Elektrifikasi badan, interaksi cas

Dalam artikel ini, kami akan cuba membentangkan idea yang agak umum tentang apa itu elektrifikasi badan, dan kami juga akan menyentuh undang-undang pemuliharaan cas elektrik.

Tidak kira sama ada sumber tenaga elektrik ini atau itu berfungsi untuk prinsipnya, setiap daripada mereka elektrifikasi badan fizikal berlaku, iaitu, pemisahan cas elektrik yang terdapat dalam sumber tenaga elektrik dan kepekatannya di tempat tertentu, contohnya, pada elektrod atau terminal punca. Hasil daripada proses ini, lebihan cas negatif (elektron) diperoleh pada satu terminal sumber tenaga elektrik (katod), dan kekurangan elektron pada terminal lain (anod), i.e. yang pertama dicaj dengan elektrik negatif, dan yang kedua dengan elektrik positif.

Selepas penemuan elektron, zarah asas dengan cas minimum, selepas struktur atom akhirnya dijelaskan, kebanyakan fenomena fizikal yang berkaitan dengan elektrik juga menjadi boleh dijelaskan.

Bahan bahan yang membentuk jasad biasanya didapati neutral dari segi elektrik, kerana molekul dan atom yang membentuk badan adalah neutral dalam keadaan normal, dan badan itu tidak mempunyai cas. Tetapi jika jasad neutral seperti itu bergesel dengan jasad lain, maka beberapa elektron akan meninggalkan atomnya dan berpindah dari satu jasad ke jasad yang lain. Panjang laluan yang dilalui oleh elektron ini semasa pergerakan sedemikian adalah tidak lebih daripada jarak antara atom-atom jiran.

Walau bagaimanapun, jika selepas geseran badan berpisah, bergerak berasingan, maka kedua-dua jasad akan dikenakan bayaran. Badan yang dilalui elektron akan menjadi bercas negatif, dan yang mendermakan elektron ini akan memperoleh cas positif, akan menjadi bercas positif. Ini adalah elektrifikasi.

Katakan bahawa dalam sesetengah badan fizikal, contohnya dalam kaca, adalah mungkin untuk mengeluarkan beberapa elektron mereka daripada sejumlah besar atom. Ini bermakna bahawa kaca, yang telah kehilangan beberapa elektronnya, akan dicas dengan elektrik positif, kerana di dalamnya cas positif telah mendapat kelebihan berbanding yang negatif.

Elektron yang dikeluarkan dari kaca tidak boleh hilang dan mesti diletakkan di suatu tempat. Andaikan bahawa selepas elektron dikeluarkan dari kaca, ia diletakkan di atas bola logam. Maka jelaslah bahawa bola logam yang menerima elektron tambahan dicas dengan elektrik negatif, kerana di dalamnya cas negatif diberi keutamaan berbanding yang positif.

Elektrik badan fizikal — bermaksud untuk mencipta lebihan atau kekurangan elektron di dalamnya, i.e. mengganggu keseimbangan dua yang bertentangan di dalamnya, iaitu cas positif dan negatif.

Untuk mengelektrik dua jasad fizikal secara serentak dan bersama-sama dengan cas elektrik yang berbeza — bermaksud menarik balik elektron dari satu jasad dan memindahkannya ke jasad lain.

Jika cas elektrik positif telah terbentuk di suatu tempat di alam semula jadi, maka cas negatif dengan nilai mutlak yang sama pasti akan timbul serentak dengannya, kerana apa-apa lebihan elektron dalam mana-mana badan fizikal timbul kerana kekurangannya dalam beberapa badan fizikal lain.

Pelbagai cas elektrik muncul dalam fenomena elektrik sebagai selalu mengiringi bertentangan, yang kesatuan dan interaksinya membentuk kandungan dalaman fenomena elektrik dalam bahan.

Badan neutral menjadi elektrik apabila mereka memberi atau menerima elektron, dalam mana-mana keadaan mereka memperoleh cas elektrik dan berhenti menjadi neutral. Di sini cas elektrik tidak timbul entah dari mana, cas hanya dipisahkan, kerana elektron sudah berada di dalam badan dan hanya menukar lokasinya, elektron bergerak dari satu badan elektrik ke badan elektrik yang lain.

Tanda cas elektrik yang terhasil daripada geseran jasad bergantung pada sifat jasad ini, pada keadaan permukaannya, dan pada beberapa sebab lain. Oleh itu, kemungkinan tidak dikecualikan bahawa badan fizikal yang sama dalam satu kes dicas dengan positif dan dalam kes lain dengan elektrik negatif, sebagai contoh, logam apabila digosok dengan kaca dan bulu menjadi elektrik negatif, dan apabila digosok dengan getah - secara positif.

Soalan yang sesuai ialah: mengapa cas elektrik tidak mengalir melalui dielektrik tetapi melalui logam? Intinya ialah dalam dielektrik semua elektron terikat kepada nukleus atom mereka, mereka tidak mempunyai keupayaan untuk bergerak bebas ke seluruh badan.

Tetapi dalam logam keadaannya berbeza. Ikatan elektron dalam atom logam jauh lebih lemah daripada dielektrik, dan beberapa elektron dengan mudah meninggalkan atom mereka dan bergerak bebas ke seluruh badan, ini adalah elektron bebas yang dipanggil yang menyediakan pemindahan cas dalam wayar.

Pengasingan cas berlaku semasa geseran jasad logam dan semasa geseran dielektrik. Tetapi dalam demonstrasi, dielektrik digunakan: ebonit, ambar, kaca. Ini digunakan untuk alasan mudah bahawa oleh kerana cas tidak bergerak melalui isipadu dalam dielektrik, ia kekal di tempat yang sama pada permukaan badan dari mana ia timbul.

Dan jika melalui geseran, katakan, untuk bulu, sekeping logam menjadi elektrik, maka cas, yang hanya mempunyai masa untuk bergerak ke permukaannya, akan serta-merta mengalir ke badan penguji, dan demonstrasi, sebagai contoh, dengan dielektrik, tidak akan berfungsi. Tetapi jika sekeping logam diasingkan daripada tangan penguji, ia akan kekal pada logam.

Jika cas badan dilepaskan hanya dalam proses elektrifikasi, maka bagaimanakah jumlah casnya? Percubaan mudah memberikan jawapan kepada soalan ini. Mengambil elektrometer dengan cakera logam yang dipasang pada batangnya, letakkan sehelai kain bulu di atas cakera, saiz cakera itu. Di atas cakera tisu diletakkan cakera konduktif lain, sama seperti pada rod elektrometer, tetapi dilengkapi dengan pemegang dielektrik.

Sambil memegang pemegang, penguji menggerakkan cakera atas beberapa kali, menggosoknya pada cakera tisu tersebut yang terletak pada cakera rod elektrometer, kemudian mengalihkannya dari elektrometer. Jarum elektrometer membelok apabila cakera dikeluarkan dan kekal dalam kedudukan itu. Ini menunjukkan bahawa cas elektrik telah berkembang pada fabrik bulu dan pada cakera yang dipasang pada rod elektrometer.

Cakera dengan pemegang kemudiannya disentuh dengan elektrometer kedua, tetapi tanpa cakera yang dipasang padanya, dan jarumnya diperhatikan terpesong dengan sudut yang hampir sama dengan jarum elektrometer pertama.

Percubaan menunjukkan bahawa kedua-dua cakera semasa elektrifikasi menerima caj modul yang sama. Tetapi apakah tanda-tanda tuduhan ini? Untuk menjawab soalan ini, elektrometer disambungkan dengan wayar. Jarum elektrometer akan segera kembali ke kedudukan sifar setiap satu sebelum eksperimen bermula. Caj telah dineutralkan, bermakna caj pada cakera adalah sama magnitud tetapi bertentangan dalam tanda, dan secara keseluruhan memberikan sifar, seperti sebelum percubaan bermula.

Eksperimen yang sama menunjukkan bahawa semasa pengelektrikan, jumlah cas badan dipelihara, iaitu, jika jumlah keseluruhan adalah sifar sebelum pengelektrikan, maka jumlah keseluruhan akan menjadi sifar selepas pengelektrikan... Tetapi mengapa ini berlaku? Jika anda menggosok kayu eboni pada kain, ia akan menjadi bercas negatif dan kain bercas positif, dan ini adalah fakta yang diketahui umum. Lebihan elektron terbentuk pada ebonit apabila disapu pada bulu, dan defisit yang sepadan pada kain.

Caj akan sama dalam modulus, kerana berapa banyak elektron yang telah berpindah dari kain ke ebonit, ebonit telah menerima cas negatif sedemikian, dan jumlah cas positif yang sama telah terbentuk di atas kanvas, kerana elektron yang telah meninggalkan kain ialah cas positif pada kain. Dan lebihan elektron pada ebonit adalah sama dengan kekurangan elektron pada kain. Caj adalah bertentangan dalam tanda tetapi sama dengan magnitud. Jelas sekali, cas penuh terpelihara semasa elektrifikasi; ia adalah sama dengan sifar secara keseluruhan.

Lebih-lebih lagi, walaupun caj pada kedua-dua badan adalah bukan sifar sebelum bekalan elektrik, jumlah caj masih sama seperti sebelum bekalan elektrik. Setelah menandakan caj badan sebelum interaksinya sebagai q1 dan q2, dan caj selepas interaksi sebagai q1' dan q2', maka kesamaan berikut akan menjadi benar:

q1 + q2 = q1 ' + q2'

Ini menunjukkan bahawa untuk sebarang interaksi badan, jumlah cas sentiasa dipelihara. Ini adalah salah satu undang-undang asas alam, undang-undang pemuliharaan cas elektrik. Benjamin Franklin menemuinya pada tahun 1750 dan memperkenalkan konsep "cas positif" dan "cas negatif". Franklin dan dicadangkan untuk menunjukkan pertuduhan yang bertentangan dengan tanda «-» dan «+».

Dalam elektronik peraturan Kirchhoff kerana arus mengikut terus daripada undang-undang pemuliharaan cas elektrik. Gabungan wayar dan komponen elektronik diwakili sebagai sistem terbuka. Jumlah aliran masuk caj ke dalam sistem tertentu adalah sama dengan jumlah aliran keluar caj daripada sistem itu. Peraturan Kirchhoff menganggap bahawa sistem elektronik tidak boleh mengubah jumlah casnya dengan ketara.

Secara saksama, kami ambil perhatian bahawa ujian percubaan terbaik bagi undang-undang pemuliharaan cas elektrik ialah mencari pereputan zarah asas yang akan dibenarkan dalam kes pemuliharaan cas yang tidak ketat. Pereputan sedemikian tidak pernah diperhatikan dalam amalan.

Cara lain untuk membekalkan badan fizikal:

1. Jika plat zink direndam dalam larutan asid sulfurik H2SO4, maka ia akan larut sebahagiannya di dalamnya. Sebahagian daripada atom pada plat zink, meninggalkan dua elektronnya pada plat zink, akan masuk ke dalam larutan dengan siri asid dalam bentuk ion zink positif bercas dua kali. Akibatnya, plat zink akan dicas dengan elektrik negatif (lebihan elektron) dan larutan asid sulfurik akan dicas dengan positif (lebihan ion zink positif). Sifat ini digunakan untuk mengelektrikkan zink dalam larutan asid sulfurik dalam sel galvanik sebagai proses utama penampilan tenaga elektrik.

2. Jika sinar cahaya jatuh pada permukaan logam seperti zink, cesium dan beberapa yang lain, maka elektron bebas dibebaskan dari permukaan ini ke persekitaran. Akibatnya, logam itu dicas dengan elektrik positif, dan ruang di sekelilingnya dicas dengan elektrik negatif. Pembebasan elektron dari permukaan bercahaya logam tertentu dipanggil kesan fotoelektrik, yang telah menemui aplikasi dalam sel fotovoltaik.

3. Jika jasad logam dipanaskan kepada keadaan haba putih, maka elektron bebas akan terbang dari permukaannya ke ruang sekeliling.Akibatnya, logam yang telah kehilangan elektron akan dicas dengan elektrik positif, dan persekitaran dengan elektrik negatif.

4. Jika anda memateri hujung dua wayar yang berbeza, contohnya, bismut dan kuprum, dan memanaskan simpangnya, maka elektron bebas sebahagiannya akan berpindah dari wayar kuprum ke bismut. Akibatnya, wayar kuprum akan dicas dengan elektrik positif, manakala wayar bismut akan dicas dengan elektrik negatif. Fenomena elektrifikasi dua badan fizikal apabila mereka menyerap tenaga haba digunakan dalam termokopel.

Fenomena yang berkaitan dengan interaksi badan elektrik dipanggil fenomena elektrik.

Interaksi antara badan elektrik ditentukan oleh apa yang dipanggil Daya elektrik yang berbeza daripada daya sifat lain kerana ia menyebabkan jasad bercas menolak dan menarik antara satu sama lain, tanpa mengira kelajuan pergerakannya.

Dengan cara ini, interaksi antara jasad bercas berbeza, contohnya, dari graviti, yang hanya dicirikan oleh tarikan jasad, atau dari daya asal magnet, yang bergantung pada kelajuan relatif pergerakan cas, menyebabkan magnet. fenomena.

Kejuruteraan elektrik terutamanya mengkaji undang-undang manifestasi luaran sifat badan elektrik - undang-undang medan elektromagnet.

Kami berharap artikel pendek ini telah memberi anda gambaran umum tentang apa itu elektrifikasi badan, dan kini anda tahu bagaimana untuk mengesahkan secara eksperimen undang-undang pemuliharaan cas elektrik menggunakan eksperimen mudah.