Coulomb törvénye
Elektromágnesesség
Tevékenységek
Villamos energia dörzsöléssel. Az elektrópart
Az ókori görögök már tudták, hogy a gyapjúval dörzsölt borostyán megszerezte a fénytestek vonzásának tulajdonságát.
Mindannyian ismerjük a statikus elektromosság hatásait, még egyes emberek is érzékenyebbek a hatására, mint mások. Bizonyos autóhasználók érzik annak hatásait, amikor reteszelik a kulccsal (hegyes fémtárgy), vagy megérintik az autó lapját.
Statikus elektromosságot hozunk létre, amikor tollat dörzsölünk a ruhánkra. Ezután ellenőrizzük, hogy a toll vonzza-e a kis papírdarabokat. Ugyanez mondható el, amikor selyemmel vagy borostyánnal gyapjúval dörzsöljük az üveget.
A statikus elektromosság keletkezésének elmagyarázatához figyelembe kell vennünk, hogy az anyag töltött részecskék atomjaiból és atomjaiból áll, amely sejtmagot elektronfelhő veszi körül. Normális esetben az anyag semleges, ugyanannyi pozitív és negatív töltéssel rendelkezik.
Egyes atomok könnyebben veszíthetik elektronjaikat, mint mások. Ha egy anyag hajlamos elveszíteni elektronjainak egy részét, amikor érintkezésbe kerül egy másikkal, akkor azt mondják, hogy pozitívabb a triboelektromos sorozatban. Ha egy anyag hajlamos elektronokat elkapni, amikor érintkezésbe kerül egy másik anyaggal, akkor ez az anyag negatívabb a triboelektromos sorozatban.
Íme néhány példa a legpozitívabbtól a negatívabbig rendezett anyagokra:
Nyúlszőr, üveg, emberi haj, nejlon, gyapjú, selyem, papír, pamut, fa, borostyán, poliészter, poliuretán, vinil (PVC), teflon.
A selyemmel dörzsölt üveg a töltések szétválasztását okozza, mert mindkét anyag különböző pozíciókat foglal el a triboelektromos sorozatban, ugyanez mondható el a borostyánról és az üvegről. Amikor két nem vezető anyag érintkezik, az egyik anyag elektronokat képes megfogni a másik anyagból. A töltés nagysága az anyagok jellegétől (a triboelektromos sorozatban való elválasztásuktól) és az érintkezésbe kerülő felület területétől függ. Egy másik tényező a felületek állapota, legyenek azok simaak vagy érdesek (az érintkező felület kicsi). A felületeken található nedvesség vagy szennyeződések utat engednek a töltések rekombinációjához. A levegőben lévő szennyeződések ugyanolyan hatást gyakorolnak, mint a páratartalom.
Megfigyeltük, hogy a toll ruhával való dörzsölése papírdarabokat vonz. A tantermi tapasztalatok során különféle anyagokat dörzsölnek, üveg selyemmel, bőrrel stb. Elektromosabb gömbökkel mutatják be a kétféle töltést és kölcsönhatásukat.
Ezen kísérletek alapján arra a következtetésre jutottak, hogy:
- Az anyag kétféle elektromos töltést tartalmaz, amelyeket pozitívnak és negatívnak neveznek. A töltés nélküli objektumok azonos mennyiségűek az egyes típusú töltésekkel. Amikor egy test megdörzsöli, a töltés az egyik testből a másikba kerül, az egyik test többlet pozitív töltetet, a másik pedig negatív töltést kap. Bármely folyamatban, amely elszigetelt rendszerben történik, a teljes vagy a nettó terhelés nem változik.
- Az azonos előjelű díjakkal vádolt tárgyak taszítják.
- A különböző előjelű díjakkal terhelt tárgyak vonzanak.
Az elektrópart
Johannes Wilcke feltalálta az elektrofort, amelyet később Alessandro Volta tökéletesített. Ez az eszköz elterjedt az elektrosztatikus kísérleteket végző laboratóriumokban, mert könnyen használható töltésforrás volt.
- A töltés egy teflonból készült szigetelő felület dörzsölésével jön létre, amely nagyon jól teljesít, mivel kiváló szigetelő és könnyen tisztítható és karbantartható. A töltés jele függ a szigetelő felület jellegétől és a dörzsöléshez használt anyagtól. Feltételezzük, hogy negatív töltés oszlik meg a szigetelőanyag felületén.
- A vezetőben lévő töltést indukció generálja, a pozitív töltések a vezető szigetelőfelülethez legközelebb eső részében vonzódnak, a negatívakat pedig taszítják. Bár a vezető érintkezik a szigetelő felülettel, negatív töltés nem kerül át a vezetőre. Elvileg a vezető tetszőleges számú alkalommal terhelhető a rajzon bemutatott lépések megismétlésével.
- A vezető felső részét földdel érintkezésbe hozzák, ujjal megérintve vagy vezetékkel közvetlenül a földdel összekötve. A negatív töltéseket semlegesítik, míg a pozitív töltések a vezető alján maradnak.
- A vezető elmozdul a szigetelő felülettől, a pozitív töltés újraeloszlik a vezető felületén, amíg az egyensúly el nem ér.
- Végül a vezető érintkezésbe kerül az elektroszkóppal, amely jelzi a vezető töltését.
Ezen lépések megismétlése előtt ki kell üríteni a vezetőt és az elektroszkópot úgy, hogy érintkezésbe kerülnek a talajjal. Az eljárás megismételhető anélkül, hogy a szigetelő felületet újra meg kellene dörzsölni. Ennek oka az, hogy a súrlódási töltés a szigetelő felülethez van kötve, nem osztható fel újra a szigetelőben, és nem vihető át a vezetőre. A szigetelőben lévő álló töltés, a vezetőben levő töltések szabad mozgása és a töltések átadása, amikor érintkezik a talajjal, kombinációja az elektrofelöt egy iker töltőeszközzé teszi.