Законът на Кулон

Електромагнетизъм

Дейности

Електричество чрез триене. Електрофорът

Древните гърци вече са знаели, че кехлибарът, натрит с вълна, придобива свойството да привлича леки тела.

Всички сме запознати с въздействието на статичното електричество, дори някои хора са по-податливи на неговото влияние от други. Някои потребители на автомобила усещат ефектите му при заключване с ключ (заострен метален предмет) или чрез докосване на автомобилния лист.

Ние създаваме статично електричество, когато разтриваме химикалка върху дрехите си. След това проверяваме дали писалката привлича малки парченца хартия. Същото може да се каже, когато търкаме стъкло с коприна или кехлибар с вълна.

За да обясним как възниква статичното електричество, трябва да помислим, че материята е изградена от атоми и атоми на заредени частици, ядро, заобиколено от облак от електрони. Обикновено материята е неутрална, има еднакъв брой положителни и отрицателни заряди.

Някои атоми по-лесно губят електроните си, отколкото други. Ако даден материал има тенденция да губи част от своите електрони, когато влезе в контакт с друг, се казва, че е по-положителен в трибоелектричната серия. Ако даден материал има тенденция да улавя електрони, когато влезе в контакт с друг материал, този материал е по-отрицателен в трибоелектричните серии.

Ето няколко примера за материали, подредени от най-положителни до най-отрицателни:

Заешка козина, стъкло, човешка коса, найлон, вълна, коприна, хартия, памук, дърво, кехлибар, полиестер, полиуретан, винил (PVC), тефлон.

Стърканото с коприна стъкло причинява разделяне на зарядите, тъй като и двата материала заемат различни позиции в трибоелектричната серия, същото може да се каже и за кехлибар и стъкло. Когато два непроводящи материала влязат в контакт, един от материалите може да улови електрони от другия материал. Размерът на заряда зависи от естеството на материалите (от тяхното разделяне в трибоелектричните серии) и от площта на повърхността, която влиза в контакт. Друг включен фактор е състоянието на повърхностите, независимо дали са гладки или грапави (контактната повърхност е малка). Влагата или примесите на повърхностите осигуряват път за рекомбинация на зарядите. Наличието на примеси във въздуха има същия ефект като влажността.

Ще забележим, че триенето на писалката с дрехите привлича парченца хартия. При преживяванията в класната стая се търкат различни материали, стъкло с коприна, кожа и др. Електрифицирани топчета от бъз се използват за показване на двата класа заряди и техните взаимодействия.

От тези експерименти се заключава, че:

Материята съдържа два вида електрически заряди, наречени положителни и отрицателни. Незаредените обекти имат равни количества от всеки вид заряд. Когато тялото трие, зарядът се прехвърля от едното тяло в другото, едното от тях придобива излишък от положителен заряд, а другото - излишък от отрицателен заряд. При всеки процес, който се случва в изолирана система, общото или нетното натоварване не се променя.
Предмети, натоварени с такси от същия знак, отблъскват.
Обектите, заредени с такси от различни знаци, привличат.

Електрофорът

Йоханес Уилке е изобретил електрофора, който по-късно е усъвършенстван от Алесандро Волта. Това устройство беше широко разпространено в лаборатории, провеждащи електростатични експерименти, тъй като беше лесен за използване източник на заряд.

Зарядът се генерира чрез триене на изолираща повърхност, например, направена от тефлон, която се представя много добре, тъй като е отличен изолатор и е лесна за почистване и поддръжка. Знакът на заряда зависи от естеството на изолационната повърхност и материала, използван за разтриването му. Предполагаме, че отрицателен заряд се разпределя върху повърхността на изолационния материал.

Зарядът в проводника се генерира чрез индукция, положителните заряди се привличат в частта на проводника, която е най-близо до изолационната повърхност, а отрицателните се отблъскват. Дори ако проводникът влезе в контакт с изолационната повърхност, към проводника не се прехвърля отрицателен заряд. По принцип проводникът може да се зареди неограничен брой пъти, като се повтарят стъпките, показани на чертежа.
Горната част на проводника се довежда до контакт със земята, чрез докосване с пръст или чрез директно свързване към земята с жица. Отрицателните заряди се неутрализират, докато положителните заряди остават в долната част на проводника.
Проводникът се отдалечава от изолационната повърхност, положителният заряд се преразпределя върху повърхността на проводника, докато се достигне равновесие.
И накрая, проводникът влиза в контакт с електроскопа, който показва заряда на проводника.

Преди да повторите тези стъпки, е необходимо да разредите проводника и електроскопа, като ги поставите в контакт със земята. Процедурата може да се повтори, без да е необходимо повторно триене на изолационната повърхност. Причината е, че триещият се заряд е свързан с изолационната повърхност, не може да бъде преразпределен в изолатора, нито може да бъде прехвърлен към проводника. Комбинацията от неподвижния заряд в изолатора, свободното движение на зарядите в проводника и прехвърлянето на заряди, когато той влезе в контакт със земята, е това, което прави електрофора непрекъснато зареждащо устройство.