بار الکتریکی چیست؟ - آموزش تصویری - زبان ساده

1 - مقدمه و تاریخجه مختصر 

همیشه پدیده‌های مختلف، همچون رعد و برق، توجه بشر را به خود جلب کرده است. این کنجکاوی منجر به تلاش هایی برای شناخت اینگونه پدیده ها شده است. این تلاش ها نیز سبب کشف قوانین الکتریسیته گردیده است.

برخی از منابع پیدایش الکتریسیته را به دوران اشکانیان نسبت می‌دهد به طوری که اولین باتری توسط ایرانیان اختراع شد. این باتری به باتری بغدادی مشهور است. در برخی منابع دیگر نیز آمده است حدود 600 سال قبل از میلاد، یونانیان دریافتند، وقتی کهربا را با پوست خز مالش می دهند، کاه و مواد سبک را به خود جذب می کند. کهربا شیره فسیل شده درخت است که در زبان یونانی به آن الکترون می گویند. 

 فیزیک الکتریسیته توسط افراد زیادی گسترش یافت. اما یکی از پر کار ترین آنها مایکل فارادی بود. او یادداشت ها و کشفیات بسیاری داشت. کارهای آزمایشگاهی فارادی بسیار گسترده است. جالب این است که در یادداشت هایش حتی یک فرمول ریاضی نیز وجود ندارد. بعدها جیمز کلارک ماکسول یادداشت های فارادی را به صورت معادلات ریاضی درآورد و پایه گذار نظریه الکترومغناطیس شد.

در این فصل ما الکتریسیته ساکن را بررسی می‌کنیم. در این نوع الکتریسیته بارهای الکتریکی ساکن هستند و جریان ندارند در فصل بعد الکتریسیته جاری مطرح می شود در الکتریسیته جاری بار ها حرکت کرده و جریان الکتریکی را ایجاد می کنند.

2 -  بار الکتریکی چیست؟ و چه وقت مثبت و چه وقت منفی است؟

بار الکتریکی، خاصیتی است  در اجسام که در اثر مبادله الکترون ایجاد می‌شود. این خاصیت سبب رانش یا ربایش بین اجسام می‌گردد. مواد از مولکول و اتم تشکیل شده‌اند. مطابق شکل روبرو، هر اتم دارای دو قسمت است یک هسته مرکزی و الکترون‌هایی که دور هسته می چرخد. بار الکترون منفی است.  اما هسته از پروتون با بار مثبت و نوترون بدون بار تشکیل شده است به کمک این مدل می توان نحوه ایجاد بار الکتریکی را شرح داد. 

مطابق شکل روبرو یک جسم خنثی را در نظر بگیرید. تعداد پروتون های آن( یعنی بار های مثبت آن) با تعداد الکترون های آن( یعنی بار منفی آن ) برابر است. بنابراین جسم از نظر بار الکتریکی خنثی است. توجه کنید که پروتون ها در هسته هستند و جابجا نمی شوند اما الکترون ها که دور هسته می چرخند می توانند از اتم جدا شوند و یا به آن اضافه شوند.

بار الکتریکی مثبت: اگر جسمی الکترون از دست بدهد. تعداد الکترون‌های آن از تعداد پروتون‌های  کمتر می‌شود. بنابراین بار خالص جسم مثبت می‌گردد.

بار الکتریکی منفی: اگر جسم الکترون بدست آورد، تعداد الکترون‌های آن بیشتر از تعداد پروتون های آن است. در این صورت بار جسم منفی است.

نکته آزمایشگاهی  زیر مهم است و در سوال های زیاد تکرار می شود.

3 - بار مثبت و منفی چیست؟

یکی از کشفیاتی که در زمینه الکتریسیته ساکن انجام شد وجود دو نوع بار الکتریکی بود. نام یکی را شیشه ای و دیگری را صمغی گذاشتند. اما بعد ها گفتند یکی مثبت و دیگری منفی است. دقت کنید که می توانستند هر نام دیگری برای بار الکتریکی نیز بگذارند مثلا بار نوع 1 و بار نوع 2 . پس کلمه مثبت و منفی مهم نیست بلکه چیزی موضوع مهم این  است که دو نوع بار وجود دارد.

شاید بپرسید از کجا بدانیم دو نوع بار الکتریکی داریم؟ دانشمندان با آزمایش های مختلف فهمیدن که بار های که از یک نوع هستند همدیگر را می رانند. مثلا اگر دو میله شیشه ای که هر دو بار مثبت دارند، به هم نزدیک کنیم از هم دور می شوند. به همین ترتیب کشف کردن که دو بار که از نوع مخالف هستند، همدیگر را جذب می کنند. مثلا یک میله شیشه ای با بار مثبت میله پلاستیک با بارمنفی را جدب می کند. بنابراین دو نوع بار الکتریکی وجود دارد. یعنی یا همدیگر را جذب می کنند و یا اینکه همدیگر را دفع می کنند.

4 - یکای بار الکتریکی چیست؟

به احترام کارهایی که شارل آگوستین دو کولن( Charles Augustin de Coulomb )، فیزیکدان و مهندس فرانسوی در الکتریسیته ساکن انجام داد.  یکای بار الکتریکی کولن است. 

کولن یکای بسیار بزرگی است. و معمولا در حل مسائل از پیشوند های میکرو و نانو یا پیکو استفاده می شود. مثلا در یک رعد و برق حدود 10 کولن بار الکتریکی منتقل می شود. مثالی دیگر: وقتی سر خود را شانه می کنید، بار الکتریکی شانه در حد نانو کولن است یعنی در حدود یک میلیاردیم کولن.

در این مبحث تبدیل یکا بسیار مهم است. بنابراین پیشنهاد می کنیم از ابزار هایی که ما ارائه کردیم استفاده کنید. در این ابزارها حل مسائل، همراه با روش کامل تشریحی ارائه می شود. برای این کار در نوار ابزار بالای صفحه، دکمه ابزارها را کلیک کنید. سپس ابزار مربوط به پیشوند ها را انتخاب کنید. ضمنا در این شرایط یک دکمه اضافی قرمز رنگ، به نوار بالایی اضافه می شود. با کلیک روی آن می توانید مستقیما ابزار مورد نظر را انتخاب کنید.

5 - جدول تریبوالکتریک روشی برای تشخیص نوع بار الکتریکی

وقتی یک جسم را به جسم دیگری مالش می دهیم یکی از اجسام بار مثبت و دیگری بار منقی پیدا می کند. از کجا می فهمیم که کدام جسم بار مثبت و یا منفی پیدا می کند. محققین به کمک آزمایش های مختلف، خواص الکتریکی اجسام را بررسی کردند. و آن را در یک جدول ارائه کردند. تا خاصیت اجسام را بتوانیم با هم مقایسه کنیم.

 این جدول خاصیت تریبوالکتریک اجسام را نشان می دهد. به جدول دقت کنید. هرگاه جسمی از قسمت بالای جدول با جسمی از قسمت پایین تر مبادله بار کند( مثلا در اثر مالش) جسمی که در بالای جدول تریبوالکتریک است بار مثبت و جسم دیگر بار منفی پیدا می کند. 

دقت کنید نیازی به حفظ کردن جدول نیست. اما باید طریقه استفاده از آن را بدانید. این گونه سوال ها همراه با خود جدول خواهند بود. یعنی همراه با سوال جدول یا بخشی از آن داده می شود.