Antik çağlarda bile kehribarın yüne sürülmesi durumunda hafif nesneleri çekmeye başladığı biliniyordu. Daha sonra aynı özellik diğer maddelerde de (cam, ebonit vb.) keşfedildi. Bu fenomene denir elektrifikasyon ve sürtünmeden sonra diğer nesneleri kendilerine çekebilen cisimler elektriklenir. Elektrifikasyon olgusu, elektrikli bir cismin edindiği yüklerin varlığı hipotezine dayanarak açıklandı.
Çeşitli cisimlerin elektrifikasyonu üzerine yapılan basit deneyler aşağıdaki noktaları göstermektedir.
- İki tür yük vardır: pozitif (+) ve negatif (-). Cam deriye veya ipeğe sürtündüğünde pozitif yük ortaya çıkar ve amber (veya ebonit) yüne sürtündüğünde negatif yük ortaya çıkar.
- Yükler (veya yüklü cisimler) birbirleriyle etkileşime girer. Benzer yükler iter, aksine $-$ çeken yükler.
Elektrifikasyon durumu, elektrik yükünün aktarımıyla ilişkili olarak bir vücuttan diğerine aktarılabilir. Bu durumda vücuda daha büyük veya daha küçük bir yük aktarılabilir, yani yükün bir büyüklüğü vardır. Sürtünmeyle elektriklendiğinde, her iki cisim de bir yük alır; biri $-$ pozitif, diğeri $-$ negatif. Sürtünmeyle elektriklenen cisimlerin yüklerinin mutlak değerlerinin eşit olduğu ve bunun çok sayıda deneyle doğrulandığı vurgulanmalıdır.
Elektronun keşfi ve atomun yapısının incelenmesinden sonra cisimlerin sürtünme sırasında neden elektriklendiğini (yani yüklendiğini) açıklamak mümkün hale geldi. Bilindiği gibi, tüm maddeler atomlardan oluşur ve bu atomlar da $-$ negatif yüklü elektronlar, pozitif yüklü protonlar ve nötr parçacıklar $-$ nötronlardan oluşan temel parçacıklardan oluşur. Elektronlar ve protonlar temel (minimum) elektrik yüklerinin taşıyıcılarıdır. Protonlar ve nötronlar (nükleonlar), bir atomun pozitif yüklü çekirdeğini oluşturur; çevresinde negatif yüklü elektronlar döner, bunların sayısı proton sayısına eşittir, böylece atom bir bütün olarak elektriksel olarak nötrdür. Normal koşullar altında atomlardan (veya moleküllerden) oluşan cisimler elektriksel olarak nötrdür. Ancak sürtünme sırasında atomlarını terk eden elektronların bir kısmı bir cisimden diğerine geçebilir. Bu durumda elektronların hareketi atomlar arası mesafeleri aşmaz. Ancak sürtünmeden sonra cisimler ayrılırsa, o zaman yüklü oldukları ortaya çıkacaktır: Elektronlarının bir kısmını bırakan vücut pozitif olarak yüklenecek ve onları $-$ alan vücut negatif olarak yüklenecektir.
Böylece cisimler elektriklenir, yani elektron verdiklerinde veya aldıklarında elektrik yükü alırlar. Bazı durumlarda elektrifikasyon iyonların hareketinden kaynaklanır. Bu durumda yeni elektrik yükleri oluşmaz. Elektrik veren cisimler arasında mevcut yüklerin yalnızca bir bölümü vardır: Negatif yüklerin bir kısmı bir vücuttan diğerine geçer.
Bu derste, elektrodinamiğin üzerinde durduğu "sütunlar" - elektrik yükleri - ile tanışmaya devam edeceğiz. Elektrifikasyon sürecini inceleyeceğiz, bu sürecin hangi prensibe dayandığını ele alacağız. İki tür yükten bahsedelim ve bu yüklerin korunumu yasasını formüle edelim.
Son dersimizde elektrostatikteki ilk deneylerden zaten bahsetmiştik. Hepsi bir maddenin diğerine sürtünmesine ve bu cisimlerin küçük nesnelerle (toz zerreleri, kağıt parçaları...) daha fazla etkileşimine dayanıyordu. Tüm bu deneyler elektrifikasyon sürecine dayanmaktadır.
Tanım.Elektrifikasyon– elektrik yüklerinin ayrılması. Bu, elektronların bir cisimden diğerine hareket ettiği anlamına gelir (Şekil 1).
Pirinç. 1. Elektrik yüklerinin ayrılması
Temelde farklı iki yük teorisi ve bir elektronun temel yükü keşfedilene kadar, yükün bir tür görünmez ultra hafif sıvı olduğuna ve eğer vücuttaysa, o zaman vücudun bir yükü olduğuna ve tersine.
Önceki derste de belirtildiği gibi, çeşitli cisimlerin elektrifikasyonuna ilişkin ilk ciddi deneyler İngiliz bilim adamı ve doktor William Gilbert (1544-1603) tarafından gerçekleştirildi, ancak metal cisimleri elektriklendirmeyi başaramadı ve o, metallerin elektrifikasyonu imkansızdı. Ancak bunun doğru olmadığı ortaya çıktı ve bu daha sonra Rus bilim adamı Petrov tarafından kanıtlandı. Ancak elektrodinamik çalışmalarındaki bir sonraki daha önemli adım (yani farklı yüklerin keşfi) Fransız bilim adamı Charles Dufay (1698-1739) tarafından atıldı. Deneylerinin bir sonucu olarak, kendi deyimiyle cam (camın ipek üzerindeki sürtünmesi) ve reçine (kürk üzerindeki kehribar) yüklerinin varlığını tespit etti.
Bir süre sonra aşağıdaki yasalar formüle edildi (Şekil 2):
1) benzer yükler birbirini iter;
2) Farklı yükler birbirini çeker.
Pirinç. 2. Yüklerin etkileşimi
Pozitif (+) ve negatif (-) yüklerin isimleri Amerikalı bilim adamı Benjamin Franklin (1706-1790) tarafından ortaya atılmıştır.
Anlaşmaya göre, bir cam çubuk üzerinde kağıt veya ipekle ovalarsanız (Şekil 3) oluşan yükü pozitif, ebonit veya kehribar çubuk üzerinde kürkle ovalarsanız (Şekil 3) negatif yükü çağırmak gelenekseldir. 4).
Pirinç. 3. Pozitif yük
Pirinç. 4. Negatif ücret
Thomson'ın elektronu keşfi sonunda bilim adamlarının elektrifikasyonda vücuda hiçbir elektrik sıvısı verilmediğini ve dışarıdan hiçbir yük uygulanmadığını anlamasını sağladı. Negatif yükün en küçük taşıyıcıları olarak elektronların yeniden dağılımı vardır. Geldikleri bölgede sayıları pozitif protonların sayısından fazla olur. Böylece telafi edilmemiş bir negatif yük ortaya çıkar. Tersine, gittikleri bölgede, olumlu yükleri telafi etmek için gerekli olan olumsuz yüklerin eksikliği görülüyor. Böylece alan pozitif yüklü hale gelir.
Yalnızca iki farklı yük türünün varlığı değil, aynı zamanda etkileşimlerinin iki farklı ilkesi de belirlendi: benzer yüklerle (aynı işarette) yüklenen iki cismin karşılıklı itilmesi ve buna göre zıt yüklü cisimlerin çekiciliği.
Elektrifikasyon birkaç şekilde yapılabilir:
- sürtünme;
- dokunarak;
- üflemek;
- rehberlik (etki yoluyla);
- ışınlama;
- kimyasal etkileşim.
Sürtünme yoluyla elektriklenme ve temasla elektriklenme
Bir cam çubuk kağıda sürtüldüğünde çubuk pozitif yük alır. Metal standla temas halinde olan çubuk, kağıt tüyüne pozitif bir yük aktarır ve yaprakları birbirini iter (Şekil 5). Bu deney benzer yüklerin birbirini ittiğini göstermektedir.
Pirinç. 5. Heyecan verici dokunuş
Kürk ile sürtünme sonucunda ebonit negatif yük kazanır. Bu çubuğu kağıt tüyüne getirdiğimizde yaprakların ona nasıl çekildiğini görüyoruz (bkz. Şekil 6).
Pirinç. 6. Farklı Yüklerin Çekilmesi
Etki yoluyla elektriklenme (rehberlik)
Tüylü standın üzerine bir cetvel yerleştirelim. Cam çubuğa elektrik verdikten sonra onu cetvele yaklaştırın. Cetvel ile sehpa arasındaki sürtünme küçük olacaktır, böylece yüklü bir cisim (çubuk) ile yükü olmayan bir cisim (cetvel) arasındaki etkileşimi gözlemleyebilirsiniz.
Her deney sırasında yükler ayrıldı; hiçbir yeni yük ortaya çıkmadı (Şekil 7).
Pirinç. 7. Ücretlerin yeniden dağıtımı
Dolayısıyla, yukarıdaki yöntemlerden herhangi birini kullanarak vücuda bir elektrik yükü ilettiysek, elbette bu yükün büyüklüğünü bir şekilde tahmin etmemiz gerekir. Bunun için Rus bilim adamı M.V. tarafından icat edilen bir elektrometre cihazı kullanılıyor. Lomonosov (Şekil 8).
Pirinç. 8.M.V. Lomonosov'un (1711-1765)
Elektrometre (Şekil 9) yuvarlak bir kutu, bir metal çubuk ve yatay bir eksen etrafında dönebilen bir hafif çubuktan oluşur.
Pirinç. 9. Elektrometre
Elektrometreye bir yük vererek, her durumda (hem pozitif hem de negatif yükler için) hem çubuğu hem de oku aynı yüklerle yükleriz, bunun sonucunda ok sapar. Sapma açısı yükü tahmin etmek için kullanılır (Şekil 10).
Pirinç. 10. Elektrometre. Sapma açısı
Elektrikli bir cam çubuğu alıp elektrometreye dokundurursanız iğne yön değiştirecektir. Bu, elektrometreye bir elektrik yükünün verildiğini gösterir. Bir ebonit çubukla yapılan aynı deney sırasında bu yük telafi edilir (Şekil 11).
Pirinç. 11. Elektrometre şarj telafisi
Hiçbir yük oluşumunun meydana gelmediği, yalnızca yeniden dağıtımın gerçekleştiği zaten belirtildiğinden, yükün korunumu yasasını formüle etmek mantıklıdır:
Kapalı bir sistemde elektrik yüklerinin cebirsel toplamı sabit kalır(Şekil 12). Kapalı bir sistem, yüklerin ayrılmadığı ve yüklü cisimlerin veya yüklü parçacıkların içine girmediği bir cisimler sistemidir.
Pirinç. 13. Yükün korunumu kanunu
Yükler yalnızca parçacıklarla birlikte mevcut olduğundan bu yasa kütlenin korunumu yasasını anımsatmaktadır. Çoğu zaman, suçlamalar benzetme yoluyla çağrılır elektrik miktarı.
Yüklerin korunumu yasası tam olarak açıklanmamıştır, çünkü yükler yalnızca çiftler halinde görünüp kaybolmaktadır. Başka bir deyişle, eğer yükler doğarsa, o zaman aynı anda yalnızca pozitif ve negatif olanlar ve büyüklükleri eşit olur.
Bir sonraki derste elektrodinamiğin niceliksel değerlendirmelerine daha yakından bakacağız.
Referanslar
- Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizik (temel seviye) - Yüksek Lisans: Mnemosyne, 2012.
- Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizik 10. sınıf. - M.: Ilexa, 2005.
- Kasyanov V.A. Fizik 10. sınıf. - M.: Bustard, 2010.
- İnternet portalı “youtube.com” ()
- İnternet portalı “abcport.ru” ()
- İnternet portalı “planeta.edu.tomsk.ru” ()
Ev ödevi
- Sayfa 356: Sayı 1-5. Kasyanov V.A. Fizik 10. sınıf. - M.: Bustard. 2010.
- Elektroskopun iğnesi yüklü bir cisimle temas ettiğinde neden yön değiştirir?
- Toplardan biri pozitif yüklü, ikincisi negatif yüklü. Topların kütlesi birbirine değdiğinde nasıl değişecek?
- *Yüklü bir metal çubuğu, yüklü bir elektroskopun topuna dokunmadan getirin. İğne sapması nasıl değişecek?
Elektromanyetik olaylarla ilgili sistematik bir çalışmaya başlayan ilk kişinin İngiliz bilim adamı Gilbert olduğuna inanılıyor (Şekil 1).
Pirinç. 1.William Gilbert (1544–1603)
Ancak bilim adamları bu fenomeni ancak birkaç yüzyıl sonra açıklayabildiler. Elektronun keşfinden sonra fizikçiler, bazı elektronların bir atomdan nispeten kolaylıkla ayrılabileceğini ve onu pozitif veya negatif yüklü bir iyona dönüştürebileceğini buldular (Şekil 2). Bedenler nasıl elektriklenebilir? Bu yöntemleri ele alalım.
Pirinç. 2. Pozitif ve negatif yüklü iyon
Ebonit bir çubuğu bir parça yünle elektriklendirdiğimizde sürtünmeyle elektriklenmeyle karşılaştık. Bir ebonit çubuğu alıp onu yünlü bir bezle ovalım - bu durumda çubuk negatif yük kazanacaktır. Bu suçlamanın ortaya çıkmasına neyin sebep olduğunu bulalım. Farklı malzemelerden yapılmış iki cisim arasında yakın temas olması durumunda, bazı elektronların bir cisimden diğerine aktarıldığı ortaya çıktı (Şekil 3).
Pirinç. 3. Bazı elektronların bir vücuttan diğerine aktarılması
Elektronların hareket ettiği mesafe atomlar arası mesafeleri aşmaz. Temastan sonra cisimler ayrılırsa, yüklü oldukları ortaya çıkacaktır: Elektronlarının bir kısmını veren cisim pozitif olarak (yün) yüklenecek ve onları alan cisim negatif olarak yüklenecektir (abanoz çubuğu). Yün, elektronları ebonitten daha az güçlü tutar, bu nedenle temas halinde elektronlar esas olarak yünden ebonit çubuğa aktarılır ve bunun tersi olmaz.
Kuru saçları tarakla tarayarak da benzer bir sonuç elde edilebilir. Genel olarak kabul edilen "sürtünme yoluyla elektriklenme" adının tamamen doğru olmadığına dikkat edin; "dokunarak elektriklenme" demek doğrudur, çünkü sürtünme yalnızca cisimler temas ettiğinde yakın temas alanlarının sayısını artırmak için gereklidir.
Deneyin başlamasından önce yünlü kumaş ve ebonit çubuk yüklenmemişse, deneyden sonra bir miktar yük kazanacaklar ve yükleri büyüklük olarak eşit fakat işaret olarak zıt olacaktır. Bu, deneyden önce ve sonra çubuğun ve dokunun toplam yükünün 0'a eşit olacağı anlamına gelir (Şekil 4).
Pirinç. 4. Deneyden önce ve sonra çubuğun ve kumaşın toplam yükü sıfırdır
Pek çok deney sonucunda fizikçiler, elektrifikasyon sırasında yeni yüklerin oluşmasının değil, bunların yeniden dağıtılmasının meydana geldiğini tespit ettiler. Böylece yükün korunumu kanunu yerine getirilmiş olur.
Elektrik yükünün korunumu yasası: kapalı bir cisim veya parçacık sisteminin tam yükü kalır değişmedi bu sistemde meydana gelen herhangi bir etkileşim için (Şekil 5):
kapalı bir sistem oluşturan cisimlerin veya parçacıkların yükleri nerede ( N- bu tür cisimlerin veya parçacıkların sayısı).
Pirinç. 5. Elektrik yükünün korunumu kanunu
Altında kapalı sistem, yalnızca birbirleriyle etkileşime giren, yani diğer cisimler ve parçacıklarla etkileşime girmeyen cisimler veya parçacıklardan oluşan bir sistem anlamına gelir.
Çeşitli sorunları çözme
Çeşitli elektriksel olaylarla ilgili birkaç önemli problemin çözümüne ilişkin örneklere bakalım.
Görev 1.İki özdeş iletken yüklü top birbirine dokundu ve hemen ayrıldı. Temastan sonra her topun yükünü hesaplayın, eğer ondan önce birinci topun ve ikinci topun yükü eşitse.
Çözüm
Bu sorunun çözümü elektrik yükünün korunumu yasasına dayanmaktadır: topların temastan önceki ve sonraki yüklerinin toplamı değişemez (çünkü bu durumda kapalı bir sistem oluştururlar). Ek olarak, toplar aynı olduğundan, bir toptan diğerine yük akışı, yükleri eşitlenene kadar meydana gelecektir (benzetme olarak, farklı sıcaklıklara sahip iki özdeş cisimden oluşan bir sistemdeki termal dengeyi düşünebiliriz; yalnızca vücut sıcaklıkları eşitlendiğinde kurulur). Bu, temas sonrasında topların her birinin yükünün eşit olacağı anlamına gelir (Şekil 6). Yükün korunumu yasasını kullanarak şunu elde ederiz: . Bundan temastan sonra topların her birinin yükünün şuna eşit olacağı sonucunu çıkarmak kolaydır: 
.
Pirinç. 6. Toplar temas ettikten sonra yapılan hücumlar
Görev 2.İki yüklü top ipek ipliklerin üzerine asılıyor. Onlara pozitif yüklü bir pleksiglas levha getirilir ve iplikler arasındaki açı artar. Topların yüklerinin işareti nedir? Cevabınızı gerekçelendirin.
Çözüm
Pleksiglas getirilmeden önce, topların her birine etki eden kuvvetler dengelenir (yerçekimi, iplik gerginliği ve toplar arasındaki elektriksel etkileşim kuvveti) (Şekil 7). Pozitif yüklü pleksiglas yukarı kaldırıldığında topların orijinal konumlarına göre “yükseldiğini” görüyoruz. Bu, yukarıya doğru yönlendirilen bir kuvvetin ortaya çıktığı anlamına gelir. Bu elbette top ile plaka arasındaki elektriksel etkileşimin kuvvetidir. Bu, topun ve plakanın birbirini ittiği anlamına gelir (aksi takdirde etkileşimlerinin kuvveti topu "aşağı çeker"). Bundan topların plakayla aynı işarette, yani pozitif olarak yüklendiği sonucuna varabiliriz (Şekil 8).
Pirinç. 7. Pleksiglas getirilmeden önce toplara etki eden kuvvetler
Pirinç. 8. Toplar yukarı doğru hareket eder
Görev 3. Elektrikli bir cam çubuğun yükünden birkaç kat daha büyük bir yük bir elektroskoba nasıl aktarılır? Yüklü çubuk ve elektroskoba ek olarak, yalıtkan bir sapın üzerinde küçük bir metal top bulunur.
Çözüm
Elektrifikasyonu etki yoluyla kullanacağız. Topu çubuğa getiriyoruz (dokunmadan) ve topa parmağımızla dokunarak şarj ediyoruz. Bundan sonra topu elektroskop topuna getirip içeriden dokunuyoruz. Yük elektroskop topunun yüzeyine dağıtılacaktır. İşlemi birçok kez tekrarlayarak elektroskoba yeterince büyük bir yük verebiliriz.
Bu, görsel bir gösterim yardımıyla doğrulanabilir (Şekil 9).
Pirinç. 9. Tekrarlanan iletim yoluyla elektroskoba büyük bir yük mesajı gönderin
Topraklama. İletkenler ve dielektrikler
Metal bir çubuk alıp elinizde tutarak onu elektriklendirmeye çalışırsanız, bunun imkansız olduğu ortaya çıkar. Gerçek şu ki, metaller çok sayıda serbest elektrona sahip maddelerdir (Şekil 10). , tüm metal hacmi boyunca kolayca hareket eder.
Pirinç. 10. Metaller çok sayıda serbest elektrona sahip maddelerdir
Bu tür maddelere genellikle iletken denir . Metal bir çubuğu elinizde tutarak elektriklendirmeye çalışmak, fazla elektronların çubuktan çok hızlı bir şekilde kaçmasına ve çubuğun yüksüz kalmasına neden olacaktır. İnsan vücudu bir iletken olduğundan elektronların “kaçış yolu” araştırmacının kendisidir. Bu nedenle elektrikle yapılan deneyler katılımcılar için tehlikeli olabilir!
Pirinç. 11. Elektronların “Kaçış Rotası”
Genellikle elektronların "varış yeri" aynı zamanda bir iletken olan topraktır. Boyutları çok büyüktür, bu nedenle herhangi bir yüklü cisim, eğer bir iletkenle toprağa bağlanırsa, bir süre sonra pratik olarak elektriksel olarak nötr (yüksüz) hale gelecektir: pozitif yüklü cisimler yerden ve negatif yüklü cisimlerden belirli miktarda elektron alacaktır. fazla sayıda elektron toprağa girecektir (bkz. Şekil 12).
Pirinç. 12. Dünya elektronlar için “nihai varış noktasıdır”
Yüklü herhangi bir cismin bir iletkenle toprağa bağlanarak deşarj edilmesini sağlayan teknik tekniğe topraklama denir. .
Pirinç. 13. Diyagramdaki topraklama tanımı
Bir iletkenin şarj edilmesi veya üzerinde bir yükün muhafaza edilmesi gibi bazı durumlarda topraklamadan kaçınılmalıdır. Bu amaçla dielektriklerden yapılmış gövdeler kullanılır. . Dielektriklerde (bunlara yalıtkanlar da denir) neredeyse hiç serbest elektron yoktur. Bu nedenle, toprak ile yüklü cisim arasına yalıtkan şeklinde bir bariyer yerleştirilirse, serbest elektronlar iletkeni terk edemeyecek (veya üzerine çıkamayacak) ve iletken yüklü kalacaktır (Şekil 14). Cam, pleksiglas, ebonit, kehribar, kauçuk, kağıt dielektriktir, bu nedenle elektrostatik deneylerde bunları elektriklendirmek kolaydır - yük onlardan boşalmaz.
Pirinç. 14. Toprak ile yüklü cisim arasına yalıtkan şeklinde bir bariyer yerleştirilirse, serbest elektronlar iletkenden ayrılamaz (veya üzerine çıkamaz)
Aşağıdaki deneyi gerçekleştirelim: Bir ebonit çubuğu alın ve onu sürtünme yoluyla elektrifikasyon kullanarak şarj edin. Çubuğu elektrometre topuna getirelim, parmağımızla elektrometre topuna bir süre dokunup çubuğu çıkaralım, elektrometre iğnesinin saptığını görüyoruz (Şekil 15).
Pirinç. 15. Elektrometre okuması
Böylece top, ebonit bir çubukla dokunmamış olsak da, bir elektrik yükü kazandı. Bu neden oldu? Topun işareti sopanın yükünün işaretinin tersidir.
Yüklü ve yüksüz cisimler arasında temas olmadığından açıklanan işleme denir. etki yoluyla elektriklenme(veya elektrostatik indüksiyon). Negatif yüklü bir çubuğun elektrik alanının etkisi altında, serbest elektronlar metal kürenin yüzeyi üzerinde yeniden dağıtılır (Şekil 16).
Pirinç. 16. Elektronların yeniden dağıtımı
Elektronların negatif yükü vardır, dolayısıyla negatif yüklü ebonit çubuktan itilirler. Bunun sonucunda kürenin çubuğa uzak kısmındaki elektron sayısı fazla, yakınındaki kısmında ise yetersiz kalacaktır. Küreye parmağınızla dokunduğunuzda belirli sayıda serbest elektron küreden araştırmacının vücuduna doğru hareket edecektir (Şekil 17).
Pirinç. 17. Bazı elektronların araştırmacının vücuduna aktarılması
Sonuç olarak küre elektronlardan yoksun kalacak ve pozitif yüklü hale gelecektir. Etki yoluyla elektriklenmenin mekanizmasını anladıktan sonra, yüksüz metalik cisimlerin neden yüklü cisimlere çekildiğini açıklamak sizin için zor olmayacaktır.
Kağıt parçalarının neden elektrikli bir çubuğa çekildiğini açıklamak daha zordur, çünkü kağıt bir dielektriktir, bu da neredeyse hiç serbest elektron içermediği anlamına gelir. Gerçek şu ki, yüklü bir çubuğun elektrik alanı, kağıdı oluşturan atomların bağlı elektronlarına etki eder ve bunun sonucunda elektron bulutunun şekli değişir - uzar. Sonuç olarak, çubuğa en yakın kağıt parçalarında, çubuğun yüküne zıt işaretli bir yük oluşur (Şekil 18) ve bu nedenle kağıt, çubuğa çekilmeye başlar - bu fenomen dielektrik polarizasyonu denir.
Pirinç. 18. Dielektrik polarizasyon
Elektrifikasyonun yararları ve zararları
Elektrifikasyon ve elektrikli gövdelerin uygulanması.
1. Zımpara kağıdı yapımı
Kağıdın zımpara tozu ile kaplanması ve yapay yumuşacık malzemelerin elde edilmesi prensibi aşağıdaki deneyde açıklanabilir (Şekil 19). Kayar kapasitörden gelen diskler, elektrofor makinesinin iletkenlerine bağlanır. Alt diskin üzerine kum veya dar renkli kağıt şeritleri dökülür. Üst diskin yüzeyi tutkalla yağlanır. Elektrofor makinesinin etkinleştirilmesiyle diskler şarj edilir. Bu durumda alt diskte bulunan ve aynı isimde bir yük alan kağıt veya kum parçaları, elektrik alan kuvvetlerinin etkisi altında üst diske çekilerek üzerine yerleşir.
Pirinç. 19. Zımpara kağıdı yapımı
2. Metal ürünlerin elektrostatik boyanması yöntemi
Elektrik alanında yüzeyleri boyama yöntemi - elektro boyama - ilk olarak Rus bilim adamı A.L. tarafından geliştirildi. Chizhevsky. Özü şudur: Herhangi bir renkteki sıvı boya, bir sprey şişesine (ince çekilmiş ucu (meme) olan bir kap) yerleştirilir ve ona negatif bir potansiyel uygulanır. Metal kalıba pozitif bir potansiyel uygulanır ve boyanacak yüzey (kumaş, kağıt, metal vb.) kalıbın önüne yerleştirilir (Şek. 20).
Pirinç. 20. Metal ürünlerin elektrostatik boyanması yönteminin kurulması
Boya nozulu ve şablon arasındaki elektrostatik alan sayesinde, boya parçacıkları metal şablona doğru sıkı bir şekilde uçar (Şekil 21) ve tek bir damla boya düşmeden, boyanacak yüzey üzerinde tam şablon deseni yeniden üretilir. Nozül ile boyama nesnesi arasındaki mesafeyi ayarlayarak uygulama hızını ve kaplama katmanının kalınlığını değiştirebilir, yani boyama hızını düzenleyebilirsiniz.
Bu yöntem, geleneksel boyama yöntemine göre %70'e varan oranda boya tasarrufu sağlar ve ürünün kaplanma sürecini yaklaşık üç kat hızlandırır.
Pirinç. 21. Boya parçacıkları kesinlikle metal şablona doğru uçar
3. Toz ve hafif parçacıklardan havanın temizlenmesi
Toz parçacıkları elektriklenebildiğinden, bunları gidermek için genellikle içinde mikro parçacıkları çeken elektrik yüklü bir elemanın bulunduğu bir filtre kullanılır. Toz gidermeyi daha etkili hale getirmek için odadaki hava iyonize edilir. Bu tür elektrostatik çökelticiler, çimento ve fosforit öğütme atölyelerinde ve kimya tesislerinde kuruludur.
Pirinç. 22. Toz toplama plakası çıkarılmış elektrostatik hava temizleme cihazı
Pirinç. 23. Endüstriyel elektrostatik hava temizleyicinin içindeki elektrotlar
Üretimde ve evde sürtünmeden kaynaklanan elektrifikasyonun olumsuz etkileri
Kağıt hamuru ve kağıt fabrikalarından birinde, hızlı hareket eden kağıt bandındaki sık sık kırılmaların nedeni bir süre belirlenemedi. Bilim insanları davet edildi. Bunun nedeninin, kayışın silindirlere sürtündüğünde elektriklenmesi olduğunu öğrendiler.
Pirinç. 24. Kağıt makinesi
Havaya sürtündüğünde uçak elektrikleniyor. Bu nedenle inişten sonra uçağa hemen metal bir rampa takamazsınız: yangına neden olacak bir deşarj meydana gelebilir. İlk olarak uçak boşaltılır: uçağın kaplamasına bağlanan metal bir kablo yere indirilir ve yer ile kablonun ucu arasında boşaltma meydana gelir (Şekil 25).
Pirinç. 25. Uçaktaki yükün kaldırılması
Havada hızla yükselen bir balonun alev aldığı durumlar olmuştur. Balonlar genellikle son derece yanıcı olan hidrojenle doldurulur. Ateşlemenin nedeni, hızlı yükseliş sırasında kauçuk kaplı kabuğun havaya sürtünmesinden kaynaklanan elektriklenme olabilir.
Pirinç. 26. Balonlar (balonlar)
Bir maddenin hareketli parçalarının yer aldığı, tanecik veya sıvı hareketlerinin olduğu herhangi bir işlemde yük ayrımı meydana gelir. Tahılın elevatöre taşınmasındaki tehlikelerden biri, sıcak tozla dolu bir atmosferde yük ayrımı sonucu kıvılcımın sıçrayarak yangın çıkmasıdır.
Pirinç. 27. Tahılın taşınması
Evde, dairedeki bağıl hava nemini %60-70'e çıkararak statik elektrik yükünü ortadan kaldırmak oldukça kolaydır (Şek. 28).
Pirinç. 28. Higrometre
Bu derste bazı elektriksel olayları tartıştık: özellikle elektrifikasyondan iki şekilde bahsettik: sürtünme ve etki.
Referanslar
- Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fizik: problem çözme örnekleri içeren bir referans kitabı. - 2. baskının yeniden bölümlendirilmesi. - X .: Vesta: "Ranok" yayınevi, 2005. - 464 s.
- AV. Peryshkin. Fizik 8. sınıf: ders kitabı. genel eğitim için kurumlar. - M .: Bustard, 2013. - 237 s.
- İnternet portalı “physbook.ru” ()
- İnternet portalı “youtube.com” ()
Ev ödevi
- Bir kediyi elinizle okşarken neden bazen tüyü ile el arasında küçük kıvılcımlar çıktığını görüyorsunuz?
- "Yaşayan güç merkezleri" olarak adlandırılabilecek balıklar var. Bunlar ne tür balıklar?
- Elektrik yükünün korunumu yasasını formüle edin.
Etrafımızdaki cisimler arasındaki elektriksel çekim ve itme kuvvetlerini neden gözlemlemiyoruz? Sonuçta tüm cisimler atomlardan, atomlar ise elektrik yüklü parçacıklardan yapılmıştır.
Bunun nedeni atomların bir bütün olarak nötr olmasıdır. Bir atomdaki tüm elektronların toplam negatif yükü çekirdeğin pozitif yüküne eşittir. Bir atomun toplam yükü sıfırdır. Atom nötr olduğundan molekül de nötrdür. Atomlardan veya moleküllerden oluşan bir cisim de nötrdür; elektrik yükü yoktur.
Bir cam çubuk alın ve onu bir parça kuru ipekle kuvvetlice ovalayın. Bu durumda elektronların bir kısmı cam moleküllerinden ayrılarak ipek moleküllerine gider. Bazı cam moleküllerinin sözde iyonizasyonu meydana gelir ve onları nötr parçacıklardan elektrik yüklü parçacıklara - iyonlara dönüştürür. Bir veya daha fazla elektronunu kaybeden cam molekülleri artık nötr değildir. Böyle bir moleküldeki çekirdeğin pozitif yükü, içinde kalan elektronların negatif yükünden daha büyüktür. Molekül pozitif yüklüdür; pozitif bir iyondur. Bir veya daha fazla ekstra elektron yakalayan atom veya moleküle negatif iyon denir.
Bu çubukla ipliklere asılı iki kağıt mendile dokunursanız, yapraklardaki elektronların bir kısmı pozitif yüklü çubuk tarafından çekilerek ona aktarılacaktır. Yapraklar Şekil 3'te gösterildiği gibi pozitif yüklenecek ve birbirlerini itmeye başlayacaklardır.
Yapraklar ayrıca negatif olarak da yüklenebilir. Bunu yapmak için cam yerine ebonit veya balmumu çubuğu almanız ve ipek yerine kürk veya yünlü kumaş kullanmanız gerekir. Sızdırmazlık mumu veya ebonit kürkle sürtüldüğünde, bazı elektronlar kürkten çubuğa aktarılır ve negatif yüklü hale gelir. Elektronlar birbirini iter. Bu nedenle, çubuk bir parça kağıt mendile dokunduğunda,
Bazı elektronlar ona gider. Ebonit veya balmumu çubuğuyla dokunduğumuz iki yaprak negatif yüklüdür. Şekil 3'te gösterildiği gibi birbirlerini iterler ve pozitif yüklü yapraklar tarafından çekilirler (Şekil 4).
İnsanlar elektrikle ilk kez kehribarın yüne sürülmesiyle tanıştılar. Bu, iki buçuk bin yıl önce antik Yunanistan'da oldu. Amber'e Yunanca'da "elektron" denir. “Elektrik” kelimesi böyle doğdu.
Artık kehribarın, camın, ebonitin ve insanların tecrübe yoluyla tanıdığı diğer cisimlerin elektriksel özelliklerinin, yalnızca elektronlar ve çekirdekler arasında etki eden elektriksel kuvvetlerin bir tezahürü olduğunu görüyoruz.
Atomun, elektronların ve çekirdeğin yapısı hakkında hiçbir şey bilinmediğinde “pozitif” ve “negatif” yük isimleri verildi. Daha sonra nükleer yükün pozitif, elektron yükünün ise negatif olarak adlandırıldığı ortaya çıktı.
Pozitif yüklü bir cisim, elektronlarının bir kısmını kaybetmiş bir cisimdir. Negatif yüklü bir cisim, fazla elektron almış bir cisimdir. Sürtünme sırasında cisimlerin elektriklenmesi, bazı elektronların bir cisimden diğerine aktarılmasından kaynaklanır.
Modern ulusal ve uluslararası standartlar ve teknik düzenlemeler tarafından zorunlu kılınan elektrikli ekipmanların kalite, uygulama kapsamı ve çalışma kurallarına ilişkin gereklilikler, düzenli bakım ihtiyacını belirler...
Joseph Vissarionovich Stalin'in adıyla ayrılmaz bir şekilde bağlantılı olarak tarihe sonsuza kadar geçecek harika bir zamanda yaşıyoruz. Sovyet halkı, Komünist Parti ve onun lideri Yoldaş Stalin'in önderliğinde sosyalizmi inşa etti...
Sürekli akan akımların yanı sıra, tek yönde alternatif akımlar da teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir devredeki alternatif akımın yönü genellikle saniyede birçok kez değişir. Gelin buraya bir göz atalım...
“Sürtünme yoluyla elektriklenme” dediğimiz olgunun temel nedeni, iki farklı cisim yakın temasa geçtiğinde bir cisimden diğerine bazı elektronların geçmesidir (Şekil 11). Sonuç olarak, birinci gövdenin yüzeyinde pozitif bir yük (elektron eksikliği) belirir ve ikinci gövdenin yüzeyinde negatif bir yük (elektron fazlası) belirir. Elektron yer değiştirmesi çok küçüktür; atomlar arası mesafeler (m) düzeyindedir. Dolayısıyla iki cismin sınırında ortaya çıkan çift elektrik katmanı denilen tabaka, dış uzayda hiçbir şekilde kendini göstermez. Ancak bedenler birbirinden ayrılırsa, her biri şu veya bu işaretin yüküne sahip olacaktır (Şekil 12). Bu cisimlerin her birini elektroskobun camına yerleştirerek buna ikna olduk (Şekil 9).
Pirinç. 11. İki farklı gövdenin yakın temas halindeki çift elektrik katmanının görünümü
Pirinç. 12. Cesetleri birbirinden ayırdıktan sonra her birinin yüklü olduğu ortaya çıkıyor
İki cismin "yakın temasından" bahsederken, farklı cisimlerin parçacıkları arasındaki mesafenin aynı cismin atomları veya molekülleri arasındaki mesafeyle yaklaşık olarak aynı hale geldiği, onların böyle bir araya getirilmesini kastettik. Ancak bu koşullar altında bir cismin başka bir cismin elektronlarını "yakalaması" ve elektriksel bir çift katman oluşturması mümkündür. Ancak uğraştığımız bedenler hiçbir zaman tamamen pürüzsüz değildir. Bu nedenle, iki cismi birbirine yaklaştırdığımızda bile, kelimenin tam anlamıyla gerçekten yakın temasları, cisimlerin tüm yüzeyinde değil, yalnızca ayrı küçük alanlarda gerçekleşir. Cisimleri birbirine sürttüğümüzde, elektriklenmenin meydana geldiği bu tür yakın temas alanlarının sayısını arttırırız ve böylece cisimleri birbirinden uzaklaştırdığımızda cisimlerin her birinde ortaya çıkacak toplam yükü arttırırız. Sürtünmenin tek rolü budur. “Sürtünme yoluyla elektriklenme” yalnızca tarihsel kökenleri olan bir isimdir.
Durumun tam olarak böyle olduğu ve farklı cisimlerin yakın temasında elektrik yüklerinin ortaya çıkmasının, bu cisimler arasında kelimenin alışılagelmiş anlamında herhangi bir sürtünme olmasa bile meydana geldiği gerçeğine, Şekil 2'de gösterilen deneyimle ikna olduk. 13. İki elektroskop alalım ve her birinin çubuğuna Şekil 2'deki gibi uzun bir metal cam takalım. 9. Bu bardaklardan birine damıtılmış su dökün ve yalıtımlı bir sapın üzerine monte edilmiş bir parafin topunu içine batırın (Şek. 13, a). Bu topu sudan çıkardığımızda elektroskopun yapraklarının dağılacağını göreceğiz (Şekil 13, b sağda). Topu sığ ya da çok derin suya batırmamıza ve sudan yavaş ya da hızlı çıkarmamıza bakılmaksızın deney başarılı olur. Bu, top ve sıvı temas ettiğinde yüklerin ayrıldığını ve sürtünmenin burada bir rol oynamadığını göstermektedir. Topu ikinci bardağa aktardıktan sonra (Şekil 13, soldaki b), ikinci elektroskopun yapraklarının birbirinden ayrıldığını göreceğiz, yani. top suyla temas ettiğinde elektrik yükü kazandı. Şimdi elektroskopları tel ile bağlayalım (Şekil 13,c); Her iki elektroskopun yaprakları düşer ve bu, suyun ve topun aldığı yüklerin büyüklük olarak eşit ve zıt işaretli olduğunu gösterir.
Pirinç. 13. Suyun ve içine batırılmış parafin topunun elektrifikasyonu
Yüklerin ayrılması ve elektriksel çift katmanın oluşumu, iki farklı cisim temas ettiğinde meydana gelir: dielektrikler veya iletkenler, katılar, sıvılar veya gazlar. Bu gerçeğin, galvanik hücrelerin hareketi de dahil olmak üzere bir dizi önemli olguyu açıklamak için ne kadar önemli olduğunu daha ileride göreceğiz (§ 76). Sürtünme yoluyla elektriklenme olayını anlatırken neden deneyler için her zaman yalnızca iyi dielektrikleri (amber, cam, ipek, ebonit vb.) aldık? Bunun nedeni dielektriklerde yükün geldiği yerde kalması ve cismin tüm yüzeyinden geçerek bu cisimle temas halinde olan diğer nesnelere geçememesidir. Bununla birlikte, sürtünen gövdelerden biri, yalıtkan bir sap üzerine monte edilmiş bir metal parçası olabilir. Bununla birlikte, birbirine sürtünen her iki cisim de metal olsaydı, bu cisimlerin her ikisi de yalıtılmış olsa bile, sürtünme yoluyla elektriklenme deneyimiz başarılı olmazdı. Bunun nedeni, pratikte vücutlarımızı tüm yüzey boyunca aynı anda birbirinden ayıramamamızdır. Kaçınılmaz pürüzlülükleri nedeniyle, ayrılma anında her zaman son temas noktaları olacaktır ve elektronlar metalin içinde serbestçe hareket ettiğinden, son anda tüm fazla elektronlar bu "köprülerden" metalin bir parçasından akacaktır. diğerine ve her ikisi de ücretlendirilmeyecek.
7.1. Kuru saçları plastik bir tarakla tararken neden saç tarağa "yapışıyor" (bazen hafif bir çatırtı sesi duyabilirsiniz ve karanlıkta saç ile tarak arasında küçük kıvılcımların sıçradığını görebilirsiniz)?
7.2. Sıcak kiremitli sobanın üzerine bir parça kağıt bastırın ve avuçlarınızla ovalayın. Levha fırının yüzeyine yapışacaktır. Yırtıldığında bir çatlama sesi duyulur ve karanlıkta kağıt ile fırın arasında kıvılcımlar görülür. Olayı açıklayın. Deney neden genellikle soğuk ve ısıtılmamış bir sobayla başarısız oluyor? § 2'de söylenenlere dikkat edin.