Elektrifisering av kropper, samhandling av ladninger

I denne artikkelen vil vi prøve å presentere en ganske generalisert idé om hva elektrifisering av kropper er, og vi vil også berøre loven om bevaring av elektrisk ladning.

Uansett om denne eller den elektriske energikilden fungerer for prinsippet, finner hver av dem elektrifisering av fysiske kropper sted, det vil si separasjonen av elektriske ladninger som er tilstede i kilden til elektrisk energi og deres konsentrasjon på visse steder, for eksempel, på elektrodene eller terminalene til kilden. Som et resultat av denne prosessen oppnås et overskudd av negative ladninger (elektroner) ved en terminal av kilden til elektrisk energi (katode), og mangel på elektroner ved den andre terminalen (anode), dvs. den første av dem er ladet med negativ elektrisitet, og den andre med positiv elektrisitet.

Etter oppdagelsen av elektronet, elementærpartikkelen med minimal ladning, etter at strukturen til atomet endelig ble forklart, ble de fleste fysiske fenomener knyttet til elektrisitet også forklarlige.

Den materielle substansen som utgjør legemene er generelt funnet å være elektrisk nøytral, siden molekylene og atomene som utgjør kroppen er nøytrale under normale forhold, og kroppene følgelig har ingen ladning. Men hvis en slik nøytral kropp gni mot en annen kropp, så vil noen av elektronene forlate atomene sine og gå fra en kropp til en annen. Lengden på banene som disse elektronene reiser under en slik bevegelse er ikke mer enn avstanden mellom naboatomer.

Men hvis kroppene etter friksjon skiller seg, beveger seg fra hverandre, vil begge kroppene bli ladet. Kroppen som elektronene har gått til vil bli negativt ladet, og den som donerte disse elektronene vil få en positiv ladning, vil bli positivt ladet. Dette er elektrifisering.

Anta at i en fysisk kropp, for eksempel i glass, var det mulig å fjerne noen av elektronene deres fra et betydelig antall atomer. Det betyr at glasset, som har mistet noen av elektronene sine, vil bli ladet med positiv elektrisitet, fordi i det har de positive ladningene fått en fordel fremfor de negative.

Elektronene som fjernes fra glasset kan ikke forsvinne og må settes et sted. Anta at etter at elektronene er fjernet fra glasset, plasseres de på en metallkule. Det er da åpenbart at metallkulen som mottar ekstra elektroner er ladet med negativ elektrisitet, siden negative ladninger i den blir prioritert fremfor positive.

Elektrifiser den fysiske kroppen - betyr å skape et overskudd eller mangel på elektroner i den, dvs. forstyrre balansen mellom to motsetninger i den, nemlig positive og negative ladninger.

Å elektrifisere to fysiske kropper samtidig og sammen med forskjellige elektriske ladninger - betyr å trekke elektroner fra en kropp og overføre dem til en annen kropp.

Hvis en positiv elektrisk ladning har dannet seg et sted i naturen, må en negativ ladning med samme absolutte verdi uunngåelig oppstå samtidig med den, siden ethvert overskudd av elektroner i en fysisk kropp oppstår på grunn av mangelen i en annen fysisk kropp.

De forskjellige elektriske ladningene fremstår i elektriske fenomener som alltid ledsagende motsetninger, hvis enhet og samhandling utgjør det indre innholdet av elektriske fenomener i stoffer.

Nøytrale legemer blir elektrifiserte når de gir eller mottar elektroner, i begge tilfeller får de en elektrisk ladning og slutter å være nøytrale. Her oppstår ikke de elektriske ladningene fra ingensteds, ladningene er bare separert, fordi elektronene allerede var i kroppene og ganske enkelt endret plassering, elektronene beveger seg fra et elektrifisert legeme til et annet elektrifisert legeme.

Tegnet på den elektriske ladningen som følge av friksjon av kropper avhenger av arten til disse legemene, av tilstanden til overflatene deres, og av en rekke andre årsaker. Det er derfor ikke utelukket at den samme fysiske kroppen i ett tilfelle er ladet med positiv og i et annet med negativ elektrisitet, for eksempel at metaller når de gnis mot glass og ull blir negativt elektrifisert, og når de gnis mot gummi – positivt.

Et passende spørsmål ville være: hvorfor strømmer ikke elektrisk ladning gjennom dielektrikum, men gjennom metaller? Poenget er at i dielektrikum er alle elektronene bundet til kjernene til atomene deres, de har bare ikke evnen til å bevege seg fritt i hele kroppen.

Men i metall er situasjonen annerledes. Elektronbindinger i metallatomer er mye svakere enn i dielektrikum, og noen elektroner forlater lett atomene sine og beveger seg fritt i hele kroppen, dette er de såkalte frie elektronene som gir ladningsoverføring i ledninger.

Separasjon av ladninger skjer både under friksjon av metalliske legemer og under friksjon av dielektriske stoffer. Men i demonstrasjoner brukes dielektrikum: ebonitt, rav, glass. Dette er ty til av den enkle grunn at siden ladningene ikke beveger seg gjennom volumet i dielektrikum, forblir de på de samme stedene på overflatene til kroppene de oppsto fra.

Og hvis ved friksjon, for eksempel, for pelsen, et metallstykke blir elektrifisert, vil ladningen, som bare har tid til å bevege seg til overflaten, øyeblikkelig renne ned på kroppen til eksperimentatoren, og en demonstrasjon, for eksempel, med dielektriske, vil ikke fungere. Men hvis et stykke metall er isolert fra hendene til eksperimentet, vil det forbli på metallet.

Hvis ladningen til kroppene bare frigjøres under elektrifiseringsprosessen, hvordan oppfører deres totale ladning seg? Enkle eksperimenter gir svar på dette spørsmålet. Ta et elektrometer med en metallskive festet til stangen, legg et stykke ullklut over disken, på størrelse med den disken. På toppen av vevsskiven legges en annen ledende skive, den samme som på elektrometerstangen, men utstyrt med et dielektrisk håndtak.

Holdende i håndtaket beveger eksperimentatoren den øvre disken flere ganger, gnir den mot vevsskiven som ligger på disken til elektrometerstangen, og flytter den deretter bort fra elektrometeret. Nålen på elektrometeret bøyer seg når platen fjernes og forblir i den posisjonen. Dette indikerer at det har utviklet seg en elektrisk ladning på ullstoffet og på skiven som er festet til elektrometerstangen.

Skiven med håndtaket bringes så i kontakt med det andre elektrometeret, men uten at skiven er festet til den, og nålen på den blir avbøyd med nesten samme vinkel som nålen til det første elektrometeret.

Eksperimentet viser at begge diskene under elektrifisering mottok ladninger av samme modul. Men hva er tegnene på disse anklagene? For å svare på dette spørsmålet er elektrometre forbundet med en ledning. Nålene på elektrometeret vil umiddelbart gå tilbake til nullposisjonen der de var før eksperimentet begynte. Ladningen ble nøytralisert, noe som betyr at ladningene på skivene var like store, men motsatte i fortegn, og ga totalt null, som før eksperimentet startet.

Lignende eksperimenter viser at under elektrifisering blir den totale ladningen av kropper bevart, det vil si at hvis den totale mengden var null før elektrifisering, så vil den totale mengden være null etter elektrifisering... Men hvorfor skjer dette? Gnir du en ibenholt pinne på en klut, vil den bli negativt ladet og kluten positivt ladet, og dette er en kjent sak. Et overskudd av elektroner dannes på ebonitt når det gnis på ull, og et tilsvarende underskudd på tøy.

Ladningene vil være like i modul, fordi hvor mange elektroner som har gått fra duken til ebonitten, ebonitten har fått en slik negativ ladning, og samme mengde positiv ladning har dannet seg på lerretet, fordi elektronene som har forlatt klut er den positive ladningen på kluten. Og overskuddet av elektroner på ebonitten er nøyaktig lik mangelen på elektroner på duken. Ladningene er motsatte i fortegn, men like store. Det er klart at full ladning bevares under elektrifisering; det er lik null totalt.

Dessuten, selv om ladningene på begge organene var fra null før elektrifisering, er den totale ladningen fortsatt den samme som før elektrifisering. Etter å ha angitt ladningene til kroppene før deres interaksjon som q1 og q2, og ladningene etter interaksjonen som q1' og q2', vil følgende likhet være sann:

q1 + q2 = q1 ' + q2'

Dette innebærer at for enhver interaksjon av kropper er den totale ladningen alltid bevart. Dette er en av de grunnleggende naturlovene, loven om bevaring av elektrisk ladning. Benjamin Franklin oppdaget det i 1750 og introduserte begrepene "positiv ladning" og "negativ ladning". Franklin og foreslo å indikere motsatte ladninger med «-» og «+»-tegn.

I elektronikk Kirchhoffs regler fordi strømmer følger direkte av loven om bevaring av elektrisk ladning. Kombinasjonen av ledninger og elektroniske komponenter er representert som et åpent system. Den totale tilstrømningen av ladninger til et gitt system er lik den totale utstrømmen av ladninger fra det systemet. Kirchhoffs regler forutsetter at et elektronisk system ikke kan endre den totale kostnaden vesentlig.

For rettferdighets skyld bemerker vi at den beste eksperimentelle testen av loven om bevaring av elektrisk ladning er søket etter slike henfall av elementærpartikler som ville være tillatt i tilfelle av ikke-streng bevaring av ladning. Slike forfall har aldri vært observert i praksis.

Andre måter å elektrifisere fysiske kropper på:

1. Hvis sinkplaten er nedsenket i en løsning av svovelsyre H2SO4, vil den delvis oppløses i den. Noen av atomene på sinkplaten, etterlater to av elektronene deres på sinkplaten, vil gå i løsning med en serie syrer i form av dobbeltladede positive sinkioner. Som et resultat vil sinkplaten bli ladet med negativ elektrisitet (overskudd av elektroner) og svovelsyreløsningen vil bli ladet med positiv (overskudd av positive sinkioner). Denne egenskapen brukes til å elektrifisere sink i svovelsyreløsning i en galvanisk celle som hovedprosessen for utseendet til elektrisk energi.

2. Hvis lysstråler faller på overflaten av metaller som sink, cesium og noen andre, frigjøres frie elektroner fra disse overflatene til miljøet. Som et resultat blir metallet ladet med positiv elektrisitet, og rommet rundt det lades med negativ elektrisitet. Emisjonen av elektroner fra opplyste overflater av visse metaller kalles den fotoelektriske effekten, som har funnet anvendelse i fotovoltaiske celler.

3. Hvis metalllegemet varmes opp til en tilstand av hvit varme, vil de frie elektronene fly fra overflaten til det omkringliggende rommet.Som et resultat vil metallet som har mistet elektroner bli ladet med positiv elektrisitet, og omgivelsene med negativ elektrisitet.

4. Hvis du lodder endene av to forskjellige ledninger, for eksempel vismut og kobber, og varmer opp forbindelsen deres, vil de frie elektronene delvis gå fra kobbertråden til vismuten. Som et resultat vil kobbertråden bli ladet med positiv elektrisitet, mens vismuttråden vil bli ladet med negativ elektrisitet. Fenomenet elektrifisering av to fysiske legemer når de absorberer termisk energi brukes i termoelementer.

Fenomenene knyttet til samspillet mellom elektrifiserte legemer kalles elektriske fenomener.

Samspillet mellom elektrifiserte kropper bestemmes av den såkalte Elektriske krefter som skiller seg fra krefter av annen natur ved at de får ladede kropper til å frastøte og tiltrekke hverandre, uavhengig av bevegelseshastigheten.

På denne måten skiller samspillet mellom ladede legemer seg for eksempel fra den gravitasjonsmessige, som bare er preget av tiltrekning av legemer, eller fra kreftene av magnetisk opprinnelse, som avhenger av den relative bevegelseshastigheten til ladninger, og forårsaker magnetisk fenomener.

Elektroteknikk studerer hovedsakelig lovene for den ytre manifestasjonen av egenskapene til elektrifiserte kropper - lovene til elektromagnetiske felt.

Vi håper at denne korte artikkelen har gitt deg en generell idé om hva elektrifisering av kropper er, og nå vet du hvordan du eksperimentelt kan verifisere loven om bevaring av elektrisk ladning ved å bruke et enkelt eksperiment.