ΦΥΣΙΚΑ ΔΗΜΟΤΙΚΟΥ ΣΧΟΛΕΙΟΥ |
ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ |
Δημιουργία:© Μόκιας Γιάννης 2007 |
ΕΙΣΑΓΩΓΗ - ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ |
Θα έτυχε ασφαλώς να νιώσετε την ύπαρξη ηλεκτρικών σπινθήρων ή μιας μικρής ηλεκτρικής εκκένωσης πιάνοντας το πόμολο της πόρτας του σπιτιού, ή ανοίγοντας την πορτα του αυτοκινήτου ή βγάζοντας το μάλλινο πουλόβερ. Αυτές είναι εκδηλώσεις μιας μορφής ηλεκτρισμού που λέγεται στατικός ηλεκτρισμός. Πού οφείλεται όμως η ύπαρξη του στατικού ηλεκτρισμού; |
Ο στατικός ηλεκτρισμός οφείλεται στις ιδιότητες της ύλης των σωμάτων και ιδιαίτερα του μικρότερου κομματιού της που είναι το άτομο. Γνωρίζουμε άλλωστε ότι όλα τα υλικά σώματα αποτελούνται από άτομα. |
ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ (μοντέλο του ατόμου) |
Κάθε άτομο αποτελείται από τον πυρήνα. Ο πυρήνας του ατόμου περιέχει μικροσκοπικά σωματίδια που λέγονται πρωτόνια και νετρόνια. Γύρω από τον πυρήνα κινούνται σε σταθερές ελλειπτικές τροχιές άλλα σωματίδια που λέγονται ηλεκτρόνια. Αυτό το μοντέλο είναι αρκετά χρήσιμο για να καταλάβουμε τον στατικό ηλεκτρισμό. Σ' αυτό τα σωματίδια έχουν διαφορετικές ιδιότητες. Μια από τις ιδιότητες είναι η ύπαρξη των ηλεκτρικών φορτίων. Έτσι δεχόμαστε ότι τα πρωτόνια έχουν θετικά φορτία(+), τα νετρόνια δεν έχουν καθόλου φορτία και τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικά φορτία(-). Όταν σε ένα άτομο τα θετικά φορτία(πρωτόνια) είναι ίσα με τα αρνητικά φορτία(ηλεκτρόνια), αλληλοεξουδετερώνονται κι έτσι το άτομο χαρακτηρίζεται μη ηλεκτρισμένο, δηλαδή ουδέτερο. Το ηλεκτρισμένο άτομο λέγεται ιόν. |
ΗΛΕΚΤΡΙΣΗ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ |
Όταν σε ένα σώμα ο αριθμός των πρωτονίων είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων, το σώμα είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, δηλαδή δεν είναι ηλεκτρισμένο, γιατί τα αντίθετα ηλεκτρικά φορτία των πρωτονίων και ηλεκτρονίων αλληλοεξουδετερώνονται. Για να ηλεκτριστεί λοιπόν ένα σώμα, πρέπει να διαταραχθεί η ισορροπία μεταξύ των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων. Κι επειδή τα πρωτόνια είναι πολύ στενά κρατημένα με τα νετρόνια μέσα στον πυρήνα των ατόμων του σώματος, τα μόνα που μπορούν να χαλάσουν την ισορροπία είνα τα ηλεκτρόνια που κινούνται αδιάκοπα γύρω από τον πυρήνα σε διάφορες στιβάδες και είναι χαλαρά συνδεμένα με τον πυρήνα. Έτσι τα ηλεκτρόνια μπορούν να μετακινηθούν είτε μέσα στο ίδιο το σώμα είτε από ένα σώμα σε ένα άλλο σώμα. Άν από κάποια περιοχή ενός σώματος ή από ένα σώμα φύγουν ηλεκτρόνια, η περιοχή αυτή ή το σώμα αυτό αποχτά πλειοψηφία πρωτονίων και φορτίζεται με θετικό ηλεκτρισμό(+). Η περιοχή του ίδιου σώματος ή το άλλο σώμα, στο οποίο πηγαίνουν τα ηλεκτρόνια αποχτά πλειοψηφία ηλεκτρονίων και φορτίζεται με αρνητικό ηλεκτρισμό(-). Η μεταφορά των ηλεκτρικών φορτίων από ένα σώμα σε άλλο (ηλέκτριση) ή από μια περιοχή σε άλλη μέσα στο ίδιο σώμα γίνεται με τρεις τρόπους: με τριβή, με επαφή και με επαγωγή. |
|
Μέσα σε ορισμένα άτομα τα ηλεκτρόνια διατηρούνται σταθερά στην πορεία τους και κινούνται σχετικά δύσκολα. Τα υλικά που αποτελούνται από τέτοια άτομα λέγονται μονωτές. Μονωτές είναι το πλαστικό, το γυαλί, το χαρτί, το ξύλο, ο ξηρός αέρας, το ύφασμα, το άχυρο. Άλλα υλικά σώματα, που λέγονται αγωγοί, αποτελούνται από άτομα που επιτρέπουν στα ηλεκτρόνια να κινούνται μέσα τους γρήγορα και να αλλάζουν θέσεις με μεγάλη ευκολία. Ορισμένα μάλιστα από αυτά τα ηλεκτρόνια συνδέονται τόσο χαλαρά με τα άτομα που μπορούν να μετακινούνται με ευκολία από το ένα άτομο στο άλλο. Αγωγοί είναι τα μέταλλα, το νερό και ο υγρός αέρας. |
|
Ένας πολύ απλός τρόπος για να κάνουμε τα ηλεκτρόνια να μετακινηθούν από ένα σώμα σε άλλο είναι να τρίψουμε δυο μονωτές κατασκευασμένους από διαφορετικά υλικά. Τότε τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από το ένα αντικείμενο στο άλλο και παραμένουν στις νέες τους θέσεις για αρκετό διάστημα. Όσο πιο πολύ τρίβουμε τα αντικείμενα μεταξύ τους τόσο πιο εύκολα κινούνται τα ηλεκτρόνια και ανάλογα αυξάνεται η ηλέκτρισή τους. |
ΤΑ ΑΝΤΙΘΕΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΦΟΡΤΙΑ ΕΛΚΟΝΤΑΙ |
Ένα αντικείμενο θετικά ηλεκτρισμένο έλκει ένα άλλο αντικείμενο αρνητικά ηλεκτρισμένο. Δυο αντικείμενα ηλεκτρισμένα θετικά ή δυο αντικείμενα ηλεκτρισμένα αρνητικά απωθούνται. Άρα τα όμοια ηλεκτρικά φορτία απωθούνται, ενώ τα αντίθετα ηλεκτρικά φορτία έλκονται. |
ΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΕΝΑ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ ΕΛΚΟΥΝ ΤΑ ΟΥΔΕΤΕΡΑ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ |
Ένα ηλεκτρισμένο αντικείμενο θετικά ή αρνητικά έλκει ή έλκεται από ένα άλλο αντικείμενο που είναι ουδέτερο, δηλαδή δεν είναι ηλεκτρισμένο. Πώς γίνεται αυτό; Το παράδειγμα με το καλαμάκι που κολλάει στον τοίχο είναι το καλύτερο για να καταλάβουμε το φαινόμενο.
|
Τρίβουμε ένα πλαστικό καλαμάκι στην μάλλινη μπλούζα μας ή στα μαλλιά μας και το τοποθετούμε πάνω σε κάποιον κάθετο τοίχο του σπιτιού μας. Παρατηρούμε πως το καλαμάκι κολλάει στον τοίχο!!Μια αόρατη δύναμη το κρατάει στη θέση του και δεν πέφτει. Γιατί; Ας πάρουμε τα πράγματα με τη σειρά. Το καλαμάκι στην αρχή είναι ουδέτερο δεν είναι δηλαδή ούτε θετικά ούτε αρνητικά ηλεκτρισμένογιατί τα θετικά και τα αρνητικά ηλεκτρικά φορτία είναι ίσα σε ποσότητα και αλληλοεξουδετερώνονται. Τρίβοντάς το σε χαρτί κουζίνας ή σε μάλλινο ύφασμα μετακινούνται ηλεκτρόνια από το χαρτί ή το ύφασμα προς το καλαμάκι κι αυτό στη συνέχεια ηλεκτρίζεται αρνητικά, γιατί αποχτά πλειοψηφία ηλεκτρονίων.(Τα ηλεκτρόνια γίνονται περισσότερα από τα πρωτόνια). Καθώς το πλησιάζουμε στον τοίχο, τα ηλεκτρόνια από το καλαμάκι απωθούν προς τα πίσω τα ηλεκτρόνια του τοίχου που βρίσκονται στο σημείο εκείνο κι έτσι στο σημείο εκείνο ο τοίχος ηλεκτρίζεται θετικά γιατί έχει πλειοψηφία πρωτονίων(τα ηλεκτρόνια μετακινήθηκαν προς τα πίσω κι έμειναν τα πρωτόνια στη θέση τους). Έτσι το καλαμάκι που είναι ηλεκτρισμένο αρνητικά έλκεται από τον τοίχο που έχει ηλεκτριστεί θετικά και κολλάει πάνω του.(τα αντίθετα φορτία έλκονται). Ως πότε θα διατηρηθεί το καλαμάκι κολλημένο στον τοίχο; Κάποια στιγμή ηλεκτρόνια από το καλαμάκι μετακινούνται προς τον τοίχο ή προς τον αέρα κι έτσι το καλαμάκι γίνεται ουδέτερο ξανά(φεύγοντας τα πρόσθετα ηλεκτρόνια ξαναφέρνουν την αρχική του ισορροπία πρωτονίων και ηλεκτρονίων) κι έτσι πέφτει. |
| ΤΙ ΓΙΝΕΤΑΙ ΜΕ ΤΙΣ ΤΡΙΧΕΣ ΤΩΝ ΜΑΛΛΙΩΝ; |
Καθώς βγάζετε τη μάλλινη μπλούζα σας, εκείνη τρίβεται πάνω στις τρίχες των μαλλιών σας. Τα ηλεκτρόνια των τριχών σας μετακινούνται απο τις τρίχες στην μπλούζα. Έτσι οι τρίχες έχουν τώρα όλες πλεόνασμα πρωτονίων(θετικό φορτίο) και καθώς έχουν όμοιο φορτίο (είναι φορτισμένες θετικά), απομακρύνεται η μια από την άλλη. Την ίδια στιγμή η μπλούζα έχει πλεόνασμα ηλεκτρονίων(αρνητικό φορτίο) και έλκει τις τρίχες προς το μέρος της(τα αντίθετα ηλεκτρικά φορτία έλκονται). Το ίδιο φαινόμενο συμβαίνει όταν η χτένα έλκει τις τρίχες των μαλλιών μας καθώς χτενιζόμαστε. |
|
