علوم پایه, فیزیک 5255 بازدید

اکثر اجسام از نظر الکتریکی خنثی هستند به این معنی که تعداد بارهای مثبت و منفی آن‌ها برابر است. برای باردار کردن یک جسم باید تعادل بارهای مثبت و منفی را از بین ببریم. برای از بین بردن این تعادل سه روش وجود دارد که شامل اصطکاک، رسانش و القای بار الکتریکی هستند. در این مطلب در مورد القای بار الکتریکی صحبت خواهیم کرد.

باردار کردن اجسام

باردار کردن اجسام از طریق فرآیند اصطکاک شامل مالش یک ذره به ذره دیگر و در نتیجه انتقال الکترون از یک سطح به سطح دیگر است، این روش برای باردار کردن نارساناها کاربرد دارد.

باردار کردن اجسام از طریق اصطکاک
تصویر ۱: در ابتدا میله و پارچه هر دو بدون بار هستند، با مالش و ایجاد اصطکاک بین پارچه و میله، میله فلزی الکترون از دست می‌دهد و بار آن مثبت می‌شود و پارچه الکترون می‌گیرد و بار آن منفی خواهد شد.

باردار کردن مواد از طریق فرآیند رسانش شامل لمس یک ذره باردار با یک رسانا است. به این ترتیب بارها از مواد باردار به رسانا منتقل می‌شوند. این روش برای باردار کردن رساناها کاربرد دارد.

باردار کردن اجسام از طریق رسانش
تصویر ۲: باردار کردن اجسام از طریق رسانش. در این روش جسمی که قصد باردار کردن آن را داریم باید رسانا باشد.

سرانجام روش القایی یک روش باردار کردن اجسام است که از طریق آن می‌توان یک شی را باردار کرد بدون اینکه آن شی جسم دیگری را لمس کند. باردار کردن اجسام با فرایند القایی بدین صورت است که ذره باردار در نزدیکی ماده رسانای بدون بار که بر روی یک جسم خنثی است قرار می‌گیرد. در این حالت بار الکتریکی بین دو جسم جریان می‌یابد و ماده رسانای خنثی بعد از مدتی دارای بار الکتریکی مخالف بارالکتریکی ذره باردار ابتدایی می‌شود.

القای الکتریکی
تصویر ۳: روش القای بار الکتریکی برای باردار کردن اجسام

برای آشنایی بیشتر با مفهوم بار الکتریکی در فیزیک، می‌توانید آموزش فیزیک ۲ دانشگاه را که توسط فرادرس ارائه شده است مشاهده کنید. لینک این آموزش در ادامه آورده شده است.

روش القای بار الکتریکی چیست؟

منظور از القای بار الکتریکی باردار کردن اجسام بدون برخورد دو جسم با یکدیگر است. این روش بیان می‌کند که در حضور یک جسم باردار در یک رسانای منزوی از یک سر بار مثبت و از طرف دیگر بار منفی ایجاد می‌شود. این کشف توسط دانشمند بریتانیایی، «جان کانتون» (John Canton)، در سال 1753 و پروفسور سوئدی، «یوهان کارل ویلکا» (Johan Carl Wilcke)، در سال 1762 اعلام شد.

باردار کردن دو کره با کره‌ای با بار منفی

در این روش در ابتدا دو کره داریم که در تماس با یکدیگر و زمین بوده و از لحاظ الکتریکی خنثی هستند. سپس کره‌ای با بار منفی را به یکی از کره‌ها نزدیک می‌کنیم که سبب می‌شود بارالکتریکی مثبت در کره نزدیکتر به بارمنفی ایجاد شود و بارهای منفی در کره‌ دیگر که از کره باردار منفی دور است تجمع کنند. دلیل نزدیک شدن بارهای غیرهمنام و دور شدن بارهای همنام قانون کولن است. براساس این قانون بارهای همنام یکدیگر را دفع و بارهای غیرهمنام یکدیگر را جذب می‌کنند.

حالا دو کره‌ای که در ابتدا در تماس با یکدیگر بودند از هم دور کرده و در نهایت کره باردار که در شکل با رنگ قرمز نشان داده شده است را از کره دور می‌کنیم. به این ترتیب یکی از کره‌ها دارای بار مثبت و کره دیگر دارای بار منفی می‌شود. مراحل کار در شکل زیر نمایش داده شده است.

باردارکردن دو کره از طریق رسانش
تصویر ۴: باردارکردن دو کره از طریق رسانش

اگر همین فرآیند را با کره‌ای با بار مثبت انجام دهیم بار کره‌ها عکس می‌شود. این موضوع در شکل زیر نمایش داده شده است.

باردار کردن دو کره از طریق القای الکتریکی
تصویر ۵: باردار کردن دو کره از طریق القای بار الکتریکی

قانون پایستگی بار الکتریکی در روند القای بار الکتریکی برقرار است. قبل از شروع فرآیند القا بار الکتریکی کل سیستم صفر بود یعنی تعداد پروتون‌ها و الکترون‌ها در دو کره یکسان بوده، الکترون‌ها از کره A به کره B منتقل شده و باردار می‌شوند. تعداد بار مثبت روی کره A برابر با تعداد بار منفی روی کره B است. اگر کره A دارای 1000 واحد بار مثبت باشد کره B نیز دارای 1000 واحد بار منفی است.

تعیین بار کلی سیستم صرفاً جمع بارهای مربوط به یک کره است زیرا بار کلی دو کره = (مثبت) 1000 واحد + (منفی) 1000 واحد = 0 واحد است. بنابراین می‌توان گفت که بار نه ایجاد می‌شود و نه از بین می‌رود و تنها و به سادگی به شکل الکترون از یک جسم به جسم دیگر منتقل می‌شود.

کاربرد القای بار الکتریکی

از کاربردهای القای بار الکتریکی می‌توان به مولد واندوگراف و ماشین «ویرمهورست» (Wirmhurst) اشاره کرد. در مطلب مربوط به مولد واندوگراف بیان کردیم که آقای واندوگراف این مولد را برای تأمین انرژی لازم شتاب دهنده‌های ذرات اولیه اختراع کرد.

ماشین ویرمهورست
تصویر ۶: کاربرد القای الکتریکی در ماشین ویرمهورست

ماشین ویرمهورست به نام مخترع انگلیسی آن «جیمز ویرمهورست» (James Wimshurst)  که آن را در اوایل دهه 1880 برای تولید برق با ولتاژ بالا اختراع کرد، نامگذاری شد. این دستگاه می‌تواند به راحتی اختلاف پتانسیل بین 50 تا 60 هزار ولت را ایجاد کند.

الکتروسکوپ

الکتروسکوپ ابزاری برای تشخیص وجود بار الکتریکی یا تابش‌های یون است و معمولاً متشکل از یک جفت ورقه نازک طلا است که از طریق یک صفحه رسانای الکتریک در یک ظرف عایق آویزان شده است.

الکتروسکوپ
تصویر ۷: تصویر یک الکتروسکوپ

با نزدیک شدن یا لمس یک بار الکتریکی به صفحه رسانا، بار الکتریکی در ورقه‌های طلا القا می‌شود و هر دو ورقه دارای بارهمنام شده و در یک زاویه از هم جدا می‌شوند، زیرا طبق قانون کولن بارهای الکتریکی مشابه یکدیگر را دفع می‌کنند.

فرآیند تشخیص باردار بودن یا غیرباردار بودن یک جسم در الکتروسکوپ
تصویر ۸: فرآیند تشخیص باردار بودن یا غیرباردار بودن یک جسم در الکتروسکوپ

در حقیقت الکتروسکوپ یک آشکارساز است که با استفاده از القای الکترواستاتیک بار یک جسم را تشخیص می‌دهد. همچنین الکتروسکوپ می‌تواند قطبش جسم باردار را تعیین کند.

کاربرد الکتروسکوپ

موارد زیر کاربردهای الکتروسکوپ است:

  1. برای تشخیص باردار بودن یک جسم استفاده می‌شود.
  2. نوع بارهای الکتریکی را می‌توان با استفاده از الکتروسکوپ تعیین کرد.
  3. اندازه دو بار مختلف را می‌توان با استفاده از الکتروسکوپ مقایسه کرد.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

سارا داستان (+)

«سارا داستان»، دکتری فیزیک نظری از دانشگاه گیلان دارد. او به فیزیک بسیار علاقه‌مند است و در زمینه‌ متون فیزیک در مجله فرادرس می‌نویسد.

بر اساس رای 26 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

2 نظر در “القای بار الکتریکی — به زبان ساده

  1. با سلام. بنده یه سوال داشتم اگه میشه جوابشو ایمیل کنین برام یا همینجا ریپلای کنین. اینکه آیا در روش القا اندازه کره ها مهم است؟ چون در روش تماس مهم بود و کره بزرگتر بار بیشتری می گرفت

    1. سلام، وقت شما بخیر؛

      در روش القای الکتریکی بار الکتریکی از بیرون وارد سیستم شما نمی‌شود. تنها اتفاقی که رخ می‌دهد این است که شما یک جسم باردار را به یک جسم خنثی از لحاظ بار الکتریکی نزدیک می‌کنید و به دلیل قانون کولمب بارهای همنام از یکدیگر دور شده و بارهای غیرهمنام به هم جذب می‌شوند.
      حال هر چه جسمی که به کره‌ها نزدیک می‌کنید بار الکتریکی بیشتری داشته باشد می‌تواند بارهای مخالف بیشتری را از هم جدا کند و کره‌های خنثی بار الکتریکی بیشتری در انتهای فرآیند خواهند داشت.

      از اینکه با مجله فرادرس همراه هستید از شما بسیار سپاسگزاریم.

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *