بار الکتریکی چیست چه نقشی در الکتریسیته ساکن دارد و چگونه محاسبه می شود

همه اجسام از اتم ها تشکیل شده اند و اتم ها شامل الکترون (بار منفی)، پروتون (بار مثبت) و نوترون (بدون بار یا خنثی) هستند. بنابراین همه اجسام را می توان از نظر بار الکتریکی بررسی کرد. در صورتی که در یک جسم تعداد پروتون بیشتر از تعداد الکترون بود، آن جسم را از نظر الکتریکی، مثبت می نامیم و اگر تعداد الکترون های آن بیشتر از تعداد پروتون بود آن جسم را منفی می نامیم. در صورتی که تعداد الکترون ها و پروتون ها برابر باشند، جسم خنثی است.

نیروی بین بارهای الکتریکی

اجسام دارای بار الکتریکی، به یکدیگر نیرو وارد می کنند. دو جسم با بارهای همنام یکدیگر را دفع می کنند (نیروی رانشی) و دو جسم با بارهای ناهمنام یکدیگر را جذب می کنند (نیروی ربایشی). اندازه این نیروی دافعه یا جاذبه با استفاده از قانون کولن بدست می آید.

در شکل زیر دو میله شیشه ای را با پارچه ابریشمی مالش می دهیم. این عمل موجب می شود تعدادی الکترون از شیشه به ابریشم منتقل می شود. یعنی توازن بین بارهای مثبت و منفی شیشه بهم می ریزد و تعداد بارهای مثبت آن بیشتر از تعداد بارهای منفی آن می شود و می توانیم بگوییم میله های شیشه ای دارای بار مثبت شده اند. چون شیشه الکترون از دست داده است. حال اگر یکی از میله ها را آویزان کنیم و میله دیگر را به آن نزدیک کنیم، چون دو میله دارای بار مثبت هستند یکدیگر را دفع کرده و موجب چرخش میله آویزان می شود.

حال اگر یک میله پلاستیکی را با پارچه پشمی مالش دهیم، تعدادی الکترون از پارچه پشمی به میله پلاستیکی منتقل می شود و تعداد الکترون های میله پلاستیکی بیشتر از تعداد پروتون های آن می شود. بنابراین میله پلاستیکی دارای بار منفی می شود. اگر میله شیشه ای با بار مثبت را به میله پلاستیکی آویزان شده با بار منفی،نزدیک کنیم، چون دو میله دارای بارهای ناهمنام هستند یکدیگر را جذب می کنند.

اما از کجا بفهمیم با تماس دو جسم کدام دارای بار مثبت و کدام دارای بار منفی می شود. را ه اول استفاده از برق نما (الکتروسکوپ) است که در دوره متوسطه اول آن را آموخته اید و در زیر می توانید ویدیو آموزشی از کاربرد های آن را بیاموزید. راه دوم با استفاده از جدول سری الکتریسیته مالشی است.

ویدیو آموزشی کاربردهای الکتروسکوپ

مشاهده در یوتیوب | مشاهده در آپارات

کاربرد سری الکتریسیته مالشی

با توجه به جدول تریبوالکتریک یا سری الکتریسیته مالشی زیر، هر چه به سمت انتهای منفی سری می رویم اجسام الکترون خواهی بیشتری دارند. مثلا در تماس تفلون با نایلون، الکترون ها از نایلون به تفلون منتقل می شوند و تفلون دارای بار منفی و نایلون دارای بار مثبت می شود.

اصل پایستگی بار الکتریکی

مجموع جبری همه بارهای الکتریکی در یک دستگاه منزوی ثابت است. یعنی بار می تواند از جسمی به جسم دیگر منتقل شود، ولی هرگز امکان تولید یا نابودی یک بار خالص وجود ندارد. تا کنون هیچ آزمایشی این اصل را نقض نکرده است.

اصل کوانتیده بودن بار الکتریکی

در تجربه هایی مانند مالش اجسام به یکدیگر اگر جسم خنثی الکترون بدست آورد یا از دست بدهد، همواره بار الکتریکی مشاهده شده جسم، مضرب درستی از بار بنیادی e است.

یکای بار الکتریکی در SI کولن است که ان را با علامت C نشان می دهیم. یک کولن مقدار بزرگی است. مثلا در یک آذرخش، باری از مرتبه ۱۰ کولن به زمین منتقل می شود. از اینرو در این فصل اغلب با بارهایی از مرتبه میکروکولن و نانو کولن سرو کار داریم.

یک مثال آشنا از کوانتیده بودن یک کمیت، تعداد دانش آموزان یک کلاس یا تعداد تخم مرغ های درون یک ظرف است. برای مثال ما نمی توانیم ۲۴٫۳ دانش آموز در یک کلاس و یا ۱۲٫۴ تخم مرغ در یک ظرف داشته باشیم.

نکات مهم فرمول بالا:

استفاده از علامت مثبت فرمول زمانی است که جسم الکترون از دست بدهد یا بخواهید بار الکتریکی هسته اتم را بدست آورید.
استفاده از علامت منفی فرمول زمانی است که جسم الکترون بگیرد یا بخواهید مقدار بار الکتریکی منفی اتم را حساب کنید.
دقت داشته باشید هر اتم در حالت عادی خنثی است، یعنی تعداد الکترون ها و پروتون های آن با هم برابر است.
اندازه بار الکتریکی یک الکترون و یک پروتون با هم برابر است.

ویدیو آموزشی مبحث بار الکتریکی

مشاهده در یوتیوب | مشاهده در آپارات

مثال هایی از محاسبه بار الکتریکی

مثال ۱: وقتی روی فرش راه می روید و بدنتان بار الکتریکی پیدا می کند، هنگام دست دادن با دوستتان، ممکن است با انتقال باری در حدود ۱ نانوکولن به او شوک خفیفی وارد کنید. در این انتقال بار، حدود چند الکترون بین شما و دوستتان منتقل شده است؟

مثال ۲: الف) عدد اتمی اورانیوم Z=92 است. بار الکتریکی هسته اتم اورانیوم چقدر است؟ ب) مجموع بار الکتریکی الکترون های اتم اورانیوم (خنثی) چه مقدار است؟ پ) بار الکتریکی اتم اورانیوم چقدر است؟