باردار شدن با مالش: وقتی الکترونها جا به جا میشوند
بار الکتریکی از کجا میآید؟ نگاهی به درون اتم
همه چیز در جهان از ذرات ریزی به نام اتم1 ساخته شده است. هر اتم خود از ذرات کوچکتری تشکیل شده که مهمترین آنها برای بحث ما عبارتند از:
| ذره | بار الکتریکی | محل قرارگیری |
|---|---|---|
| پروتون2 | بار مثبت (+) | هسته اتم |
| نوترون3 | بدون بار (خنثی) | هسته اتم |
| الکترون4 | بار منفی (-) | در اطراف هسته میچرخد |
در حالت عادی تعداد پروتونها (بار مثبت) و الکترونها (بار منفی) در یک اتم برابر است، بنابراین اتم از نظر الکتریکی خنثی است. مالش باعث میشود تعدادی از الکترونها که به سطح ماده نزدیکترند و پیوند ضعیفتری دارند، از یک جسم جدا شده و به جسم دیگر بچسبند.
سری الکتریکی: کدام ماده الکترون میدهد و کدام میگیرد؟
همه مواد به یک اندازه تمایل به از دست دادن یا گرفتن الکترون ندارند. دانشمندان مواد را بر اساس این تمایل در یک لیست به نام سری الکتریکی5 مرتب کردهاند. وقتی دو ماده از این لیست را به هم میمالیم، مادهای که در لیست بالاتر است، الکترون از دست داده و مثبت میشود و ماده پایینتر، الکترون گرفته و منفی میشود.
| ردیف | نام ماده | تمایل به از دست دادن الکترون (بار مثبت) | نمونه مالش |
|---|---|---|---|
| 1 | پوست انسان | بسیار زیاد | مالش مو با شانه پلاستیکی |
| 2 | شیشه | زیاد | تمیز کردن شیشه با پارچه پنبهای |
| 3 | پلاستیک (مثل شانه) | متوسط | مالش بادکنک با مو |
| 4 | پشم | کم | کشیدن پلاستیک بر روی پالتو پشمی |
برای مثال، وقتی موهای خشک خود را با یک شانه پلاستیکی شانه میکنید (مالش پوست و پلاستیک)، طبق جدول، پوست انسان تمایل بیشتری به از دست دادن الکترون دارد. بنابراین الکترون از موهای شما به شانه منتقل میشود. نتیجه این است: شانه دارای الکترون اضافه و بار منفی میشود و موهای شما کمبود الکترون پیدا کرده و بار مثبت میگیرند. از آنجا که تارهای مو همگی بار مثبت دارند (همنام)، یکدیگر را میرانند و از هم فاصله میگیرند و موها ژولیده میشوند!
شاهدان عینی: مثالهای مالش الکتریکی در اطراف ما
با دانستن این اصول، میتوانیم بسیاری از پدیدههای معمول را توضیح دهیم:
۱. چسبیدن بادکنک به دیوار: یک بادکنک بادشده را به موهای خود بمالید. در این حالت، الکترون از موها (پوست) به بادکنک (پلاستیک) منتقل میشود. حالا اگر بادکنک را نزدیک دیوار نگه دارید، بار منفی روی بادکنک، بارهای مثبت سطح دیوار را جذب میکند (بارهای ناهمنام جذب میشوند). این جاذبه آنقدر قوی است که میتواند بادکنک را روی دیوار نگه دارد.
۲. جرقه و برقگرفتگی کوچک: وقتی با کفش روی یک فرش پشمی راه میروید، بدنتان باردار میشود. اگر سپس دست خود را به دستگیره فلزی در بزنید، بارهای جمع شده در بدن شما به سرعت از طریق فلز (که رسانای خوبی است) تخلیه میشوند. این تخلیه سریع را به صورت یک جرقه کوچک و یک شوک خفیف حس میکنید.
۳. جذب خردههای کاغذ: یک خودکار پلاستیکی را به آستین لباس پشمی خود بمالید. حالا خودکار را نزدیک تکههای کوچک کاغذ ببرید. خواهید دید که کاغذها به خودکار میچسبند. خودکار باردار شده و بار آن باعث قطبی شدن6 ذرات خنثی کاغذ میشود و آنها را جذب میکند.
پرسشهای مهم و اشتباهات رایج
پاسخ: خیر. در روش مالش، تنها ذراتی که میتوانند از یک جسم به جسم دیگر منتقل شوند، الکترونها هستند. پروتونها در داخل هسته اتم به شدت مقید هستند و تحت شرایط عادی جابهجا نمیشوند. پس همیشه این انتقال الکترون است که باعث ایجاد بار مثبت (کمبود الکترون) یا بار منفی (افزایش الکترون) میشود.
پاسخ: رطوبت (آب) یک رسانای نسبتاً خوب است. اگر هوا یا اجسام مرطوب باشند، بارهای تولیدشده بلافاصله از طریق رطوبت در هوا یا روی سطح جسم تخلیه میشوند و اجازه انباشته شدن بار را نمیدهند. به همین دلیل است که پدیدههای مالش الکتریکی در روزهای خشک زمستان بهتر رخ میدهند تا در روزهای مرطوب تابستان.
پاسخ: مالش بار جدیدی خلق نمیکند. طبق قانون پایستگی بار الکتریکی، بار الکتریکی نه به وجود میآید و نه از بین میرود، فقط از جسمی به جسم دیگر منتقل میشود. در فرآیند مالش، کل بار الکتریکی کل سیستم (دو جسم) قبل و بعد از مالش ثابت میماند. اگر جسمی $-5$ واحد بار بگیرد، جسم دیگر دقیقاً $+5$ واحد بار خواهد داشت. مجموع بارها صفر (خنثی) باقی میماند.
پاورقی
[1] اتم (Atom): کوچکترین واحد تشکیلدهنده یک عنصر شیمیایی که هویت آن عنصر را حفظ میکند.
[2] پروتون (Proton): ذرهای با بار الکتریکی مثبت که در هسته اتم قرار دارد.
[3] نوترون (Neutron): ذرهای بدون بار الکتریکی که در هسته اتم قرار دارد.
[4] الکترون (Electron): ذرهای با بار الکتریکی منفی که به دور هسته اتم میچرخد.
[5] سری الکتریکی (Triboelectric Series): فهرستی از مواد که بر اساس تمایل نسبی آنها برای از دست دادن یا کسب الکترون هنگام مالش به یکدیگر مرتب شدهاند.
[6] قطبی شدن (Polarization): در اینجا به معنی جابهجایی جزئی بارهای مثبت و منفی در یک جسم خنثی تحت تأثیر یک جسم باردار نزدیک آن، به طوری که یک طرف جسم کمی مثبت و طرف دیگر کمی منفی به نظر برسد.
