با سلام و احترام خدمت شما مخاطبین عزیز وبلاگ بین جو (Binjo)، در این مقاله قصد داریم تا با زبانی ساده به مبحث الکتریسیته ساکن از کتاب فیزیک ۲ یازدهم بپردازیم. مبحث الکتریسیته ساکن، موضوعی مشترک برای هر دو رشته ریاضی و تجربی است.
فهرست مطالب این نوشته
الکتریسیته ساکن
در دنیای الکتریسیته ساکن، روشهای باردار کردن اجسام عبارت‌اند از:
- مالش
- تماس
- القا
در ادامه به بررسی هر یک از این موارد فوق می‌پردازیم.
مالش
اگر دو جسم با جنس متفاوت را با یکدیگر مالش دهیم، یکی از اجسام الکترون می‌گیرد و دیگری الکترون از دست می دهد. برای آگاهی از اینکه کدام جسم الکترون می‌گیرد و کدام از دست می‌دهد، جدولی با نام سری الکتریسیته ساکن (سری تریبو الکتریک) وجود دارد. در مالش دو جسم، جسمی که در سری (جدول ۱)، بالاتر قرار گرفته است، بارش مثبت می‌شود (یعنی الکترون از دست می دهد) و جسمی که در سری پایین‌تر قرار گرفته است بارش منفی می‌شود (یعنی الکترون می گیرد).
جدول (۱) : سری الکتریسیته ساکن
به عنوان مثال اگر میله‌ی پلاستیکی را با پارچه‌ی پشمی مالش دهیم، چون پلاستیک که در جدول پایین‌تر است الکترون می‌گیرد و بارش منفی می‌شود و چون پشم در جدول بالاتر است الکترون از دست می دهد و بارش مثبت می‌شود.
حال این پرسش پیش می‌آید که جسم اول چه تعداد الکترون از دست می دهد و جسم دوم چه تعداد الکترون می‌گیرد.
اصل پایستگی بار الکتریکی
اصل پایستگی بار الکتریکی، یکی نکات مهم در الکتریسیته ساکن است. بار الکتریکی به وجود نمی‌آید و از بین نمی‌رود بلکه از جسمی به جسم دیگر منتقل می‌شود . از این جمله می‌توان به نتیجه مهمی دست یافت، آنکه در مالش دو جسم، به هر تعداد که یک جسم الکترون از دست می‌دهد جسم دوم الکترون می‌گیرد.
در مورد مثال میله‌ی پلاستیکی با پارچه پشمی اگر میله ی پلاستیکی، ۱ میلیون عدد الکترون بگیرد به این معنا است که پارچه ی پشمی ۱ میلیون عدد الکترون از دست داده است.
اصل کوانتیده بودن بار الکتریکی
یکی از مهم‌ترین نکاتی که در الکتریسیته ساکن مطرح می‌شود، اصل کوانتیده بودن بار الکتریکی است. بار هر جسم (q) مضربی از بار یک الکترون است، به این معنا که بار یک جسم نمی‌تواند هر مقدار دلخواهی داشته باشد. از آنجایی که ضمن انتقال الکترون از جسمی به جسم دیگر، تعداد صحیحی الکترون منتقل می‌شوند، پس بار هر جسم مضربی است از بار یک الکترون. به عنوان مثال در یک انتقال الکترون بین دو جسم نمی توان گفت ۱.۵ الکترون منتقل شده، یا یک الکترون منتقل شده یا دو تا و ….؛ به زبان ریاضی داریم:
\(q = \pm ne\)
\(n = 1,2,3,…\)
\(e = 1.6 \times 10^{-19}\:\: (C)\)
در رابطه فوق، e بار الکترون است. لازم به ذکر است که اگر برای بار مثبت مقدار بار الکتریکی برابر با e+ است. در واقع در رابطه \(q = \pm ne\) علامت مثبت برای بار q مثبت و علامت منفی باری بار q منفی (الکترون‌ها) است.
تماس
فرض کنید دو گوی رسانای کاملاً مشابه که روی پایه عایق (نارسانای الکتریکی) قرار دارند، داشته باشیم که یکی از آن‌ها باردار باشد و دیگری خنثی. اگر این دو گوی با یکدیگر تماس داده شوند و سپس از یکدیگر دور کنیم، گوی خنثی نیز دارای بار می‌شود. علت ایجاد جرقه بین دو نفر که با یکدیگر دست می‌دهند، همین بحث تماس در الکتریسیته ساکن است.
به طور کلی اگر دو گوی کاملا مشابه با بارهای q1 و q2 را با هم تماس داده و جدا کنیم، بار دو گوی پس از تماس با هم برابر می شود،که در واقع مقدار بار الکتریکی در هر دو گوی (‘q)، میانگینی است از بار هر یک از گوی‌ها پیش از انجام تماس.
\(q’ = \frac{q_{1}+q_{2}}{2}\)
القای الکتریکی
القای الکترکی به معنی ایجاد بار الکتریکی در یک جسم بدون ایجاد تماس است. این روش فقط برای اجسام رسانا به کار می‌رود.
در شکل زیر دو گوی رسانای مشابه را می‌بینید که روی پایه‌های عایق (نارسانای الکتریکی) قرار دارند و با هم در تماس‌اند. میخواهیم بدون ایجاد تماس یک جسم باردار با این گوی‌ها، در آن‌ها بار الکتریکی ایجاد کنیم.
القای الکتریکی در الکتریسیته ساکن
- یک میله پلاستیکی را از قبل توسط پارچه ابریشمی مالش داده‌ایم تا بار میله منفی شود. میله را به گوی‌ها نزدیک می‌کنیم. الکترون‌های آزاد موجود در دو گوی رسانا حرکت کرده و از میله پلاستیکی دور می‌شوند و در سمت دیگر گوی قرار می‌گیرند. سمت نزدیک‌تر گوی‌ها به میله پلاستیکی دارای جای خالی الکترون است پس بار مثبت می‌گیرد.
- در مرحله بعد دو گوی را از هم دور می کنیم، همچنان بارهای منفی دورتر و بار های مثبت نزدیک‌تر به میله هستند.
- در مرحله آخر میله پلاستیکی را بر می‌داریم. دو گوی رسانا در اختیار داریم که یکی دارای بار منفی و دیگری دارای بار مثبت است. البته توجه کنید که بارهای هر گوی، این بار در کل سطح گوی پراکنده شده‌اند.
الکتروسکوپ یا برق نما
وسیله‌ای است پرکاربرد در الکتریسیته ساکن که با استفاده از آن می توان موارد زیر را مشخص داد:
- باردار بودن یا نبودن جسم
- مقایسه میزان بار اجسام
- تشخیص نوع بار جسم
باردار بودن یا نبودن جسم
فرض کنید جسمی داریم و می خواهیم باردار بودن یا نبودن آن را آزمایش کنیم. جسم را به کلاهک الکتروسکوپ نزدیک می کنیم (روش القا) یا با آن تماس می دهیم. اگر جسم باردار بوده باشد، باعث ایجاد بار در کلاهک و در نتیجه تیغه‌های الکتروسکوپ شده و تیغه ها از هم فاصله می‌گیرند. اما اگر تیغه‌ها چسبیده بمانند یعنی جسم مورد آزمایش بدون بار بوده است.
مقایسه میزان بار اجسام
دو جسم مشابه و باردار در اختیار داریم و میخواهیم میزان بار دو جسم را با هم مقایسه کنیم. اجسام را به نوبت به کلاهک الکتروسکوپ نزدیک می کنیم (یا تماس می دهیم). بار به تیغه ها منتقل شده و از هم فاصله می گیرند. هر جسمی که بار بیش تری داشته است، تیغه ها را بیش تر از هم فاصله می‌دهد.
تشخیص نوع بار جسم
در ابتدا با استفاده از یک جسم که نوع بار آن معلوم است، الکتروسکوپ را باردار می کنیم. به عنوان مثال از قبل یک میله پلاستیکی را با پارچه ابریشمی مالش می دهیم تا میله دارای بار منفی شود. میله را به کلاهک تماس می‌دهیم تا تیغه‌ها دارای بار منفی شده و از هم فاصله بگیرند. حال فرض کنیم یه جسم باردار در اختیار داریم که نوع بار آن مشخص نیست.
جسم را به الکتروسکوپ از قبل باردار شده (که بارش منفی شده بود) تماس می دهیم یا نزدیک می کنیم. اگر تیغه ها بیش تر از هم فاصله بگیرند به این معنی است که نوع بار جسم مجهول هم منفی بوده و اگر تیغه ها به هم نزدیک شوند به این معنی است که نوع بار جسم مجهول مثبت بوده است.
الکتروسکوپ یا برق نما در الکتریسیته ساکن
امیدواریم تا مقاله الکتریسیته ساکن برای شما عزیزان مورد پسند واقع شده باشد. در انتها پیشنهاد می‌کنیم تا نگاهی بر مقالات زیر نیز داشته باشید.
مقاومت الکتریکی – فنی و حرفه‌ای دهم (۱)
دیدگاهتان را بنویسید