Cisimlerin elektriklenmesi, yüklerin etkileşimi

Bu yazıda, cisimlerin elektriklenmesinin ne olduğuna dair oldukça genelleştirilmiş bir fikir sunmaya çalışacağız ve ayrıca elektrik yükünün korunumu yasasına da değineceğiz.

Şu veya bu elektrik enerjisi kaynağının prensip için çalışıp çalışmadığına bakılmaksızın, her biri fiziksel bedenlerin elektriklenmesi, yani elektrik enerjisi kaynağında bulunan elektrik yüklerinin ayrılması ve bunların belirli yerlerde yoğunlaşması gerçekleşir, örneğin, kaynağın elektrotlarında veya terminallerinde. Bu işlemin bir sonucu olarak, elektrik enerjisi kaynağının (katot) bir terminalinde fazla negatif yük (elektron) ve diğer terminalde (anot) elektron eksikliği elde edilir, yani. birincisi negatif elektrikle, ikincisi pozitif elektrikle yüklenir.

En az yüklü temel parçacık olan elektronun keşfinden sonra, atomun yapısı nihayet açıklandıktan sonra, elektrikle ilgili çoğu fiziksel olgu da açıklanabilir hale geldi.

Vücudu oluşturan moleküller ve atomlar normal koşullar altında nötr olduğundan ve dolayısıyla cisimlerin hiçbir yükü olmadığından, cisimleri oluşturan maddi maddenin genellikle elektriksel olarak nötr olduğu bulunur. Ancak böyle nötr bir cisim başka bir cisme sürtünürse, elektronların bir kısmı atomlarını terk edecek ve bir cisimden diğerine geçecektir. Bu hareket sırasında bu elektronların kat ettiği yolların uzunluğu, komşu atomlar arasındaki mesafeden fazla değildir.

Bununla birlikte, sürtünmeden sonra cisimler ayrılırsa, birbirinden uzaklaşırsa, o zaman her iki cisim de yüklenecektir. Elektronların geçtiği cisim negatif, bu elektronları veren cisim ise pozitif yük alarak pozitif yüklü hale gelir. Bu elektrifikasyon.

Bazı fiziksel cisimlerde, örneğin camda, önemli sayıda atomdan elektronlarının bir kısmının çıkarılmasının mümkün olduğunu varsayalım. Bu, elektronlarının bir kısmını kaybeden camın pozitif elektrikle yükleneceği anlamına gelir, çünkü içindeki pozitif yükler negatif olanlara göre bir avantaj kazanmıştır.

Camdan çıkarılan elektronlar yok olamazlar ve bir yere konmaları gerekir. Elektronların camdan çıkarıldıktan sonra metal bir topun üzerine yerleştirildiğini varsayalım. O zaman, ek elektron alan metal topun negatif elektrikle yüklendiği açıktır, çünkü içinde negatif yüklere pozitif olanlara göre öncelik verilir.

Fiziksel bedeni elektriklendirin - içinde elektron fazlalığı veya eksikliği yaratmak anlamına gelir, yani. içindeki iki karşıtın, yani pozitif ve negatif yüklerin dengesini bozar.

İki fiziksel bedeni aynı anda ve farklı elektrik yükleriyle birlikte elektriklendirmek, elektronları bir vücuttan çekip başka bir vücuda aktarmak anlamına gelir.

Doğada bir yerde pozitif bir elektrik yükü oluşmuşsa, aynı mutlak değere sahip bir negatif yük kaçınılmaz olarak onunla aynı anda ortaya çıkmalıdır, çünkü herhangi bir fiziksel bedendeki herhangi bir fazla elektron, başka bir fiziksel bedendeki eksikliklerinden kaynaklanır.

Çeşitli elektrik yükleri, elektriksel fenomenlerde, birlikleri ve etkileşimleri, maddelerdeki elektriksel fenomenlerin iç içeriğini oluşturan, her zaman eşlik eden karşıtlar olarak görünür.

Nötr cisimler elektron verdiklerinde veya aldıklarında elektriklenirler, her iki durumda da bir elektrik yükü kazanırlar ve nötr olmayı bırakırlar. Burada elektrik yükleri hiçbir yerden ortaya çıkmaz, yükler yalnızca ayrılır, çünkü elektronlar zaten cisimlerdeydi ve basitçe konumlarını değiştirdiler, elektronlar elektriklenmiş bir vücuttan diğerine elektriklenmiş bir cisimden hareket ediyor.

Cisimlerin sürtünmesinden kaynaklanan elektrik yükünün işareti, bu cisimlerin doğasına, yüzeylerinin durumuna ve bir dizi başka nedene bağlıdır. Bu nedenle, aynı fiziksel bedenin bir durumda pozitif, diğerinde negatif elektrikle yüklenmesi olasılığı göz ardı edilmez; örneğin, metaller cama ve yüne sürtüldüğünde negatif elektriklenir ve sürtündüğünde negatif elektriklenir. lastik - olumlu.

Uygun bir soru şu olabilir: Elektrik yükü neden dielektriklerden değil de metallerden akıyor? Mesele şu ki, dielektriklerde tüm elektronlar atomlarının çekirdeğine bağlıdır, sadece vücutta serbestçe hareket etme yetenekleri yoktur.

Ancak metallerde durum farklıdır. Metal atomlarındaki elektron bağları, dielektriklerden çok daha zayıftır ve bazı elektronlar atomlarını kolayca terk eder ve vücutta serbestçe hareket eder, bunlar tellerde yük aktarımını sağlayan sözde serbest elektronlardır.

Yüklerin ayrılması, hem metalik cisimlerin sürtünmesi sırasında hem de dielektriklerin sürtünmesi sırasında meydana gelir. Ancak gösterilerde dielektrikler kullanılır: ebonit, kehribar, cam. Buna, dielektriklerde yüklerin hacim boyunca hareket etmemesi nedeniyle, ortaya çıktıkları cisimlerin yüzeylerinde aynı yerlerde kalmaları gibi basit bir nedenle başvurulur.

Ve örneğin kürk için sürtünme nedeniyle bir metal parçası elektriklenirse, o zaman yalnızca yüzeyine hareket etmek için zamanı olan yük anında deneycinin vücuduna akacaktır ve örneğin bir gösteri ile dielektrikler çalışmaz. Ancak deneyi yapanın elinden bir metal parçası izole edilirse, metal üzerinde kalacaktır.

Cisimlerin yükü yalnızca elektrifikasyon sürecinde serbest bırakılırsa, toplam yükleri nasıl davranır? Basit deneyler bu sorunun cevabını verir. Çubuğuna metal bir disk takılı bir elektrometre alarak, diskin üzerine o diskin boyutunda bir parça yün kumaş yerleştirin. Doku diskinin üstüne, elektrometre çubuğundaki ile aynı olan ancak bir dielektrik sap ile donatılmış başka bir iletken disk yerleştirilir.

Tutamağı tutan deneyci, üst diski birkaç kez hareket ettirir, bunu elektrometre çubuğunun diski üzerinde bulunan söz konusu doku diskine sürtünür ve ardından elektrometreden uzaklaştırır. Disk çıkarıldığında elektrometrenin iğnesi yön değiştirir ve bu konumda kalır. Bu, yünlü kumaşta ve elektrometre çubuğuna bağlı diskte bir elektrik yükünün oluştuğunu gösterir.

Saplı disk daha sonra ikinci elektrometre ile temas ettirilir, ancak disk ona takılmaz ve iğnesinin birinci elektrometrenin iğnesi ile hemen hemen aynı açıda saptığı gözlenir.

Deney, elektrifikasyon sırasında her iki diskin de aynı modülün ücretlerini aldığını gösteriyor. Peki bu suçlamaların işaretleri nelerdir? Bu soruyu cevaplamak için elektrometreler bir tel ile bağlanır. Elektrometrenin ibreleri, deney başlamadan önce bulundukları sıfır konumuna hemen geri dönecektir. Yük nötralize edildi, yani disklerdeki yükler büyüklük olarak eşit, ancak zıt işaretliydi ve deney başlamadan önce olduğu gibi toplamda sıfır verdi.

Benzer deneyler, elektrifikasyon sırasında cisimlerin toplam yükünün korunduğunu, yani elektrifikasyondan önce toplam miktar sıfırsa, elektriklendirmeden sonra toplam miktarın sıfır olacağını gösteriyor... Peki bu neden oluyor? Abanoz bir çubuğu bir kumaşa sürerseniz kumaş negatif, kumaş ise pozitif yüklü hale gelir ve bu bilinen bir gerçektir. Yüne sürtüldüğünde ebonitte fazla elektron oluşur ve kumaşta buna karşılık gelen bir eksiklik oluşur.

Yükler modül olarak eşit olacaktır, çünkü kumaştan ebonite kaç elektron geçmiştir, ebonit böyle bir negatif yük almıştır ve tuval üzerinde aynı miktarda pozitif yük oluşmuştur, çünkü ayrılan elektronlar kumaş, kumaş üzerindeki pozitif yüktür. Ve ebonit üzerindeki elektron fazlalığı, kumaştaki elektron eksikliğine tam olarak eşittir. Yükler zıt işaretlidir, ancak büyüklükleri eşittir. Açıkçası, elektrifikasyon sırasında tam şarj korunur; toplamda sıfıra eşittir.

Ayrıca, elektrifikasyondan önce her iki cismin yükleri sıfır olmasa bile, toplam yük elektrifikasyondan öncekiyle aynıdır. Cisimlerin etkileşimlerinden önceki yüklerini q1 ve q2 olarak ve etkileşimden sonraki yüklerini q1' ve q2' olarak gösterdiğimize göre, aşağıdaki eşitlik doğru olacaktır:

q1 + q2 = q1' + q2'

Bu, cisimlerin herhangi bir etkileşimi için toplam yükün her zaman korunduğu anlamına gelir. Bu, doğanın temel yasalarından biridir, elektrik yükünün korunumu yasasıdır. Benjamin Franklin bunu 1750'de keşfetti ve "pozitif yük" ve "negatif yük" kavramlarını tanıttı. Franklin ve karşıt yükleri «-» ve «+» işaretleri ile göstermeyi önerdi.

elektronikte Kirchhoff'un kuralları çünkü akımlar doğrudan elektrik yükünün korunumu yasasını takip eder. Tellerin ve elektronik bileşenlerin kombinasyonu açık bir sistem olarak temsil edilir. Belirli bir sisteme yüklerin toplam girişi, o sistemden yüklerin toplam çıkışına eşittir. Kirchhoff'un kuralları, bir elektronik sistemin toplam yükünü önemli ölçüde değiştiremeyeceğini varsayar.

Adil olmak gerekirse, elektrik yükünün korunumu yasasının en iyi deneysel testinin, yükün katı olmayan korunumu durumunda izin verilecek olan temel parçacıkların bu tür bozunmalarının araştırılması olduğunu not ediyoruz. Bu tür bozulmalar pratikte hiç gözlemlenmemiştir.

Fiziksel bedenleri elektriklendirmenin diğer yolları:

1. Çinko levha bir sülfürik asit H2SO4 çözeltisine daldırılırsa, içinde kısmen çözünür. Çinko levha üzerindeki bazı atomlar, elektronlarından ikisini çinko levha üzerinde bırakarak, çift yüklü pozitif çinko iyonları şeklinde bir dizi asitle çözeltiye gireceklerdir. Sonuç olarak, çinko levha negatif elektrikle (fazla elektron) ve sülfürik asit çözeltisi pozitifle (fazla pozitif çinko iyonları) yüklenecektir. Bu özellik, çinkoyu sülfürik asit çözeltisinde elektriklendirmek için kullanılır. galvanik bir hücrede elektrik enerjisinin ortaya çıkmasının ana süreci olarak.

2. Çinko, sezyum ve diğer bazı metallerin yüzeyine ışık ışınları düşerse, bu yüzeylerden ortama serbest elektronlar salınır. Sonuç olarak, metal pozitif elektrikle yüklenir ve etrafındaki boşluk negatif elektrikle yüklenir. Bazı metallerin aydınlatılmış yüzeylerinden elektronların yayılmasına, fotovoltaik hücrelerde uygulama bulan fotoelektrik etki denir.

3. Metal gövde beyaz ısı durumuna ısıtılırsa, serbest elektronlar yüzeyinden çevreleyen boşluğa uçacaktır.Sonuç olarak, elektron kaybeden metal pozitif elektrikle, çevresi ise negatif elektrikle yüklenir.

4. İki farklı telin, örneğin bizmut ve bakırın uçlarını lehimlerseniz ve bağlantı noktalarını ısıtırsanız, serbest elektronlar kısmen bakır telden bizmut'a geçecektir. Sonuç olarak, bakır tel pozitif elektrikle, bizmut tel ise negatif elektrikle yüklenecektir. Termal enerjiyi emdiklerinde iki fiziksel cismin elektriklenmesi olgusu termokupllarda kullanılır.

Elektriklenmiş cisimlerin etkileşimi ile ilgili fenomenlere elektriksel fenomenler denir.

Elektrikli cisimler arasındaki etkileşim, sözde tarafından belirlenir. Elektrik kuvvetleri, hareket hızları ne olursa olsun, yüklü cisimlerin birbirlerini itip çekmelerine neden olmaları bakımından başka doğadaki kuvvetlerden farklıdır.

Bu şekilde, yüklü cisimler arasındaki etkileşim, örneğin, yalnızca cisimlerin çekimi ile karakterize edilen yerçekimsel olandan veya yüklerin göreli hareket hızına bağlı olan manyetik kaynaklı kuvvetlerden farklıdır. fenomenler.

Elektrik mühendisliği esas olarak elektrikli cisimlerin özelliklerinin dışsal tezahürünün yasalarını - elektromanyetik alanların yasalarını inceler.

Umarız bu kısa makale size cisimlerin elektriklenmesinin ne olduğu hakkında genel bir fikir vermiştir ve artık basit bir deney kullanarak elektrik yükünün korunumu yasasını deneysel olarak nasıl doğrulayacağınızı biliyorsunuzdur.