جمع جبری بارهای جسم صفر می‌شود که به معنای خنثی بودن آن جسم است.

یکای بار الکتریکی در SI، کولُن (C) است. توجه کنید یک کولُن مقدار بار بزرگی است. مثلاً در یک آذرخش نوعی، باری از مرتبۀ 10 کولن به زمین منتقل می‌شود و از این رو، در این مبحث غالباً با بارهایی از مرتبه میکروکولن (µC) و نانو کولن(nC) سرو کار داریم. به عنوان مثال، در مالش شانۀ پلاستیکی با موهای سر، بارهای منتقل شده از مرتبه نانوکولن (nC) است.

الکتروستاتیک

در این فصل به بررسی بارهای ساکن می پردازیم که به آن الکتریسیته ساکن (الکتروستاتیک) می‌گویند.

الکتروسکوپ (برق‌نما)

وسیله ای که به کمک آن می‌توان باردار بودن یک جسم و نوع آن را مشخص نمود.

ساختمان الکتروسکوپ از یک ظرف عایق ساخته شده است که درون آن دو تیغۀ سبک فلزی با یک میلۀ رسانا به کلاهک آن وصل شده است. اگر الکتروسکوپ خنثی باشد، با نزدیک کردن جسم باردار به کلاهک آن، تیغه های فلزی از هم فاصله می‌گیرند. هر چه بار الکتریکی جسم نزدیک شده بیشتر باشد، و یا هرچه به کلاهک نزدیک‌تر شود، تیغه های فلزی بیشتر از هم فاصه می‌گیرند.

پایستگی و کوانتیده بودن بار الکتریکی

اصل پایستگی بار الکتریکی

مجموع جبری همه بارهای الکتریکی در یک دستگاه منزوی ثابت است؛ یعنی بار می‌تواند از جسمی به جسم دیگر منتقل شود، ولی هرگز امکان تولید یا نابودی یک بار خالص وجود ندارد. تاکنون هیچ آزمایشی این اصل را نقض نکرده است بار الکتریکی بوجود نمی‌آید، از بین نمی‌رود ، از جسمی به جسم دیگر منتقل می شود.

بر طبق اصل پایستگی بار الکتریکی، بار الکتریکی در اجسام، از جابجایی الکترون بین دو ماده ایجاد می شود. مواد در حالت عادی خنثی هستند، یعنی تعداد بارهای مثبت (پروتون) و منفی (الکترون) آها با هم برابر است.

یون

اتمی که نسبت به حالت عادی و خنثی خود ، الکترون از دست داده یا گرفته را یون می نامند.

اگر جسمی الکترون اضافی دریافت کند، بارش منفی می شود و اگر الکترون از دست بدهد بارش مثبت می شود. اتمی که بار اضافی دریافت کرده را آنیون و اتمی را که الکترون از دست داده، کاتیون می نامند.

اصل کوانتیده بودن بار الکتریکی

در تجربه‌هایی مانند مالش اجسام به یکدیگر اگر جسمِ خنثی، الکترون به دست آورد یا از دست بدهد، همواره بار الکتریکی مشاهده شدۀ جسم، مضرب درستی از بار بنیادی e است

q = ±ne

 … , n=0,1,2 

کمترین بار الکتریکی شناخته شده بار یک الکترون (یا بار یک پروتون) است، که معادل 10-19×1/6 کولن است.بار یک یون، بسته به تعداد الکترونِ گرفته یا از دست داده ، ضریبی از بار پایه است

توزیع بار الکتریکی در اجسام رسانا ونارسانا

هرگاه به یک جسم رسانا بار الکتریکی بدهیم، بار الکتریکی روی تمام سطح خارجی آن پخش می شود، اگر جسم رسانا کروی باشد، بار به صورت متقارن روی سطح آن تقسیم می شود، اما اگر جسم نامتقارن باشد، سهم نقاط نوک تیز بیشتر است (تراکم بار الکتریکی در نقاط نوک تیز بیشتر است) اگر به یک قسمت از یک جسم نارسانا بار الکتریی بدهیم، بار الکتریکی در همان جا باقی می‌ماند و جابجا نمی‌شود.

مولد وان دوگراف

وسیله‌ای است که با استفاده از تسمه‌ای متحرک، بار الکتریکی را بر روی یک کلاهک توخالی فلزی جمع می‌کند.

روش های باردار کردن اجسام

مالش

با مالش دادن دو جسم رسانا به یکدیگر می‌توانیم در آنها بار الکتریکی ایجاد کنیم، در این روش، الکترون از یکی از اجسام کنده شده و به دیگری اضافه می شود. به عنوان مثال : مالش دادن میلۀ شیشه‌ای با پارچه ابریشمی باعث می شود تا از شیشه الکترون کنده و به پارچه ابریشمی اضافه شود.

در نتیجه در میلۀ شیشه‌ ای بار الکتریکی مثبت و پارچۀ پشمی بار الکتریکی منفی ایجاد می‌شود.

تماس

در این روش، جسم بار داری را به جسم بدون بار تماس می دهیم، مقداری یا همۀ بار (بسته به شرایط مختلف) بین دو جسم جابجا می شود.

اگر هر دو جسم رسانا باشند و سطح خارجی آنها را به یکدیگر تماس دهیم، بار بین آنها تقسیم می‌شود که چگونگی این تقسیم در بخش‌های بعدی توضیح داده خواهد شد.
اگر هر دو جسم رسانا باشند و سطح خارجی جسم باردار را به سطح داخلی جسم خنثی تماس دهیم، همۀ بار الکتریکی به جسم خنثی منتقل می‌شود.

القا

بار کردن یک و یا چند جسم فلزی بدون تماس مستقیم

الف ) باردار کردن دو گوی :

ابتدا دو گوی رسانای خنثی را با در تماس با یکدیگر قرار می‌دهیم ، در این حالت، یک میلۀ باردار را به یکی از گوی‌ها نزدیک می‌کنیم، بارهای همنام با میله، به گوی دورتر می روند و در گوی نزدیکتر به میلۀ باردار، بار مخالف میله جمع می‌شود، حالا دو گوی را از یکدیگر جدا می‌کنیم، گوی نزدیک به میله، باری مخالف میله و گوی دورتر باری همنام با میله خواهد داشت.

ب ) باردار کردن با یک گوی و زمین :

یک گوی رسانا را به وسیلۀ یک سیم به زمین متصل می‌کنیم میله‌ای باردار را به این گوی نزدیک می کنیم، در این حالت، اتصال گوی با زمین را قطع می‌کنیم. در گوی فلزی، باری مخالف با بار میله جمع می‌شود. بجای اتصال به زمین، می توانیم با دست گوی را لمس کنیم.

اتصال دو گوی باردار به یکدیگر

طبق اصل پایستگی بار گوی ها بعد از اتصال باید با بار گوی ها قبل از اتصال برابر باشد،در اتصال دو گوی فلزی هم جنس و هم اندازه، اگر بار گوی اول و دوم قبل از اتصال به یکدیگر را به ترتیب q1 وq2 بنامیم و بار هر گوی را پس از اتصال با ‘q نمایش دهیم، و با توجه به اینکه مجموع بارهای دو گوی قبل از اتصال با مجموع بارهای دو گوی بعد از اتصال با هم برابر است

‘q1+q2=q’+q

در نتیجه :

q’=(q1+q2)/2

نیروی الکتریکی (الکتروستاتیکی)

بارهای الکتریکی به یکدیگر نیرو وارد می کنند؛ بارهای هم‌نام یکدیگر را دفع می‌کنند (می رانند) و بارهای ناهمنام یکدیگر را جذب می‌کنند (می ربایند). اندازۀ نیروی جاذبه یا دافعۀ بین این بارها طبق قانون کولن به دست می آید.

قانون کولن

اندازۀ نیروی الکتریکی (الکتروستاتیکی) بین دو بار نقطه‌ای که در راستای خط واصل آنها اثر می‌کند، با حاصل‌ضرب بزرگی آنها متناسب است و با مربع فاصله بین آنها نسبت وارون دارد.

q  : اندازه بارهای الکتریکی بر حسب کولن( C)

r  : فاصلۀ بین دوبار الکتریکی بر حسب متر( m)

K : ثابت کولن نام دارد و اندازه آن 109×9 است

مسائل قانون کولن

  1. اگر فاصلۀ بین دو بار الکتریکی را 3 برابر کنیم، نیروی الکتریکی چند برابر می شود؟
  2. فاصلۀ بین دو بار الکتریکی را نصف می کنیم، نیروی الکتریکی چند برابر می شود؟
  3. دو بار الکتریکی هم اندازه و هم نام در فاصلۀ از یکدیگر نیروی را به یکدیگر وارد می کنند؛ اگر 25 درصد از یکی از بارها را برداشته و به دیگری اضافه کنیم، نیروی الکتریکی چند برابر می شود؟
  4. اگر در پرسش قبلی، دو بار الکتریکی ناهمنام باشند، نیروی الکتریکی بین آنها چند برابر می شود؟

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

این فیلد را پر کنید
این فیلد را پر کنید
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
برای ادامه، شما باید با قوانین موافقت کنید

فهرست