Elektrificering af kroppe, interaktion af ladninger

I denne artikel vil vi forsøge at præsentere en ret generaliseret idé om, hvad elektrificering af kroppe er, og vi vil også berøre loven om bevarelse af elektrisk ladning.

Uanset om denne eller den anden kilde til elektrisk energi fungerer efter princippet, finder hver af dem elektrificering af fysiske legemer sted, det vil sige adskillelse af elektriske ladninger til stede i kilden til elektrisk energi og deres koncentration på bestemte steder, f.eks. på kildens elektroder eller terminaler. Som et resultat af denne proces opnås et overskud af negative ladninger (elektroner) ved den ene terminal af kilden til elektrisk energi (katode), og en mangel på elektroner ved den anden terminal (anode), dvs. den første af dem er ladet med negativ elektricitet, og den anden med positiv elektricitet.

Efter opdagelsen af ​​elektronen, elementarpartiklen med minimal ladning, efter at atomets struktur endelig blev forklaret, blev de fleste fysiske fænomener relateret til elektricitet også forklarlige.

Det materielle stof, der udgør legemerne, er generelt fundet at være elektrisk neutralt, da de molekyler og atomer, der udgør legemet, er neutrale under normale forhold, og legemerne har derfor ingen ladning. Men hvis sådan et neutralt legeme gnider mod et andet legeme, så vil nogle af elektronerne forlade deres atomer og gå fra et legeme til et andet. Længden af ​​de stier, som disse elektroner rejser under en sådan bevægelse, er ikke mere end afstanden mellem naboatomer.

Men hvis kroppene efter friktion adskilles, bevæger sig fra hinanden, vil begge legemer blive opladet. Det legeme, som elektronerne har passeret til, bliver negativt ladet, og den, der donerede disse elektroner, vil få en positiv ladning, vil blive positivt ladet. Dette er elektrificering.

Antag, at det i en fysisk krop, for eksempel i glas, var muligt at fjerne nogle af deres elektroner fra et betydeligt antal atomer. Det betyder, at glasset, som har mistet nogle af sine elektroner, bliver ladet med positiv elektricitet, fordi de positive ladninger i det har fået en fordel frem for de negative.

Elektronerne fjernet fra glasset kan ikke forsvinde og skal placeres et sted. Antag, at efter at elektronerne er fjernet fra glasset, placeres de på en metalkugle. Det er da indlysende, at metalkuglen, der modtager yderligere elektroner, er ladet med negativ elektricitet, da negative ladninger i den prioriteres frem for positive.

Elektrificere den fysiske krop - betyder at skabe et overskud eller mangel på elektroner i det, dvs. forstyrre balancen mellem to modsætninger i den, nemlig positive og negative ladninger.

At elektrificere to fysiske legemer samtidigt og sammen med forskellige elektriske ladninger - betyder at trække elektroner fra en krop og overføre dem til en anden krop.

Hvis en positiv elektrisk ladning er dannet et sted i naturen, så må en negativ ladning af samme absolutte værdi uundgåeligt opstå samtidig med den, da ethvert overskud af elektroner i et fysisk legeme opstår på grund af deres mangel i et andet fysisk legeme.

De forskellige elektriske ladninger optræder i elektriske fænomener som uvægerligt ledsagende modsætninger, hvis enhed og vekselvirkning udgør det indre indhold af elektriske fænomener i stoffer.

Neutrale legemer bliver elektrificerede, når de giver eller modtager elektroner, i begge tilfælde får de en elektrisk ladning og holder op med at være neutrale. Her opstår de elektriske ladninger ikke fra ingenting, ladningerne er kun adskilt, fordi elektronerne allerede var i kroppene og blot ændrede deres placering, elektronerne bevæger sig fra et elektrificeret legeme til et andet elektrificeret legeme.

Tegnet på den elektriske ladning som følge af legemers friktion afhænger af disse legemers beskaffenhed, af deres overfladers tilstand og af en række andre årsager. Det er derfor ikke udelukket, at det samme fysiske legeme i et tilfælde er ladet med positiv og i et andet med negativ elektricitet, f.eks. bliver metaller, når de gnides mod glas og uld, negativt elektrificerede, og når de gnides mod gummi - positivt.

Et passende spørgsmål ville være: hvorfor strømmer elektrisk ladning ikke gennem dielektrikum, men gennem metaller? Pointen er, at i dielektrika er alle elektronerne bundet til kernerne i deres atomer, de har bare ikke evnen til at bevæge sig frit i hele kroppen.

Men i metaller er situationen anderledes. Elektronbindinger i metalatomer er meget svagere end i dielektrika, og nogle elektroner forlader nemt deres atomer og bevæger sig frit i hele kroppen, det er de såkaldte frie elektroner, der sørger for ladningsoverførsel i ledninger.

Adskillelse af ladninger forekommer både under friktion af metalliske legemer og under friktion af dielektriske stoffer. Men i demonstrationer bruges dielektrikum: ebonit, rav, glas. Dette er ty til af den simple grund, at da ladningerne ikke bevæger sig gennem volumen i dielektrikum, forbliver de på de samme steder på overfladerne af de legemer, hvorfra de er opstået.

Og hvis et stykke metal ved friktion, f.eks. for pelsen, bliver elektrificeret, så vil ladningen, som kun når at bevæge sig til overfladen, øjeblikkeligt løbe ned på forsøgslederens krop, og en demonstration f.eks. dielektriske, vil ikke virke. Men hvis et stykke metal er isoleret fra forsøgslederens hænder, vil det forblive på metallet.

Hvis ladningen af ​​kroppene kun frigives under elektrificeringsprocessen, hvordan opfører deres samlede ladning sig så? Simple eksperimenter giver et svar på dette spørgsmål. Tag et elektrometer med en metalskive fastgjort til stangen og læg et stykke uldent stof over skiven, på størrelse med den skive. Oven på vævsskiven placeres en anden ledende skive, den samme som på elektrometerstangen, men udstyret med et dielektrisk håndtag.

Holdende i håndtaget flytter eksperimentatoren den øvre skive flere gange, gnider den mod vævsskiven, der ligger på elektrometerstangens skive, og flytter den derefter væk fra elektrometeret. Elektrometerets nål afbøjes, når disken fjernes, og forbliver i denne position. Dette indikerer, at der er udviklet en elektrisk ladning på uldstoffet og på skiven, der er fastgjort til elektrometerstangen.

Skiven med håndtaget bringes derefter i kontakt med det andet elektrometer, men uden at skiven er fastgjort til den, og dens nål observeres at være afbøjet i næsten samme vinkel som nålen på det første elektrometer.

Forsøget viser, at begge diske under elektrificering modtog ladninger af det samme modul. Men hvad er tegnene på disse anklager? For at besvare dette spørgsmål er elektrometre forbundet med en ledning. Elektrometerets nåle vil straks vende tilbage til nul-positionen, som de var i, før eksperimentet begyndte. Ladningen blev neutraliseret, hvilket betyder, at ladningerne på skiverne var lige store, men modsatte i fortegn, og samlet set gav nul, som før eksperimentet begyndte.

Lignende eksperimenter viser, at under elektrificering bevares den samlede ladning af legemer, det vil sige, hvis den samlede mængde var nul før elektrificering, så vil den samlede mængde være nul efter elektrificering... Men hvorfor sker det? Hvis man gnider en ibenholtspind på en klud, bliver den negativt ladet og kluden positivt ladet, og det er en velkendt sag. Et overskud af elektroner dannes på ebonit, når det gnides på uld, og et tilsvarende underskud på klædet.

Ladningerne vil være ens i modul, fordi hvor mange elektroner der er gået fra klædet til ebonitten, ebonitten har fået sådan en negativ ladning, og den samme mængde positiv ladning er dannet på lærredet, fordi de elektroner, der har forladt klud er den positive ladning på kluden. Og overskuddet af elektroner på ebonitten er nøjagtigt lig med manglen på elektroner på klædet. Ladningerne er modsatte i fortegn, men lige store. Det er klart, at fuld ladning bevares under elektrificering; det er lig med nul i alt.

Desuden er den samlede ladning stadig den samme som før elektrificering, selvom ladningerne på begge organer ikke var nul før elektrificering. Efter at have angivet ladningerne af legemerne før deres interaktion som q1 og q2, og ladningerne efter interaktionen som q1' og q2', så vil følgende lighed være sand:

q1 + q2 = q1 ' + q2'

Dette indebærer, at den samlede ladning altid bevares for enhver interaktion mellem legemer. Dette er en af ​​de grundlæggende naturlove, loven om bevarelse af elektrisk ladning. Benjamin Franklin opdagede det i 1750 og introducerede begreberne "positiv ladning" og "negativ ladning". Franklin og foreslog at angive modsatte ladninger med «-» og «+»-tegn.

I elektronik Kirchhoffs regler fordi strømme følger direkte af loven om bevarelse af elektrisk ladning. Kombinationen af ​​ledninger og elektroniske komponenter er repræsenteret som et åbent system. Den samlede indstrømning af afgifter til et givet system er lig med den samlede udstrømning af afgifter fra dette system. Kirchhoffs regler forudsætter, at et elektronisk system ikke kan ændre sin samlede afgift væsentligt.

Retfærdigvis bemærker vi, at den bedste eksperimentelle test af loven om bevarelse af elektrisk ladning er søgen efter sådanne henfald af elementarpartikler, som ville være tilladt i tilfælde af ikke-streng bevarelse af ladning. Sådanne henfald er aldrig blevet observeret i praksis.

Andre måder at elektrificere fysiske kroppe på:

1. Hvis zinkpladen er nedsænket i en opløsning af svovlsyre H2SO4, vil den delvist opløses i den. Nogle af atomerne på zinkpladen, efterlader to af deres elektroner på zinkpladen, vil gå i opløsning med en række syrer i form af dobbeltladede positive zinkioner. Som et resultat vil zinkpladen blive ladet med negativ elektricitet (overskud af elektroner), og svovlsyreopløsningen vil blive ladet med positiv (overskud af positive zinkioner). Denne egenskab bruges til at elektrificere zink i svovlsyreopløsning i en galvanisk celle som hovedprocessen for udseendet af elektrisk energi.

2. Hvis lysstråler falder på overfladen af ​​metaller som zink, cæsium og nogle andre, så frigives frie elektroner fra disse overflader til miljøet. Som et resultat lades metallet med positiv elektricitet, og rummet omkring det lades med negativ elektricitet. Emissionen af ​​elektroner fra oplyste overflader af visse metaller kaldes den fotoelektriske effekt, som har fundet anvendelse i fotovoltaiske celler.

3. Hvis metallegemet opvarmes til en tilstand af hvid varme, så vil de frie elektroner flyve fra dets overflade ind i det omgivende rum.Som følge heraf vil det metal, der har mistet elektroner, blive ladet med positiv elektricitet, og omgivelserne med negativ elektricitet.

4. Hvis du lodder enderne af to forskellige ledninger, for eksempel bismuth og kobber, og opvarmer deres forbindelse, så vil de frie elektroner delvist passere fra kobbertråden til bismuten. Som følge heraf vil kobbertråden blive ladet med positiv elektricitet, mens vismuttråden vil blive ladet med negativ elektricitet. Fænomenet elektrificering af to fysiske legemer, når de absorberer termisk energi bruges i termoelementer.

De fænomener, der er forbundet med samspillet mellem elektrificerede legemer, kaldes elektriske fænomener.

Samspillet mellem elektrificerede organer bestemmes af den såkaldte Elektriske kræfter, der adskiller sig fra kræfter af anden art ved, at de får ladede legemer til at frastøde og tiltrække hinanden, uanset hastigheden af ​​deres bevægelse.

På denne måde adskiller vekselvirkningen mellem ladede legemer sig f.eks. fra den gravitationelle, som kun er karakteriseret ved tiltrækning af legemer, eller fra kræfterne af magnetisk oprindelse, som afhænger af ladningers relative bevægelseshastighed, hvilket forårsager magnetiske fænomener.

Elektroteknik studerer hovedsageligt lovene for den ydre manifestation af egenskaberne ved elektrificerede legemer - lovene for elektromagnetiske felter.

Vi håber, at denne korte artikel har givet dig en generel idé om, hvad elektrificering af kroppe er, og nu ved du, hvordan du eksperimentelt verificerer loven om bevarelse af elektrisk ladning ved hjælp af et simpelt eksperiment.