بار قطبیده: وقتی بارها از هم جدا می‌شوند
بار الکتریکی و اساس قطبش
همه‌ی مواد از ذرات ریزی به نام اتم ساخته شده‌اند. در مرکز هر اتم، هسته‌ی با بار مثبت وجود دارد و الکترون‌ها با بار منفی به دور آن می‌چرخند. در حالت عادی، تعداد بارهای مثبت و منفی برابر است و اتم از نظر الکتریکی خنثی است. اما اگر اتمی یک یا چند الکترون از دست بدهد، بار مثبت بیشتری پیدا می‌کند و به یون مثبت تبدیل می‌شود. برعکس، اگر اتمی الکترون بگیرد، بار منفی آن غالب شده و به یون منفی تبدیل می‌گردد.
بار قطبیده به شرایطی گفته می‌شود که در یک جسم (حتی بدون اینکه بار کلی آن تغییر کند)، بارهای مثبت و منفی در قسمت‌های مختلف آن از هم جدا می‌شوند. این جداسازی می‌تواند موقت یا دائمی باشد. برای درک بهتر، مالش یک بادکنک به موی سر را تصور کنید. با این کار، الکترون‌ها از موی سر به بادکنک منتقل می‌شوند و بادکنک بار منفی و موها بار مثبت پیدا می‌کنند. این یک نمونه از ایجاد بار است. اما در قطبش، چنین انتقالی رخ نمی‌دهد، بلکه بارها فقط در داخل جسم جابه‌جا می‌شوند.
انواع مواد از نظر رفتار الکتریکی
واکنش مواد مختلف در برابر میدان الکتریکی و پدیده‌ی قطبش، متفاوت است. این مواد را می‌توان به سه دسته‌ی اصلی تقسیم کرد:
| نوع ماده | رفتار در برابر میدان الکتریکی | مکانیسم قطبش | مثال |
|---|---|---|---|
| هادی۴ | بار به راحتی در سراسر ماده جریان می‌یابد. | جابه‌جایی آزاد الکترون‌ها؛ قطبش در سطح خارجی رخ می‌دهد. | مس، طلا، آهن |
| عایق۵ | بار نمی‌تواند آزادانه حرکت کند. | قطبش اتمی یا مولکولی؛ بارها در جای خود کشیده یا چرخیده می‌شوند. | پلاستیک، شیشه، چوب خشک |
| نیمه‌هادی۶ | مقاومت الکتریکی بین هادی و عایق دارد. | قطبش پیچیده‌تر؛ وابسته به دما، نور و ناخالصی. | سیلیسیم، ژرمانیم |
چگونه یک ماده قطبیده می‌شود؟
چند روش متداول برای ایجاد قطبش در مواد وجود دارد که دو مورد از ساده‌ترین آن‌ها عبارتند از:
۱. القاء الکتریکی (قطبش مجاورتی): فرض کنید یک میله‌ی پلاستیکی با بار منفی را به یک تکه کاغذ خنثی (بدون بار) نزدیک می‌کنیم. بارهای منفی روی میله، بارهای مثبت داخل کاغذ را به سمت خود جذب و بارهای منفی کاغذ را دفع می‌کنند. در نتیجه، در سطح نزدیک به میله، کاغذ بار مثبت و در سطح دور از آن، بار منفی بیشتری خواهد داشت. کاغذ قطبیده شده است. این تغییر مکان بارها موقتی است و با دور کردن میله، کاغذ دوباره به حالت خنثی برمی‌گردد.
۲. مالش (اصطکاک): وقتی دو ماده‌ی مختلف مانند شیشه و ابریشم را به هم مالش می‌دهیم، الکترون‌ها از سطح یکی به سطح دیگری منتقل می‌شوند. این کار باعث می‌شود یکی بار مثبت و دیگری بار منفی پیدا کند. در این حالت، هر دو جسم به طور کلی باردار شده‌اند، اما اگر به یک جسم عایق باردار نگاه کنیم، خود آن جسم نیز به صورت داخلی می‌تواند حالت قطبیده داشته باشد.
بار قطبیده در خدمت فناوری
شاید ندانید، اما پدیده‌ی قطبش بار پایه‌ی کار بسیاری از وسایل الکترونیکی است که روزانه از آن‌ها استفاده می‌کنیم.
خازن۸: خازن یکی از پرکاربردترین قطعات الکترونیکی است که انرژی را در میدان الکتریکی بین دو صفحه‌ی هادی که توسط یک عایق از هم جدا شده‌اند، ذخیره می‌کند. وقتی به خازن ولتاژ اعمال می‌شود، بارهای مثبت روی یک صفحه و بارهای منفی روی صفحه‌ی دیگر جمع می‌شوند. در واقع، بین صفحات خازن یک حالت قطبش شدید ایجاد می‌شود. این بارهای ذخیره شده سپس می‌توانند در زمان نیاز آزاد شوند و برای مثال، باعث روشن شدن یک چراغ قوه برای مدت کوتاهی گردند.
میکروفون‌های خازنی: در این میکروفون‌ها، یک صفحه‌ی نازک و انعطاف‌پذیر به عنوان دیافراگم عمل می‌کند و در فاصله‌ی بسیار کمی از یک صفحه‌ی ثابت قرار دارد. این دو صفحه فرم الف خازن را تشکیل می‌دهند. وقتی امواج صوتی به دیافراگم برخورد می‌کنند، آن را مرتعش ساخته و فاصله‌ی بین صفحات را تغییر می‌دهند. این تغییر فاصله، باعث تغییر ظرفیت خازن و در نتیجه تغییر حالت قطبش و بار ذخیره شده در آن می‌شود. این تغییرات بار به صورت سیگنال‌های الکتریکی ضبط و تقویت می‌گردند.
سوالات متداول درباره بار قطبیده
بله، دقیقاً. یک جسم باردار دارای بار الکتریکی خالص (مثبت یا منفی) است، زیرا تعداد پروتون‌ها و الکترون‌های آن برابر نیست. اما یک جسم قطبیده می‌تواند از نظر کلی کاملاً خنثی باشد و تنها توزیع بار در داخل آن به هم خورده باشد؛ یعنی در یک سمت آن تجمع بار مثبت و در سمت دیگر تجمع بار منفی وجود داشته باشد.
بله، فعالیت‌های عصبی در بدن انسان اساساً بر پایه‌ی پدیده‌ی قطبش و دقطبش۹ است. سلول‌های عصبی (نورون‌ها) در حالت استراحت، با پمپاژ یون‌ها، یک اختلاف پتانسیل در سراسر غشای خود ایجاد می‌کنند (داخل سلول منفی و خارج آن مثبت است). این یک حالت قطبیده است. وقتی یک پیام عصبی منتقل می‌شود، این قطبش به طور موقت از بین می‌رود (دقطبش) و سپس دوباره برقرار می‌گردد.
پاورقی
۱ Polarized Charge
۲ Insulator
۳ Semiconductor
۴ Conductor
۵ Insulator
۶ Semiconductor
۷ Coulomb's Law
۸ Capacitor
۹ Depolarization