Điện khí hóa cơ thể, tương tác điện tích

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cố gắng trình bày một ý tưởng khá khái quát về sự nhiễm điện của các vật thể là gì, và chúng tôi cũng sẽ đề cập đến định luật bảo toàn điện tích.

Bất kể nguồn năng lượng điện này hay nguồn năng lượng điện đó có hoạt động theo nguyên tắc hay không, mỗi trong số chúng đều diễn ra quá trình nhiễm điện của các vật thể, nghĩa là sự phân tách các điện tích có trong nguồn năng lượng điện và sự tập trung của chúng ở những nơi nhất định, chẳng hạn như trên các điện cực hoặc cực của nguồn. Kết quả của quá trình này là sự dư thừa điện tích âm (electron) thu được ở một cực của nguồn năng lượng điện (cực âm) và thiếu điện tử ở cực kia (cực dương), tức là cái đầu tiên trong số chúng được tích điện âm và cái thứ hai mang điện dương.

Sau khi khám phá ra electron, hạt cơ bản có điện tích tối thiểu, sau khi cấu trúc của nguyên tử cuối cùng được giải thích, hầu hết các hiện tượng vật lý liên quan đến điện cũng trở nên có thể giải thích được.

Vật chất cấu tạo nên các vật thể thường trung hòa về điện, vì các phân tử và nguyên tử cấu tạo nên vật thể trung hòa trong điều kiện bình thường, và do đó các vật thể không có điện tích. Nhưng nếu một vật trung lập như vậy cọ xát với một vật khác, thì một số electron sẽ rời khỏi nguyên tử của chúng và truyền từ vật này sang vật khác. Độ dài quãng đường di chuyển của các electron này trong quá trình chuyển động như vậy không lớn hơn khoảng cách giữa các nguyên tử lân cận.

Tuy nhiên, nếu sau khi ma sát, các vật tách ra, chuyển động ra xa nhau thì cả hai vật đều tích điện. Cơ thể mà các electron đi qua sẽ trở nên tích điện âm và cơ thể đã tặng các electron này sẽ thu được điện tích dương, sẽ trở nên tích điện dương. Đây là điện khí hóa.

Giả sử rằng trong một cơ thể vật chất nào đó, chẳng hạn như trong thủy tinh, có thể loại bỏ một số electron của chúng khỏi một số lượng đáng kể các nguyên tử. Điều này có nghĩa là thủy tinh đã mất đi một số electron của nó sẽ được tích điện dương, bởi vì trong nó, các điện tích dương đã giành được lợi thế so với các điện tích âm.

Các electron lấy ra khỏi kính không thể biến mất và phải được đặt ở đâu đó. Giả sử rằng sau khi các electron được bứt ra khỏi thủy tinh, chúng được đặt trên một quả cầu kim loại. Khi đó, rõ ràng là quả cầu kim loại nhận thêm electron sẽ được tích điện âm, vì trong nó các điện tích âm được ưu tiên hơn các điện tích dương.

Điện khí hóa cơ thể vật lý — có nghĩa là tạo ra trong nó sự thừa hoặc thiếu electron, tức là làm xáo trộn sự cân bằng của hai mặt đối lập trong đó, đó là điện tích dương và điện tích âm.

Điện khí hóa đồng thời hai cơ thể vật lý và cùng với các điện tích khác nhau — có nghĩa là rút các electron khỏi một vật thể và chuyển chúng sang một vật thể khác.

Nếu một điện tích dương đã hình thành ở đâu đó trong tự nhiên, thì một điện tích âm có cùng giá trị tuyệt đối chắc chắn phải phát sinh đồng thời với nó, vì bất kỳ sự dư thừa electron nào trong bất kỳ cơ thể vật chất nào đều phát sinh do thiếu chúng trong một số cơ thể vật chất khác.

Trong các hiện tượng điện, các điện tích khác nhau xuất hiện với tư cách là các điện tích trái dấu luôn đi kèm với nhau mà sự thống nhất và tương tác của chúng tạo nên nội hàm của hiện tượng điện trong các chất.

Các vật thể trung hòa trở nên nhiễm điện khi chúng cho hoặc nhận electron, trong cả hai trường hợp, chúng thu được điện tích và không còn trung hòa. Ở đây, các điện tích không phát sinh từ hư không, các điện tích chỉ tách ra, vì các electron đã ở trong các vật thể và chỉ cần thay đổi vị trí của chúng, các electron di chuyển từ vật thể nhiễm điện này sang vật thể nhiễm điện khác.

Dấu hiệu của điện tích do ma sát của các vật thể phụ thuộc vào bản chất của các vật thể này, vào tình trạng bề mặt của chúng và một số lý do khác. Do đó, không loại trừ khả năng rằng cùng một cơ thể vật chất trong một trường hợp được tích điện dương và trong một trường hợp khác mang điện âm, ví dụ, kim loại khi cọ xát với thủy tinh và len sẽ bị nhiễm điện âm và khi cọ xát với cao su - tích cực.

Một câu hỏi thích hợp sẽ là: tại sao điện tích không chạy qua chất điện môi mà lại chạy qua kim loại? Vấn đề là trong chất điện môi, tất cả các electron đều liên kết với hạt nhân nguyên tử của chúng, chúng không có khả năng di chuyển tự do khắp cơ thể.

Nhưng trong kim loại, tình hình là khác nhau. Liên kết electron trong nguyên tử kim loại yếu hơn nhiều so với trong chất điện môi và một số electron dễ dàng rời khỏi nguyên tử của chúng và di chuyển tự do khắp cơ thể, đây được gọi là các electron tự do cung cấp sự truyền điện tích trong dây dẫn.

Sự phân tách điện tích xảy ra cả trong quá trình ma sát của các vật kim loại và trong quá trình ma sát của chất điện môi. Nhưng trong các cuộc biểu tình, chất điện môi được sử dụng: ebonit, hổ phách, thủy tinh. Điều này được dùng đến vì một lý do đơn giản là vì các điện tích không di chuyển qua thể tích trong chất điện môi, nên chúng vẫn ở nguyên vị trí trên bề mặt của các vật thể mà từ đó chúng phát sinh.

Và nếu do ma sát, chẳng hạn như đối với lông thú, một miếng kim loại trở nên nhiễm điện, thì điện tích, chỉ có thời gian để di chuyển lên bề mặt của nó, sẽ ngay lập tức thoát ra khỏi cơ thể của người thí nghiệm, và ví dụ như một cuộc biểu tình với điện môi, sẽ không hoạt động. Nhưng nếu một mảnh kim loại bị cô lập khỏi tay người làm thí nghiệm, nó sẽ vẫn còn trên kim loại.

Nếu điện tích của các vật chỉ được giải phóng trong quá trình nhiễm điện, thì tổng điện tích của chúng hoạt động như thế nào? Các thí nghiệm đơn giản cung cấp câu trả lời cho câu hỏi này. Lấy một điện kế có gắn một đĩa kim loại vào thanh của nó, đặt một mảnh vải len lên trên đĩa có kích thước bằng với đĩa đó. Trên cùng của đĩa mô được đặt một đĩa dẫn điện khác, giống như trên thanh điện kế, nhưng được trang bị một tay cầm điện môi.

Giữ tay cầm, người thí nghiệm di chuyển đĩa phía trên nhiều lần, cọ xát nó với đĩa mô nói trên nằm trên đĩa của thanh điện kế, sau đó di chuyển nó ra xa điện kế. Kim của điện kế lệch đi khi lấy đĩa ra và giữ nguyên vị trí đó. Điều này cho thấy rằng một điện tích đã phát triển trên vải len và trên đĩa gắn với thanh điện kế.

Sau đó, đĩa có tay cầm được tiếp xúc với điện kế thứ hai, nhưng không có đĩa gắn vào nó, và người ta quan sát thấy kim của nó bị lệch một góc gần bằng với kim của điện kế thứ nhất.

Thí nghiệm cho thấy rằng cả hai đĩa trong quá trình điện khí hóa đều nhận được điện tích của cùng một mô-đun. Nhưng dấu hiệu của những lời buộc tội này là gì? Để trả lời câu hỏi này, các điện kế được nối với nhau bằng một sợi dây. Các kim của điện kế sẽ ngay lập tức trở về vị trí 0 như trước khi thí nghiệm bắt đầu. Điện tích được trung hòa, nghĩa là điện tích trên các đĩa có độ lớn bằng nhau nhưng ngược dấu và tổng thể bằng 0, như trước khi thí nghiệm bắt đầu.

Các thí nghiệm tương tự cho thấy rằng trong quá trình điện khí hóa, tổng điện tích của các vật thể được bảo toàn, nghĩa là nếu tổng điện tích bằng 0 trước khi điện khí hóa, thì tổng điện tích sẽ bằng 0 sau khi điện khí hóa... Nhưng tại sao điều này lại xảy ra? Nếu bạn chà một thanh gỗ mun lên một miếng vải, nó sẽ nhiễm điện âm và mảnh vải nhiễm điện dương, và đây là một sự thật ai cũng biết. Sự dư thừa electron được hình thành trên ebonit khi cọ xát trên len và sự thiếu hụt tương ứng trên vải.

Các điện tích sẽ bằng nhau về mô đun, bởi vì có bao nhiêu electron đã truyền từ tấm vải sang ebonite, thì ebonite đã nhận một điện tích âm như vậy và cùng một lượng điện tích dương đã hình thành trên tấm bạt, bởi vì các electron đã rời khỏi tấm vải. vải là điện tích dương trên vải. Và lượng electron dư thừa trên ebonit chính xác bằng lượng electron thiếu trên vải. Các điện tích trái dấu nhưng bằng nhau về độ lớn. Rõ ràng, điện tích đầy đủ được bảo toàn trong quá trình điện khí hóa; nó bằng không trong tổng số.

Hơn nữa, ngay cả khi các điện tích trên cả hai vật thể khác không trước khi điện khí hóa, thì tổng điện tích vẫn giống như trước khi điện khí hóa. Đã biểu thị điện tích của các vật trước tương tác của chúng là q1 và q2, và điện tích sau tương tác là q1' và q2', thì đẳng thức sau sẽ đúng:

q1 + q2 = q1 ' + q2'

Điều này ngụ ý rằng đối với bất kỳ tương tác nào của các vật thì tổng điện tích luôn được bảo toàn. Đây là một trong những định luật cơ bản của tự nhiên, định luật bảo toàn điện tích. Benjamin Franklin phát hiện ra nó vào năm 1750 và đưa ra các khái niệm "điện tích dương" và "điện tích âm". Franklin và đề xuất biểu thị các điện tích trái dấu bằng dấu «-» và «+».

trong điện tử Quy tắc Kirchhoff vì dòng điện tuân theo định luật bảo toàn điện tích. Sự kết hợp giữa dây dẫn và linh kiện điện tử được thể hiện dưới dạng một hệ thống mở. Tổng dòng điện tích vào một hệ thống nhất định bằng tổng dòng điện tích ra khỏi hệ thống đó. Quy tắc Kirchhoff giả định rằng một hệ thống điện tử không thể thay đổi đáng kể tổng điện tích của nó.

Công bằng mà nói, chúng tôi lưu ý rằng thử nghiệm thực nghiệm tốt nhất về định luật bảo toàn điện tích là tìm kiếm các phân rã như vậy của các hạt cơ bản sẽ được cho phép trong trường hợp bảo toàn điện tích không nghiêm ngặt. Sự phân rã như vậy chưa bao giờ được quan sát thấy trong thực tế.

Các cách khác để điện khí hóa các cơ thể vật lý:

1. Nếu nhúng tấm kẽm vào dung dịch axit sunfuric H2SO4 thì kẽm sẽ tan một phần trong đó. Một số nguyên tử trên tấm kẽm, để lại hai electron của chúng trên tấm kẽm, sẽ đi vào dung dịch với một loạt axit ở dạng ion kẽm tích điện kép. Kết quả là tấm kẽm sẽ tích điện âm (dư electron) và dung dịch axit sunfuric sẽ tích điện dương (dư ion kẽm dương). Tính chất này được ứng dụng để điện phân kẽm trong dung dịch axit sunfuric trong một tế bào điện là quá trình chính của sự xuất hiện của năng lượng điện.

2. Nếu tia sáng chiếu vào bề mặt kim loại như kẽm, xêzi và một số kim loại khác thì êlectron tự do bứt ra khỏi các bề mặt này ra môi trường. Kết quả là, kim loại được tích điện dương và không gian xung quanh nó được tích điện âm. Sự phát xạ của các electron từ bề mặt được chiếu sáng của một số kim loại được gọi là hiệu ứng quang điện, đã tìm thấy ứng dụng trong các tế bào quang điện.

3. Nếu nung nóng vật kim loại đến trạng thái tỏa nhiệt trắng thì các êlectron tự do sẽ bay từ bề mặt của nó vào không gian xung quanh.Do đó, kim loại bị mất electron sẽ được tích điện dương và môi trường xung quanh mang điện âm.

4. Nếu bạn hàn các đầu của hai dây khác nhau, chẳng hạn như bismuth và đồng, rồi làm nóng mối nối của chúng, thì các electron tự do sẽ truyền một phần từ dây đồng sang bismuth. Kết quả là, dây đồng sẽ được tích điện dương, trong khi dây bitmut sẽ được tích điện âm. Hiện tượng nhiễm điện của hai vật thể khi chúng hấp thụ nhiệt năng sử dụng trong cặp nhiệt điện.

Hiện tượng gắn liền với sự tương tác của các vật nhiễm điện gọi là hiện tượng điện.

Tương tác giữa các vật nhiễm điện được xác định bởi cái gọi là Lực điện khác với các lực có bản chất khác ở chỗ chúng làm cho các vật tích điện đẩy và hút nhau, bất kể tốc độ chuyển động của chúng.

Theo cách này, tương tác giữa các vật thể tích điện khác nhau, chẳng hạn, với lực hấp dẫn, chỉ được đặc trưng bởi lực hút của các vật thể, hoặc từ các lực có nguồn gốc từ tính, phụ thuộc vào tốc độ chuyển động tương đối của các điện tích, gây ra từ trường. hiện tượng.

Kỹ thuật điện chủ yếu nghiên cứu các quy luật biểu hiện bên ngoài các tính chất của các vật thể nhiễm điện - quy luật điện từ trường.

Chúng tôi hy vọng rằng bài viết ngắn này đã cung cấp cho bạn ý tưởng chung về sự nhiễm điện của các vật thể và bây giờ bạn đã biết cách xác minh bằng thực nghiệm định luật bảo toàn điện tích bằng một thí nghiệm đơn giản.