گاما رو نصب کن!

{{ number }}
اعلان ها
اعلان جدیدی وجود ندارد!
کاربر جدید

جستجو

پربازدیدها: #{{ tag.title }}

میتونی لایو بذاری!

بار الکتریکی: ویژگی ذره‌ها که می‌تواند مثبت، منفی یا خنثی باشد.

بروزرسانی شده در: 0:40 1404/10/4 مشاهده: 4     دسته بندی: کپسول آموزشی

بار الکتریکی: زبان مخفی طبیعت

ویژگی بنیادی ذرات که جهان اطراف ما را به حرکت درمی‌آورد.
خلاصه: بار الکتریکی یکی از ویژگی‌های اساسی و ذاتی ماده است که می‌تواند مثبت، منفی یا خنثی باشد. این خاصیت عامل اصلی پدیده‌های جذبی مثل چسبیدن بادکنک به دیوار یا دفع موها از یکدیگر است. درک مفاهیم ذرات باردار درون اتم، قانون جذب و دفع بارها و پدیده‌ی روزمره‌ی الکتریسیته ساکن، کلید فهم بسیاری از رویدادهای دنیای اطراف ماست.

ذرات سازنده و بار آنها

همه‌ی مواد از اتم ساخته شده‌اند و هر اتم خود از ذرات ریزی تشکیل شده است. بار الکتریکی دقیقاً به این ذرات بنیادی وابسته است.

ذره محل قرارگیری بار الکتریکی نقش در تشکیل ماده
پروتون[۱] درون هسته اتم $+1.6 \times 10^{-19}$ کولن بار مثبت تعیین کننده نوع عنصر است.
الکترون[۲] در اطراف هسته می‌چرخد $-1.6 \times 10^{-19}$ کولن بار منفی ایجاد پیوندهای شیمیایی و جریان الکتریسیته.
نوترون[۳] درون هسته اتم صفر (بدون بار) پایداری هسته اتم.

در یک اتم عادی و پایدار، تعداد پروتون‌ها (بارهای مثبت) و الکترون‌ها (بارهای منفی) دقیقاً برابر است. به همین دلیل، اتم از نظر الکتریکی خنثی است. وقتی این تعادل به هم بخورد، مثلاً یک اتم یک یا چند الکترون از دست بدهد یا به دست آورد، تبدیل به یک ذره‌ی باردار به نام یون[۴] می‌شود.

قانون طلایی جذب و دفع

نیرویی که بین بارهای الکتریکی وجود دارد، یکی از قوی‌ترین قوانین طبیعت را دنبال می‌کند. این قانون بسیار ساده اما قدرتمند است:

بارهای همنام (مثبت-مثبت یا منفی-منفی) یکدیگر را می‌رانند.
بارهای ناهمنام (مثبت-منفی) یکدیگر را می‌ربایند.

می‌توانید این قانون را در زندگی روزمره تجربه کنید. وقتی موهای خود را با یک شانه‌ی پلاستیکی شانه می‌زنید، در اثر مالش، الکترون‌ها از موهای شما به شانه منتقل می‌شوند. شانه که الکترون اضافی گرفته، بار منفی پیدا می‌کند و موهای شما که الکترون از دست داده‌اند، بار مثبت. از آنجایی که بارهای همنام همدیگر را می‌رانند، تارهای مو که همگی مثبت شده‌اند، از یکدیگر فاصله می‌گیرند و به اصطلاح سیخ می‌شوند!

الکتریسیته ساکن: مهمان همیشگی زندگی روزمره

همه‌ی آن جرقه‌های کوچک و چسبیدن‌های عجیبی که می‌بینید، نتیجه‌ی پدیده‌ای به نام الکتریسیته ساکن[۵] هستند. این اتفاق زمانی می‌افتد که بارهای الکتریکی (اغلب با مالش) روی سطح یک جسم جمع می‌شوند اما جایی برای رفتن ندارند و ساکن می‌مانند.

پدیده علت علمی نوع برهم‌کنش بار
چسبیدن بادکنک مالش‌داده به دیوار انتقال الکترون از دیوار به بادکنک؛ باردار شدن بادکنک (منفی) و دیوار (مثبت). جذب ناهمنام
جرقه‌زدن هنگام لمس دستگیره در جمع شدن بار روی بدن در اثر راه رفتن روی فرش و تخلیه‌ی ناگهانی آن. تخلیه بار ساکن
به هم چسبیدن لباس‌ها در خشک‌کن مالش لباس‌ها به یکدیگر و انتقال بار بین آن‌ها. جذب ناهمنام

از جرقه تا صنعت: کاربردهای بار الکتریکی

بار الکتریکی فقط محدود به تجربیات روزمره نیست. انسان یاد گرفته است از این نیرو در فناوری‌های پیشرفته استفاده کند:

  • چاپگرهای لیزری و دستگاه‌های فتوکپی: در این دستگاه‌ها، بار الکتریکی باعث می‌شود ذرات بسیار ریز جوهر یا تونر فقط به نقاط مورد نظر بر روی کاغذ بچسبند و تصویری واضح ایجاد کنند.
  • رنگ‌پاشی الکترواستاتیک: در رنگ کاری بدنه خودرو یا لوازم خانگی، ابتدا ذرات رنگ باردار می‌شوند. سپس به سمت قطعه‌ای که بار مخالف دارد جذب می‌شوند. این کار باعث می‌شود رنگ به طور یکنواخت و بدون هدررفت بر روی سطح بنشیند.
  • تصفیه‌کننده‌های هوا (جمع‌آوری گردوغبار): در برخی دودکش‌های صنعتی یا تصفیه‌کننده‌های هوا، ذرات دود و غبار باردار شده و سپس توسط صفحاتی با بار مخالف به دام می‌افتند و از خروج آن‌ها به محیط جلوگیری می‌شود.

پرسش‌های مهم و باورهای نادرست

سؤال: آیا بار الکتریکی ایجاد یا نابود می‌شود؟ مثلاً وقتی بادکنکی را مالش می‌دهیم، بار جدیدی تولید کرده‌ایم؟
پاسخ: خیر. طبق قانون پایستگی بار الکتریکی، بار نه به وجود می‌آید و نه از بین می‌رود، فقط از جسمی به جسم دیگر منتقل می‌شود. وقتی بادکنک را به موی خود می‌مالید، تعدادی الکترون از موهای شما جدا شده و به بادکنک می‌چسبند. بنابراین بار منفی (الکترون) موهای شما کم و بار منفی بادکنک زیاد می‌شود. مجموع کل بار مثبت و منفی در کل سیستم (بادکنک + مو) ثابت می‌ماند.
سؤال: آیا فقط فلزات می‌توانند بار الکتریکی داشته باشند؟
پاسخ: خیر. تمام مواد (پلاستیک، شیشه، پارچه، چوب و حتی بدن انسان) می‌توانند بار الکتریکی کسب کنند. اما نحوه‌ی انتقال بار در آن‌ها متفاوت است. در فلزات، الکترون‌ها به راحتی حرکت می‌کنند (رسانا[۶])، اما در موادی مثل پلاستیک یا شیشه، الکترون‌ها در جای خود ثابت‌ترند (نارسانا[۷]). به همین دلیل است که بار روی نارساناها (مثل بادکنک پلاستیکی) بهتر و برای مدت طولانی‌تری ساکن می‌ماند.
سؤال: واحد اندازه‌گیری بار الکتریکی چیست؟
پاسخ: واحد بار الکتریکی در سیستم استاندارد جهانی، کولن[۸] (با نماد C) است که به افتخار فیزیکدان فرانسوی، شارل آگوستن دو کولن نامگذاری شده است. یک کولن بار، مقدار بسیار زیادی است. برای درک آن کافی است بدانید بار یک الکترون فقط $1.6 \times 10^{-19}$ کولن است. یعنی حدود 6,250,000,000,000,000,000 الکترون (شش و نیم تریلیون الکترون!) بار یک کولن را تشکیل می‌دهند.
جمع‌بندی: بار الکتریکی یک ویژگی ذاتی و بنیادی در ماده است که در دو نوع مثبت و منفی وجود دارد. پروتون بار مثبت و الکترون بار منفی دارد. تعادل این دو، جسم را خنثی می‌کند. بارهای همنام یکدیگر را می‌رانند و بارهای ناهمنام همدیگر را جذب می‌کنند. پدیده‌ی الکتریسیته ساکن که در زندگی روزمره بسیار با آن روبرو می‌شویم، نتیجه‌ی انتقال و تجمع همین بارهاست. این نیروی نامرئی نه تنها باعث جرقه‌ها و چسبیدن‌های ساده می‌شود، بلکه پایه‌ی بسیاری از فناوری‌های مدرن از چاپگر گرفته تا تصفیه‌ی هوا را تشکیل می‌دهد.

پاورقی

[۱] پروتون (Proton)
[۲] الکترون (Electron)
[۳] نوترون (Neutron)
[۴] یون (Ion): اتم یا گروهی از اتم‌ها که با از دست دادن یا گرفتن الکترون، باردار شده‌اند.
[۵] الکتریسیته ساکن (Static Electricity)
[۶] رسانا (Conductor): موادی که بار الکتریکی می‌تواند به راحتی در آن‌ها حرکت کند.
[۷] نارسانا یا عایق (Insulator): موادی که بار الکتریکی به سختی در آن‌ها حرکت می‌کند.
[۸] کولن (Coulomb)

بار الکتریکی الکتریسیته ساکن پروتون و الکترون جذب و دفع بارها قانون پایستگی بار