Elektripikasyon ng mga katawan, pakikipag-ugnayan ng mga singil

Sa artikulong ito, susubukan naming ipakita ang isang medyo pangkalahatan na ideya kung ano ang electrification ng mga katawan, at tatalakayin din namin ang batas ng konserbasyon ng electric charge.

Hindi alintana kung ito o ang pinagmumulan ng elektrikal na enerhiya ay gumagana para sa prinsipyo, ang bawat isa sa kanila ay nagpapakuryente ng mga pisikal na katawan, iyon ay, ang paghihiwalay ng mga singil sa kuryente na naroroon sa pinagmumulan ng elektrikal na enerhiya at ang kanilang konsentrasyon sa ilang mga lugar, halimbawa, sa mga electrodes o terminal ng pinagmulan. Bilang resulta ng prosesong ito, ang labis na negatibong singil (mga electron) ay nakukuha sa isang terminal ng pinagmumulan ng elektrikal na enerhiya (cathode), at kakulangan ng mga electron sa kabilang terminal (anode), i.e. ang una sa kanila ay sinisingil ng negatibong kuryente, at ang pangalawa ay may positibong kuryente.

Matapos ang pagtuklas ng elektron, ang elementarya na butil na may kaunting singil, pagkatapos na sa wakas ay ipinaliwanag ang istraktura ng atom, ang karamihan sa mga pisikal na phenomena na may kaugnayan sa kuryente ay naging maipaliwanag din.

Ang materyal na bagay na bumubuo sa mga katawan ay karaniwang nakikitang neutral sa kuryente, dahil ang mga molekula at atomo na bumubuo sa katawan ay neutral sa ilalim ng normal na mga kondisyon, at ang mga katawan dahil dito ay walang bayad. Ngunit kung ang gayong neutral na katawan ay kuskusin laban sa isa pang katawan, ang ilan sa mga electron ay iiwan ang kanilang mga atomo at lilipat mula sa isang katawan patungo sa isa pa. Ang haba ng mga landas na nilakbay ng mga electron na ito sa panahon ng naturang paggalaw ay hindi hihigit sa distansya sa pagitan ng mga kalapit na atomo.

Gayunpaman, kung pagkatapos ng alitan ang mga katawan ay magkahiwalay, magkahiwalay, ang parehong mga katawan ay sisingilin. Ang katawan kung saan naipasa ang mga electron ay magiging negatibong sisingilin, at ang nag-donate ng mga electron na ito ay makakakuha ng positibong singil, ay magiging positibong sisingilin. Ito ay electrification.

Ipagpalagay na sa ilang pisikal na katawan, halimbawa sa salamin, posibleng tanggalin ang ilan sa kanilang mga electron mula sa malaking bilang ng mga atomo. Nangangahulugan ito na ang baso, na nawala ang ilan sa mga electron nito, ay sisingilin ng positibong kuryente, dahil dito ang mga positibong singil ay nakakuha ng isang kalamangan kaysa sa mga negatibo.

Ang mga electron na inalis mula sa salamin ay hindi maaaring mawala at dapat ilagay sa isang lugar. Ipagpalagay na pagkatapos na alisin ang mga electron mula sa salamin, inilalagay sila sa isang metal na bola. Ito ay malinaw na ang metal na bola na tumatanggap ng karagdagang mga electron ay sinisingil ng negatibong kuryente, dahil dito ang mga negatibong singil ay binibigyang priyoridad kaysa sa mga positibo.

Makuryente ang pisikal na katawan — nangangahulugan na lumikha sa loob nito ng labis o kakulangan ng mga electron, i.e. abalahin ang balanse ng dalawang magkasalungat dito, ang mga positibo at negatibong singil.

Ang pagpapakuryente sa dalawang pisikal na katawan nang sabay-sabay at kasama ng magkakaibang singil sa kuryente — ay nangangahulugan ng pag-withdraw ng mga electron mula sa isang katawan at ilipat ang mga ito sa ibang katawan.

Kung ang isang positibong singil sa kuryente ay nabuo sa isang lugar sa kalikasan, kung gayon ang isang negatibong singil ng parehong ganap na halaga ay dapat na hindi maiiwasang lumabas nang sabay-sabay, dahil ang anumang labis na mga electron sa anumang pisikal na katawan ay lumitaw dahil sa kanilang kakulangan sa ilang iba pang pisikal na katawan.

Ang iba't ibang mga singil sa kuryente ay lumilitaw sa mga electrical phenomena bilang palaging kasama ng mga magkasalungat, na ang pagkakaisa at pakikipag-ugnayan ay bumubuo sa panloob na nilalaman ng mga electrical phenomena sa mga sangkap.

Ang mga neutral na katawan ay nakuryente kapag nagbibigay o tumatanggap sila ng mga electron, sa alinmang kaso ay nakakakuha sila ng electric charge at hindi na nagiging neutral. Dito ang mga singil sa kuryente ay hindi lumabas mula sa kung saan, ang mga singil ay pinaghihiwalay lamang, dahil ang mga electron ay nasa mga katawan na at binago lamang ang kanilang lokasyon, ang mga electron ay lumipat mula sa isang nakoryenteng katawan patungo sa isa pang nakoryenteng katawan.

Ang tanda ng singil ng kuryente na nagreresulta mula sa alitan ng mga katawan ay nakasalalay sa likas na katangian ng mga katawan na ito, sa kondisyon ng kanilang mga ibabaw, at sa maraming iba pang mga kadahilanan. Samakatuwid, hindi ibinubukod ang posibilidad na ang parehong pisikal na katawan sa isang kaso ay sinisingil ng positibo at sa isa pa ay may negatibong kuryente, halimbawa, ang mga metal kapag kinuskos sa salamin at lana ay nagiging negatibong nakuryente, at kapag kinuskos laban sa goma — positibo.

Ang isang naaangkop na tanong ay: bakit ang singil ng kuryente ay hindi dumadaloy sa mga dielectric ngunit sa pamamagitan ng mga metal? Ang punto ay na sa dielectrics ang lahat ng mga electron ay nakatali sa nuclei ng kanilang mga atomo, wala lang silang kakayahan na malayang gumalaw sa buong katawan.

Ngunit sa mga metal ang sitwasyon ay iba. Ang mga bono ng elektron sa mga atomo ng metal ay mas mahina kaysa sa mga dielectric, at ang ilang mga electron ay madaling umalis sa kanilang mga atomo at malayang gumagalaw sa buong katawan, ito ang tinatawag na mga libreng electron na nagbibigay ng paglipat ng singil sa mga wire.

Ang paghihiwalay ng mga singil ay nangyayari kapwa sa panahon ng friction ng mga metal na katawan at sa panahon ng friction ng dielectrics. Ngunit sa mga demonstrasyon, ginagamit ang mga dielectric: ebonite, amber, salamin. Ito ay ginamit para sa simpleng dahilan na dahil ang mga singil ay hindi gumagalaw sa dami sa dielectrics, nananatili sila sa parehong mga lugar sa ibabaw ng mga katawan kung saan sila bumangon.

At kung sa pamamagitan ng alitan, sabihin nating, para sa balahibo, ang isang piraso ng metal ay nakuryente, kung gayon ang singil, na mayroon lamang oras upang lumipat sa ibabaw nito, ay agad na maaalis sa katawan ng eksperimento, at isang demonstrasyon, halimbawa, na may dielectrics, hindi gagana. Ngunit kung ang isang piraso ng metal ay ihiwalay sa mga kamay ng eksperimento, ito ay mananatili sa metal.

Kung ang singil ng mga katawan ay inilabas lamang sa proseso ng elektripikasyon, kung gayon paano kumilos ang kanilang kabuuang singil? Ang mga simpleng eksperimento ay nagbibigay ng sagot sa tanong na ito. Kumuha ng electrometer na may metal na disk na nakakabit sa baras nito, ilagay ang isang piraso ng telang lana sa ibabaw ng disk, ang laki ng disk na iyon. Sa ibabaw ng tissue disc ay inilalagay ang isa pang conductive disc, katulad ng sa electrometer rod, ngunit nilagyan ng dielectric handle.

Hawakan ang hawakan, ginagalaw ng eksperimento ang itaas na disk nang ilang beses, kuskusin ito sa nasabing tissue disk na nakahiga sa disk ng electrometer rod, pagkatapos ay inilalayo ito mula sa electrometer. Ang karayom ​​ng electrometer ay lumilihis kapag ang disc ay tinanggal at nananatili sa ganoong posisyon. Ito ay nagpapahiwatig na ang isang electric charge ay nabuo sa tela ng lana at sa disk na nakakabit sa electrometer rod.

Ang disc na may hawakan ay dinadala sa pakikipag-ugnay sa pangalawang electrometer, ngunit walang disc na nakakabit dito, at ang karayom ​​nito ay sinusunod na pinalihis ng halos parehong anggulo ng karayom ​​ng unang electrometer.

Ipinapakita ng eksperimento na ang parehong mga disk sa panahon ng electrification ay nakatanggap ng mga singil ng parehong module. Ngunit ano ang mga palatandaan ng mga akusasyong ito? Upang masagot ang tanong na ito, ang mga electrometer ay konektado sa pamamagitan ng isang kawad. Ang mga karayom ​​ng electrometer ay agad na babalik sa zero na posisyon bawat isa kung saan sila ay bago magsimula ang eksperimento. Na-neutralize ang singil, ibig sabihin, ang mga singil sa mga disk ay pantay sa magnitude ngunit kabaligtaran ng sign, at sa pangkalahatan ay nagbigay ng zero, tulad ng bago magsimula ang eksperimento.

Ang mga katulad na eksperimento ay nagpapakita na sa panahon ng electrification, ang kabuuang singil ng mga katawan ay natipid, iyon ay, kung ang kabuuang halaga ay zero bago ang electrification, kung gayon ang kabuuang halaga ay magiging zero pagkatapos ng electrification... Ngunit bakit ito nangyayari? Kung ipapahid mo ang isang ebony stick sa isang tela, ito ay magiging negatibong sisingilin at ang tela ay positibong sisingilin, at ito ay isang kilalang katotohanan. Ang isang labis na mga electron ay nabuo sa ebonite kapag ipinahid sa lana, at isang katumbas na kakulangan sa tela.

Magiging pantay ang mga singil sa modulus, dahil kung gaano karaming mga electron ang dumaan mula sa tela patungo sa ebonite, ang ebonite ay nakatanggap ng ganoong negatibong singil, at ang parehong halaga ng positibong singil ay nabuo sa canvas, dahil ang mga electron na umalis sa ang tela ay ang positibong singil sa tela. At ang labis na mga electron sa ebonite ay eksaktong katumbas ng kakulangan ng mga electron sa tela. Ang mga singil ay magkasalungat sa tanda ngunit pantay sa magnitude. Malinaw, ang buong singil ay natipid sa panahon ng elektripikasyon; ito ay katumbas ng zero sa kabuuan.

Bukod dito, kahit na ang mga singil sa parehong mga katawan ay hindi zero bago ang electrification, ang kabuuang singil ay pareho pa rin tulad ng bago ang electrification. Ang pagtukoy sa mga singil ng mga katawan bago ang kanilang pakikipag-ugnayan bilang q1 at q2, at ang mga singil pagkatapos ng pakikipag-ugnayan bilang q1' at q2', kung gayon ang sumusunod na pagkakapantay-pantay ay magiging totoo:

q1 + q2 = q1 ' + q2'

Ito ay nagpapahiwatig na para sa anumang pakikipag-ugnayan ng mga katawan ang kabuuang singil ay palaging natipid. Ito ay isa sa mga pangunahing batas ng kalikasan, ang batas ng konserbasyon ng singil sa kuryente. Natuklasan ito ni Benjamin Franklin noong 1750 at ipinakilala ang mga konsepto ng "positive charge" at "negative charge". Franklin at iminungkahi na magpahiwatig ng magkasalungat na mga singil na may mga palatandaang «-» at «+».

Sa electronics Mga panuntunan ni Kirchhoff dahil ang mga alon ay direktang sumusunod sa batas ng pagtitipid ng singil sa kuryente. Ang kumbinasyon ng mga wire at electronic na bahagi ay kinakatawan bilang isang bukas na sistema. Ang kabuuang pagpasok ng mga singil sa isang partikular na sistema ay katumbas ng kabuuang paglabas ng mga singil mula sa sistemang iyon. Ipinapalagay ng mga tuntunin ni Kirchhoff na ang isang elektronikong sistema ay hindi maaaring makabuluhang baguhin ang kabuuang singil nito.

In fairness, tandaan namin na ang pinakamahusay na eksperimentong pagsubok ng batas ng konserbasyon ng electric charge ay ang paghahanap para sa mga naturang pagkabulok ng elementarya na mga particle na papayagan sa kaso ng hindi mahigpit na konserbasyon ng singil. Ang ganitong mga pagkabulok ay hindi kailanman naobserbahan sa pagsasanay.

Iba pang mga paraan upang makuryente ang mga pisikal na katawan:

1. Kung ang zinc plate ay nahuhulog sa isang solusyon ng sulfuric acid H2SO4, pagkatapos ay bahagyang matutunaw ito dito. Ang ilan sa mga atomo sa zinc plate, na nag-iiwan ng dalawa sa kanilang mga electron sa zinc plate, ay mapupunta sa solusyon na may serye ng mga acid sa anyo ng dobleng sisingilin na positibong mga zinc ions. Bilang resulta, ang zinc plate ay sisingilin ng negatibong kuryente (labis sa mga electron) at ang sulfuric acid solution ay sisingilin ng positibo (labis sa mga positibong zinc ions). Ang ari-arian na ito ay ginagamit upang makuryente ang zinc sa sulfuric acid solution sa isang galvanic cell bilang pangunahing proseso ng paglitaw ng elektrikal na enerhiya.

2. Kung ang mga light ray ay nahuhulog sa ibabaw ng mga metal tulad ng zinc, cesium at ilang iba pa, kung gayon ang mga libreng electron ay inilalabas mula sa mga ibabaw na ito patungo sa kapaligiran. Bilang resulta, ang metal ay sinisingil ng positibong kuryente, at ang espasyo sa paligid nito ay sinisingil ng negatibong kuryente. Ang paglabas ng mga electron mula sa mga iluminado na ibabaw ng ilang mga metal ay tinatawag na photoelectric effect, na natagpuan ang aplikasyon sa mga photovoltaic cells.

3. Kung ang metal na katawan ay pinainit sa isang estado ng puting init, pagkatapos ay ang mga libreng electron ay lilipad mula sa ibabaw nito patungo sa nakapalibot na espasyo.Bilang resulta, ang metal na nawalan ng mga electron ay sisingilin ng positibong kuryente, at ang paligid ay may negatibong kuryente.

4. Kung ihinang mo ang mga dulo ng dalawang magkaibang mga wire, halimbawa, bismuth at tanso, at painitin ang kanilang junction, kung gayon ang mga libreng electron ay bahagyang lilipat mula sa tansong kawad patungo sa bismuth. Bilang resulta, ang copper wire ay sisingilin ng positibong kuryente, habang ang bismuth wire ay sisingilin ng negatibong kuryente. Ang phenomenon ng electrification ng dalawang pisikal na katawan kapag sumisipsip sila ng thermal energy ginagamit sa mga thermocouple.

Ang mga phenomena na nauugnay sa pakikipag-ugnayan ng mga nakoryenteng katawan ay tinatawag na electrical phenomena.

Ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga nakoryenteng katawan ay tinutukoy ng tinatawag na Ang mga puwersang de-kuryente na naiiba sa mga puwersa ng ibang kalikasan dahil nagiging sanhi ito ng mga sisingilin na katawan na magtaboy at umaakit sa isa't isa, anuman ang bilis ng kanilang paggalaw.

Sa ganitong paraan, ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga sisingilin na katawan ay naiiba, halimbawa, mula sa gravitational, na kung saan ay nailalarawan lamang sa pamamagitan ng pagkahumaling ng mga katawan, o mula sa mga puwersa ng magnetic na pinagmulan, na nakasalalay sa kamag-anak na bilis ng paggalaw ng mga singil, na nagiging sanhi ng magnetic. phenomena.

Pangunahing pinag-aaralan ng electrical engineering ang mga batas ng panlabas na pagpapakita ng mga katangian ng mga nakoryenteng katawan - ang mga batas ng electromagnetic field.

Inaasahan namin na ang maikling artikulong ito ay nagbigay sa iyo ng pangkalahatang ideya kung ano ang electrification ng mga katawan, at ngayon alam mo na kung paano eksperimento na i-verify ang batas ng konserbasyon ng electric charge gamit ang isang simpleng eksperimento.