ماهیت و انواع بارهای الکتریکی

اولین بار الکتریکی کشف شده، بار الکتریکی الکترون چیست و چه ویژگی هایی دارد؟ بار الکتریکی خاصیت اصلی هر ماده ای است که توسط برخی از ذرات بنیادی حمل می شود و نحوه تأثیرگذاری ذرات توسط میدان های الکتریکی یا مغناطیسی را کنترل می کند. بار الکتریکی که می تواند مثبت یا منفی باشد در واحدهای طبیعی جداگانه ایجاد می شود و نه ایجاد می شود و نه از بین می رود.ویژگی های بار الکتریکی بارهای الکتریکی دو نوع کلی مثبت و منفی هستند. دو جسمی که بیش از یک نوع بار دارند، زمانی که نسبتاً نزدیک به یکدیگر باشند، نیروی دافعه اعمال می کنند. دو جسمی که بارهای بسیار مخالف دارند، یکی دارای بار مثبت و دیگری دارای بار منفی، زمانی که نسبتاً نزدیک باشند یکدیگر را جذب می کنند، علاوه بر وجود دو نوع بار، چندین خاصیت بار دیگر نیز کشف شده است. برای تشخیص جسم باردار و نوع بار و رسانایی اجسام از وسیله ای به نام الکتروسکوپ استفاده می شود.بار الکتریکی کوانتیزه به این معنی است که بار الکتریکی در مقادیر گسسته و کمترین مقدار برای جسم وجود دارد.در سیستم SI، این کمترین مقدار استهیچ ذره آزاد نمی تواند بار کمتر از این داشته باشد و بنابراین بار هر جسمی (بار تمام اجسام) باید مضربی صحیح از این مقدار باشد. تمام اجسام باردار ماکروسکوپیک دارای بار هستند زیرا الکترون ها به آنها اضافه یا حذف می شوند و در نتیجه یک بار خالص ایجاد می شود. بار الکتریکی یکی از مشخصه های اصلی ماده پایدار الکتریکی است، نمی توان آن را ایجاد کرد یا از بین برد، بار الکتریکی فقط می تواند از یک مکان به مکان دیگر، از یک جسم به جسم دیگر منتقل شود. اغلب، ما در مورد دو اتهام “لغو” صحبت می کنیم. این مخفف لفظی است، یعنی; که اگر دو جسم با بارهای مساوی و مخالف از نظر فیزیکی به هم نزدیک باشند، نیروهای (جهت مخالف) اعمال شده به برخی اجسام باردار دیگر با نیروی خالص صفر خنثی می شوند. مهم است که درک کنید که بارهای روی اشیاء به هیچ وجه ناپدید نمی شوند. بار خالص جهان ثابت است. بار الکتریکی در سیستم های بسته حفظ می شود. اساساً، اگر بار منفی از روی میز آزمایشگاه شما ناپدید شود و دوباره در ماه ظاهر شود، بار همچنان حفظ می شود.با این حال این هرگز اتفاق نمی افتداگر کل شارژ در سیستم محلی شما روی میز آزمایشگاه در حال تغییر است، یک جریان قابل اندازه گیری شارژ به داخل یا خارج از سیستم رخ می دهد. بار دیگر، بارهای الکتریکی می توانند حرکت کنند و اثرات آنها می تواند از بین برود، اما بار الکتریکی خالص در محیط محلی خود حفظ می شود (اگر بسته باشد). دو مورد آخر به عنوان قانون بقای بار الکتریکی شناخته می شوند. منبع بار الکتریکی: ساختار اتم. وقتی مشخص شد که همه مواد از ذراتی به نام اتم تشکیل شده اند، او به سرعت متوجه شد که اجزای تشکیل دهنده اتم نیز شامل ذرات دارای بار مثبت و منفی هستند. سوال بعدی این بود که خواص فیزیکی ذرات باردار الکتریکی چیست؟ منبع بار الکتریکی الکترون با بار منفی اولین ذره ای بود که کشف شد. در سال 1897، فیزیکدان انگلیسی جی. تامسون در حال مطالعه بر روی پرتوهای کاتدی بود. چند سال قبل، ویلیام کروکس، فیزیکدان انگلیسی نشان داده بود که این “پرتوها” دارای بار منفی هستند، اما آزمایشات او بیش از این نمی تواند بگوید.این واقعیت که آنها بار الکتریکی منفی را حمل می کردند، دلیل محکمی بود که آنها اصلاً صاعقه نبودند، بلکه ذرات بودند.تامسون پرتو خالصی از این ذرات تهیه کرد و آنها را از میان میدان های الکتریکی و مغناطیسی متقاطع فرستاد و قدرت میدان ها را تغییر داد تا اینکه انحراف خالص پرتو به صفر رسید. او از طریق این آزمایش توانست رابطه بار-جرم را تعیین کند. از ذره . این رابطه نشان داد که جرم ذره بسیار کوچکتر از هر ذره دیگری است که قبلاً شناخته شده بود. در واقع 1837 برابر کوچکتر. در نهایت این ذره الکترون پروتون نام گرفت. از آنجایی که کل اتم از نظر الکتریکی خنثی است، سؤال بعدی این بود که بارهای مثبت و منفی در داخل اتم چگونه توزیع می شوند. خود تامسون تصور می‌کرد که الکترون‌های آن در خمیری با بار مثبت که در کل حجم اتم پخش شده است، جاسازی شده‌اند. با این حال، در سال 1908، ارنست رادرفورد فیزیکدان نیوزلندی نشان داد که بارهای مثبت اتم در یک هسته کوچک – به نام “هسته” – وجود دارد که تنها بخش بسیار کمی از حجم کل اتم را اشغال می کند، اما بیش از 99 بار. درصد جرم مهار شده است. دومین بار الکتریکی که کشف شد، پروتون بود. علاوه بر این، او نشان داد که الکترون های با بار منفی دائماً به دور این هسته می چرخند و نوعی ابر باردار الکتریکی را تشکیل می دهند که هسته را احاطه کرده است.رادرفورد به این نتیجه رسید که هسته از ذرات کوچک و بزرگی تشکیل شده است که آنها را پروتون نامید. از آنجایی که مشخص بود اتم های مختلف دارای جرم های متفاوتی هستند و اتم ها معمولاً از نظر الکتریکی خنثی هستند، طبیعی بود که فرض کنیم اتم های مختلف دارای جرم های متفاوتی هستند. در هسته آن تعداد پروتون های مختلفی وجود دارد و در اطراف هسته با بار مثبت تعداد مساوی الکترون با بار منفی در گردش است، به طوری که نوترون ها به طور کلی از نظر الکتریکی خنثی هستند. با این حال، به زودی کشف شد که اگرچه سبک ترین اتم، هیدروژن، در واقع دارای یک پروتون منفرد است، اما سنگین ترین اتم بعدی، هلیوم، دو برابر بیشتر پروتون (دو)، اما چهار برابر جرم هیدروژن دارد. راز در سال 1932 توسط این روش حل شد. فیزیکدان انگلیسی جیمز چادویک و با کشف نوترون. نوترون اساساً یک دوقلو از نظر الکتریکی خنثی از پروتون است، بدون بار الکتریکی، اما (تقریبا) همان جرم پروتون. بنابراین، هسته هلیوم دارای دو نوترون به همراه دو پروتون آن است، آزمایش‌های بعدی نشان داد که اگرچه نوترون عموماً از نظر الکتریکی خنثی است، اما ساختار بار داخلی دارد.همچنین، اگرچه جرم نوترون و پروتون تقریباً یکسان است، اما دقیقاً یکسان نیستند: جرم نوترون کمی بیشتر از جرم پروتون است.تصویر نهایی اتم در سال 1932، تصویر اتم یک هسته ریز و عظیم بود که از ترکیبی از پروتون ها و نوترون ها ساخته شده بود که توسط مجموعه ای از الکترون های متحرک احاطه شده بود. نوعی “ابر” با بار منفی در اطراف هسته تشکیل داد. داستان اتم به همین جا ختم نمی شود. در پایان قرن بیستم، ذرات زیراتمی بسیاری در هسته اتم کشف شد، از جمله پیون‌ها، نوترینوها و کوارک‌ها. به استثنای فوتون، هیچ یک از این ذرات به طور مستقیم با مطالعه الکترومغناطیس مرتبط نیستند، بنابراین در اینجا بیشتر به آنها نخواهیم پرداخت. . . شارژ روی هسته الکترون های بسیار کم جرم را می توان کم و بیش به راحتی از یک اتم اضافه یا حذف کرد و بار خالص اتم را تغییر داد (البته بدون تغییر نوع آن). هر اتم باردار یون نامیده می شود، اتمی که بار آن به این شکل تغییر کرده است یون نامیده می شود.الکترون ها در یون های مثبت حذف می شوند، الکترون های اضافی در یون های منفی اضافه می شوندما همچنین از این اصطلاح برای توصیف مولکول هایی استفاده می کنیم که از نظر الکتریکی خنثی نیستند.نکته ای در مورد اصطلاحات همانطور که قبلا ذکر شد، بار الکتریکی خاصیتی است که یک جسم می تواند داشته باشد. همانطور که یک جسم می تواند خاصیتی داشته باشد که آن را جرم، خاصیتی که آن را چگالی می نامیم، خاصیتی که آن را دما و غیره می نامیم. بار الکتریکی معمولاً با اعداد بیان می شود، ممکن است بار را با اعداد بشماریم. مثلاً هفت برابر منفی یا دو برابر مثبت فرض کنید. توجه داشته باشید که بار یک ذره نیست. بلکه خاصیت ذره است. با این حال، این اصطلاح بسیار رایج است و اغلب در کتاب‌هایی در این زمینه استفاده می‌شود، بنابراین به خاطر داشته باشید که وقتی به «بار» اشاره می‌کنیم، واقعاً منظورمان چیست.