الکترون آزاد
 
 دراجسام فلزی الکترونها به راحتی از اتمهای خود جدا می شوند و در درون جسم به حرکت درمی آیند و موجب رسانایی الکتریکی می شوند. این الکترونها را الکترنهای آزاد می نامند.

س: اجسام رسانا و نارسانای الکتریکی چگونه اند؟
 
ج: پاره ای از مواد مثل فلزات به راحتی الکتریسیته را از خود عبور می دهند. در این مواد الکترونها با دریافت اندکی انرژی از اتمهای خود کنده شده و به حرکت در می آیند. این مواد را رسانای الکتریکی می نامند. اما پاره ای مواد دیگر مثل چوب و پلاستیک الکتریسیته را به راحتی از خود عبور نمی دهند.
الکترونهای این مواد برای کنده شده از اتمهایشان به انرژی زیادی نیاز دارند و به این علت به حرکت در آوردن آنها خیلی مشکل است. اینگونه مواد را نارسانای الکتریکی می گویند.
 
 
        وسیله های آزمایش : میله ی مسی - پارچه - الکترو سکوپ .

        یک میله ی مسی کوچک را گرفته و تلاش کنید که با مالش دادن آن توسط یک پارچه ، در آن بار الکتریکی ایجاد کنید . آیا بار الکتریکی در آن ایجاد می شود ؟ چرا

    - برای اطمینان ، میله ی مسی را پس از مالش ، به کلاهک الکتروسکوپ بدون باری تماس دهید و مشاهده ی خود را بنویسید .
    

جواب: در اثر مالش  میله مسی با پارچه در آن بار الکتریکی ایجاد می شود. اما به دلیل رسانا بودن  میله و نیز دست ما، بارهای آن از طریق دست و بدن ما به زمین منتقل می شوند. در  این حالت اگر میله را به کلاهک الکتروسکوپ بدون باری تماس دهیم ورقه های آن حرکت نمی کنند.   

1-    چرا آزمایش های الکتریسیته ساکن در روزهای سرد و خشک، نتیجه بهتری می دهد؟
    

2-    چرا در بعضی مواد مانند پلاستیک و نایلون بهتر از سایر مواد می توان بار الکتریکی ایجاد کرد؟
    

جواب    1: آب اندکی خاصیت رسانایی دارد و به این علت هوای مرطوب نیز کمی خاصیت  رسانایی پیدا می کند. در هوای گرم، رطوبت هوا زیاد می شود. در این حالت الکتریسیته ای که در اثر مالش در یک جسم ایجاد شده است، از طریق هوای مرطوب به اجسام دیگر منتقل می شود و مانع از انجام مطلوب آزمایش ها می گردد. در هوای سرد از رطوبت هوا کاسته می شود و رسانایی هوا ناچیز می گردد. در این حال آزمایش های مربوط به الکتریسیته ساکم را بهتر می توان انجام داد.
    

جواب    2: موادی مثل پلاستیک و نایلون نارسانای الکتریکی هستند. بنابراین هنگامی که در اثر مالش در آنها بار الکتریکی ایجاد می شود، این بار را در خود نگه داشته و به اجسام دیگر منتقل نمیکنند.
      

جمله های  زیر را کامل کنید:
    

1- وقتی دو جسم به یکدیگر ............ داده می شود. بین آنها الکترون مبادله می شود.
    

2- با جا به جا شدن الکترونهای آزاد، بار الکتریکی درون ............... شارش می کند.
    

3- در یک جسم.............بار الکتریکی در محل ایجاد شده باقی می ماند.
    

4- نیرویی که بارهای الکتریکی همنوع بر یکدیگر وارد می کنند .............. و نیرویی که بارهای الکتریکی غیر همنوع بر یکدیگر وارد می کنند..............است.
    


    پاسخ 1: وقتی دو جسم به یکدیگر مالش داده می شود. بین آنها الکترون مبادله می شود.
   
پاسخ    2:  با جا به جا شدن الکترونهای آزاد، بار الکتریکی درون جسم از یک نقطه  به نقطه دیگر آن شارش می کند.
    
پاسخ    3:  در یک جسم نارسانا بار الکتریکی در محل ایجاد شده باقی می ماند.
   
پاسخ    4: نیرویی که بارهای الکتریکی همنوع بر یکدیگر وارد می کنند رانشی و بارهای الکتریکی غیر همنوع  یکدیگر را می ربایند

س: القاءبار الکتریکی چگونه است؟
 
ج: تعریف:ایجاد بار در رساناها بدون تماس به یکدیگر، القاء بار نامیده می شود.
  

  وسیله های آزمایش : دو کره ی فلزی - پایه های عایق - تیغه ی پلاستیکی - تیغه ی شیشه ای .

        ١- دو کره ی فلزی را که روی پایه های نارسانا ( چوبی ) قرار دارند مطابق  شکل ( ٣-٢ الف ) در تماس با یک دیگر قرار دهید . اگر این وسیله ها را در اختیار ندارید می توانید دو تیغه ی فلزی کوچک را انتخاب و آن ها را توسط دو نخ خشک آویزان کنید و یا دو کاسه زنگ دوچرخه را روی پایه های نارسانا (مثلا" چوبی) نصب کنید . با تماس دست به آن ها مطمئن شوید که بدون بار الکتریکی اند .

        ٢- یک تیغه ی پلاستیکی را با پارچه ی پشمی مالش دهید . چه نوع بار الکتریکی پیدا می کند ، منفی یا مثبت ؟

        ٣-  تیغه ی پلاستیکی را به کره ی A نزدیک کنید .
    

                            
     ۴- بدون آنکه مکان تیغه ی پلاستیکی را تغییر دهید ، پایه ی چوبی کره ها را گرفته و دو را از هم جدا کنید
    .

        ۵- تیغه ی شیشه ای را با پارچه مالش دهید و از گرانیگاه به وسیله ی نخ خشکی آویزان کنید . تیغه ی شیشه ای دارای چه نوع بار الکتریکی است ؟

        ۶- هر یک از دو کره ی A و B را به طور جداگانه به تیغه ی شیشه ای نزدیک کنید .آنچه را که مشاهده می کنید یاد داشت کنید .
    

جواب    1و2و3و4: در اثر مالش تیغه پلاستیکی با پارچه پشمی در آن بار منفی ایجاد می شود. وقتی این تیغه را کنار کره های فلزی بهم چسبیده قرار دهیم،در اثر القای الکتریکی، بارهای منفی کره A رانده شده و به سطح دورتر کره B می روند و در عوض بارهای مثبت در کره A و در سطح مقابل تیغه جمع می شوند. اگر در این حالت کره ها را از هم جدا کنیم، در کرهA بار خالص مثبت و در کره B بار خالص منفی ایجاد می شوند.
    
   
5و6: در اثر مالش تیغه شیشه ای با پارچه پشمی در آن بار مثبت ایجاد می شود. اگر آنرا آویزان کنیم و کره ها را به ترتیب به تیغه نزدیک نماییم مشاهده می کنیم کره A تیغه را می راند و کره B تیغه را می رباید.
    این امر تأیید می کند که کره A بار مثبت و کره B بار منفی دارد.
    
  
س: تولید الکتریسیته ساکن به طریقه القاء چگونه است؟

ج:مطابق شکل روبرو، میله باردار(S ) را به کره فلزی با پایه عایق نزدیک می کنیم. دراثرنیروی الکتریکی بارهای مثبت و منفی آن از هم جدا می شوند.سپس با تماس کره به زمین توسط انگشت، بارهای منفی آن را تخلیه می کنیم. بعد تماس کره با زمین را قطع کرده ومیله ( S )  را از آن دور می نماییم. در کره بار خالص مثبت باقی می ماند. (در صورتی کهبار میله مثبت باشد، بار ایجاد شده در کره منفی خواهد بود).

   
روش قبل را با دو کره فلزی نیز می توان انجام داد. در اشکال زیر مراحل انجام این عمل نشان داده شده است:
 

با نزدیک شدن میله باردار( با بارمنفی) به کره ها، به علت نیروی الکتریکی، بارهای مثبت ومنفی کره ها  از هم دور می شوند. سپس کره ها را از هم جدا می کنیم و بعد میله رانیز دور می کنیم. ملاحظهمی شود در کره A بار خالص منفی و در کره B بار خالص مثبت ایجاد می شود.

  
س: الکتروسکوپ یا برقنما چیست؟

ج:وسیله ای است که بر اساس القاء الکتریکی عمل می کند و موارد استفاده آن عبارتند از:

1- پی بردن به وجود بارهای الکتریکی کم و ضعیف در یک جسم.

2- تعیین نوع بار الکتریکی در یم جسم.

3- تعیین رسانایی یا نارسانایی یک جسم.

الکتروسکوپ تشکیل شده است از یک میله فلزی که در یک طرف آن کلاهکی فلزی و در طرف دیگر ورق نازک طلا( یا یک فلز دیگر)نصب شده و مجموعه در داخل یک جعبه شیشه ای قرار دارد.

   
فعالیت 2: الف-      هرگاه جسمی را که دارای بارالکتریکی است به کلاهک یک الکتروسکوپ بدون بار تماس دهید، چه اتفاقی می افتد؟ آیا ورقه طلا از
    تیغه فلزی دور می شود؟ چرا؟ علت را توضیح دهید.
    

          
ب- می خواهیم در یک جسم رسانای بدون بار الکتریکی ( یک الکتروسکوپ یا یک کره رسانا) بار الکتریکی القا کنیم. برای انجام این کار یک تیغه پلاستیکی که دارای بارالکتریکی منفی است در اختیار شما است. مراحل مختلف کار را شرح دهید. اگر به جای تیغه پلاستیکی، تیغه شیشه ای را که دارای بار مثبت است بکار برید، نوع بار الکتریکی القا شده چهتغییری می کند؟
    

جواب الف:  هر گاه جسمی مثل یک میله ابونیتی با بار منفی را به کلاهک  الکتروسکوپ تماس دهیم، در اثر القاء الکتریکی،  بارهای مثبت جذب میله شده و در روی کلاهک جمع می شوند و نیز بارهای منفی ازمیله رانده شده و به روی ورقه طلا و تیغه فلزی می روند. در این حالت تیغه فلزی  ورقه طلا را به علت داشتن بارهای همنوع رانده و از خود دور می کند.
    
    

جواب ب: ابتدا تیغه پلاستیکی را که بار منفی دارد به کلاهک الکتروسکوپ نزدیک می کنیم تا ورقه طلا  به اندازه دلخواه از تیغه فلزی دور شود. در همین حال الکتروسکوپ را به وسیله تماس با انگشت در مدت کوتاهی به زمین وصل می کنیم. سپس انگشت را برداشته و تیغ پلاستیکی را از الکتروسکوپ دور می کنیم. ملاحظه می شود ورقه طلا همچنان در حال انحراف باقی می ماند زیرا در الکتروسکوپ بار خالص مثبت ایجاد شدهاست.
    

اگر همین آزمایش را با تیغه شیشه ای که بار مثبت دارد انجام دهیم، بار ایجاد شده در الکتروسکوپ منفی خواهد بود.
    
 

    

 چگونه با یک الکتروسکوپ که از قبل بارالکتریکی دارد می توانید پی ببرید جسمی که در اختیار شماست:
    

الف- بار الکتریکی دارد یا خیر؟
    

ب- رساناست یا نارسانا.
    

جواب الف- جسم را به کلاهک الکتروسکوپ نزدیک می کنیم( یا به آن تماس می دهیم) . اگر ورقه طلا انحراف پیدا کند، جسم بار الکتریکی دارد. در این حالت میزان انحراف ورقه طلا متناسب با بارالکتریکی جسم است.
    
    

جواب ب-  ابتدا جسم را به پارچه پشمی می مالیم. سپس آن را با دست گرفته و به کلاهک نزدیک می کنیم. اگر ورقه طلا دور شود، جسم نا رسانا است. زیرا بارالکتریکی ایجاد شده در خود را حفظ کرده است. اما اگر انحرافی در ورقه طلا مشاهده نشد، جسم رسانا است، زیرا بارالکتریکی خود را از طریق دست به زمین منتقل کرده است و دیگر باری ندارد تا در الکتروسکوپ القا بار کند.

   
پرسش:
1-  با دم پایی پلاستیکی تمیز روی فرش راه بروید و سعی کنید دم پایی روی فرش مالش داده شود. سپس با نوک انگشت خود، گوش و یا نوک بینی یک نفر را که در اتاق است، لمس کنید، چه اتفاقی می افتد؟علت را توضیح دهید.
    

2- با چه پدیده های مشابه دیگری آشنا هستید؟ آیا ممکن است این پدیده ها خطرناک باشند؟
    

3- چرا زیر تانکرهای مخصوص حمل سوخت، زنجیر آویزان می کنند؟
    

4- آیا این پدیده در مورد هواپیما در هنگام پرواز ایجاد می شود؟ در مورد هواپیما چه تدبیری به کار برده می شود؟
    

جواب1:    در اثر راه رفتن و مالش دم پایی پلاستیکی با فرش، بار الکتریکی منفی در کفش و بدن ایجاد می شود. هنگام تماس نوک انگشت با گوش یک نفر، با زدن یک جرقه کوچک، این بار الکتریکی به بدن او منتقل می شود.
    

جواب 2:    اگر با لباس پشمی در داخل اتومبیل بنشینید و مدتی حرکت کنید، هنگام پایین آمدن و گرفتن دستگیره برای بستن اتومبیل، بین دست شما و دستگیره جرقه زده می شود. در محل های مسدودی مثل اتاق عمل بیمارستان و یا تعمیرگاه های اتومبیل که گازهای اشتعال زا مثل اتر جمع می شود، وقوع یک جرقه کوچک می تواند به آتش سوزی و سانحه منجر شود.
    

جواب 3:     هنگام حرکت تانکر، در اثر مالش بدنه آن با هوا مقدار زیادی بارالکتریکی در آن جمع می شود. تجمع این بار و انتقال آن به زمین یا اجسام مجاور دیگر می تواند همراه با جرقه باشد و سوخت تانکر را منفجر کند. وجود زنجیر باعث می شود تا بارهای الکتریکی ایجاد شده به طور مداوم به زمین منتقل شوند و در بدنه تانکر جمع نگردند به این ترتیب از ایجاد جرقه جلوگیری می شود.
    

جواب 4:     هنگام پرواز هواپیما نیز در اثر مالش بدنه آن با هوا مقدارزیادی بار الکتریکی در آن ایجاد می شود. این بار می تواند برای سوخت هواپیما بسیار خطرناک باشد. برای رفع این مشکل باتری های مخصوصی در هواپیما قرار می دهند تا بارهای ایجاد شده در اثر مالش را جمع و در خود ذخیره نماید. ضمناً مقداری از این بار نیز خودبخود از محل نوک تیز هواپیما دوباره به هوا منتقل می شود.
   

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: