بار الکتریکی
بارهای الکتریکی
اتم از دو قسمت الکترون و هسته تشکیل شده است. هسته از دو قس
مت پروتون و نوترون تشکیل شده است. بار الکتریکی الکترون منفی و بار الکتریکی پروتون مثبت و نوترون بدون بار است.
در حالت عادی اتم از لحاظ بار الکتریکی خنثی است. با تغییر تعداد الکترون بار اتم مثبت یا منفی می شود. اگر اتم الکترون بگیرد چون تعداد الکترون ها زیاد شده است لذا با الکتریکی اتم منفی می شود و با کاهش تعداد الکترون ها چون تعداد الکترون ها کاهش می یابد بار الکتریکی اتم مثبت می شود.
بارهای الکتریکی همنام یکدیگر را می رانند، بارهای الکتریکی غیر همنام یکدیگر را جذب می کنند. در واقع نیروی بین بارهای الکتریکی همنام رانشی (دافعه) و نیروی بین بارهای الکتریکی غیر همنام ربایشی (جاذبه) است.
اگر یک روز خشک و آفتابی روی قالی راه بروید، به محض این که دستتان با دستگیره فلزی
تماس پیدا میکند، جرقه ایجاد میشود. و یا هنگام باریدن باران ، آذرخش و رعد و برق را بارها
ملاحظه کردهایم. تمام این موارد حاکی از این است که مقدار زیادی بار الکترونی در اجسام
پیرامون ما و حتی در بدن ما ذخیره شده است.
تاریخچه انتخاب نامهای مثبت و منفی
انتخاب نامهای مثبت و منفی برای بارهای الکتریکی مربوط به بنجامین فرانکلین (Benjamin
Franklin) است. او علاوه بر کارهای بزرگی که انجام داد، دانشمندی با شهرت بین المللی بود.
فرانکلین واژههای بار و باتری را وارد فرهنگ الکتریسیته کرد.
تعریف بار الکتریکی بنیادی :
هلمهولتز (1894-1821) فیزیکدان و فیزیولوژیست آلمانی که به استنباط فارادی دست یافت، چنین نتیجه
گرفت که باری برابر 1.60x10-19C مینیمم الکتریسیته موجود در طبیعت است و این مینیمم بار به عنوان
بار الکتریکی بنیادی شناخته شده است.
اندازه بار الكتريكي يك الكترون( يا يك پروتون) به عنوان يكاي طبيعي بار الكتريكي يعني كوچكترين بار
الكتريكي موجود در ماده در نظر گرفته مي شود و مقدار آن برابر است با:
به اين ترتيب هر بار الكتريكي( مثل q) مضرب صحيحي از اين بار پايه خواهد بود يعني:
n يك عدد صحيح و مثبت است.
س: از رابطه q=n e چه نتيجه اساسي در فيزيك حاصل مي شود؟
ج: اين رابطه نشان مي دهد بار الكتريكي نيز مانند ماده ساختمان دانه اي دارد. يعني همانطور كه ماده
از ذرات ريزي بنام اتم درست شده است، بار الكتريكي نيز از ذراتي بنام الكترون(يا پروتون) تشكيل يافته
است.
يكاي بار الكتريكي در سيستم SI
يكاي بار الكتريكي در SI كولن است كه با حرف C نشان مي دهند.
قانون بقاي بار الكتريكي
يك توپ را با ميله پلاستيكي و ديگر را ميله شيشهاي باردار كنيد سپس آنها را به همبچسبانيد. گاهي دوبار ناپديد ميشوند و همديگر را از بين ميبرند. براي بيان اين مسالهميتوان از يك قانون رياضي مبني بر اينكه اگر حاصل جمع دو كميت صفر شود، يكي از آندو مثبت و ديگري منفي است، استفاده نمود. طبق قرارداد به ميله پلاستيكي را بارمنفي و ميله شيشهاي را بار مثبت نسبت دادهاند.
بيان ساده اي از قانون بقاي بار
وقتي كه يك ميله پلاستيكي را با خز مالش ميدهيم، ميله بار منفي و خز بار مثبت پيداميكند. آزمايش را با دو جسم خنثي شروع ميكنيم، يعني مجموع بار آن دو برابر صفراست. بعد از مالش دادن ، يكي بار مثبت و ديگري بار منفي مييابد كه باز هم بار كلبرابر صفر ميشود. همچنين وقتي ميلهاي بار مثبت بيابد، بار جسم پلاستيكي كه ميلهشيشهاي را با آن مالش ميدهيم منفي ميشود.
هيچ كس نمي تواند يكي از اين دو بار را خلق كند، بدون آنكه همزمان ديگري را نيز توليدكرده باشد در يك چنين فرايندي مقدار كل بار تغيير نميكند. اين مطلب بيانگر قانون بقايبار الكتريكي است. اين قانون همانند قوانين پايستگي جرم و انرژي ، اندازه حركت خطي، اندازه حركت زاويه اي و ... در فيزيك يك قانون بنيادي است.
قانون بقاي بار الكتريكي در اتم
همه اجسام داراي ذراتي با بار الكتريكي مثبت و منفي هستند. اين ذرات همان اتمهاييهستند كه جهان مادي را ميسازند. ابعاد اين اتمها از مرتبه آنگستروم است. چندينميليون از اين اتمها ، در كنار هم ، چيزي در حدود يك نقطه نمايان ميشوند. هر اتم ازلحاظ بار الكتريكي خنثي است، زيرا به تعداد مساوي بار مثبت و منفي دارد. بار مثبت اتمو تقريبا تمامي جرم آن ، در مركز آن ، يعني در هسته متمركز شده است. ابعاد هسته دههزار برابر كوچكتر از ابعاد كل اتم است. هسته يك خوشه محكم به هم چسبيده متشكلاز دو نوع ذره پروتونها و نوترونهاست.
تراكم جرم در اين ذرات غير قابل تصور است. يك تفاوت مهم بين پروتونها و نوترونها ايناست كه پروتونها داراي بار الكتريكي مثبت بوده ولي نوترونها از نظر بار الكتريكي خنثيهستند. تعداد پروتونها هسته ، عنصر شيميايي را كه هسته به آن تعلق دارد، مشخصميكند، با اين حال قسمت اعظم فضاي اتم خالي است، در ناحيه اطراف هسته تعداديذره با بار الكتريكي منفي به نام الكترون وجود دارد. جرم الكترون كم است، اما بار آنمنفي و مقدارش برابر مقدار بار روي پروتون است. از اينرو در يك اتم خنثي تعداد الكترونهادر فضاي اطراف هسته درست برابر تعداد پروتونها در داخل هسته است. الكترونها توسطنيروي جاذبه الكتريكي در نزديكي هسته به آن مقيد ميشوند.
مبادله بار و قانون بقاي بار الكتريكي
گاهي يك تماس ساده ميان اجسام ممكن است باعث شود كه تعدادي الكترون از يكجسم به جسم ديگر منتقل شود. وقتي ميله پلاستيكي با خز مالش داده ميشود،برخي الكترونها از خز به ميله پلاستيكي منتقل ميشوند. ممكن است تعداد الكترونهاييكه به ميله پلاستيكي منتقل ميشوند، در حدود
( 9 ^ 10 ) باشد كه ظاهرا زياد است. تعداد كل الكترونهاي موجود در ميله پلاستيكي درحدود 24 ^ 10 است.
در فلزات بستگي الكترونها به هسته ضعيف است و الكترونها ميتوانند آزادانه در داخلماده حركت كنند. چون بار به راحتي در داخل ميله فلزي به هم وصل نماييم، هر دو كرهخنثي ميشوند. ماده اي كه بار الكتريكي را از خود عبور ميدهد رسانا ناميده ميشود.در جامدات ، فقط الكترونها ميتوانند حركت كنند. اما محلول الكتروليت ، آب شور يا گازداخل لامپ فلوئورسانس رساناهاي بسيار خوبي هستند. زيرا حاملين بار مثبت و منفيهردو تحت تاثير نيروي الكتريكي ميتوانند آزادانه حركت كنند. در تمام فرايندهاي مبادلهبار و انتقالات اخير قانون بقاي بار الكتركي به دقت ملاحظه ميشود. به عبارتي نحوهمبادله بار به توسط قانون بقاي بار صورت ميگيرد. در واكنشهاي شيميايي اين قانونهمانند قانون بقاي جرم ظاهر مي شود و واكنش را از نظر الكتريكي مجاز مي داند كه درطرفين واكنش مجموع بارهاي الكتريكي برابر باشند.
منبع : دانشنامه رشد
