Διαβάστε παρακάτω, τα κυριότερα για την Ηλεκτρική Δύναμη και το Ηλεκτρικό Πεδίο
Δοκιμάστε επίσης τις γνώσεις σας παίζοντας με το Ηλεκτροστατικό Χόκεϊ !!!
Electric Field Hockey
ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ
Διάφορα υλικά, ακόμη και μονωτές, είναι δυνατό κάτω από ορισμένες συνθήκες να φορτιστούν στατικά, να αποκτήσουν δηλαδή πλεόνασμα θετικού ή αρνητικού φορτίου. Τα θετικά φορτία, όπως έχει αναφερθεί παραπάνω, βρίσκονται στον πυρήνα των ατόμων και δεν μπορούν να μετακινηθούν από το ένα άτομο στο άλλο.
Με τριβή μπορούν όμως να μετακινηθούν ηλεκτρόνια. Αν ένα σώμα έχει περίσσεια ηλεκτρονίων, φορτίζεται αρνητικά, αν όμως έχει έλλειμμα ηλεκτρονίων, φορτίζεται θετικά, καθώς στην περίπτωση αυτή το συνολικό αρνητικό φορτίο των ηλεκτρονίων είναι μικρότερο από το θετικό φορτίο των πρωτονίων. Τρίβοντας για παράδειγμα μια γυάλινη ή πλαστική ράβδο με ένα μάλλινο ύφασμα, μεταφέρονται ηλεκτρόνια από το ύφασμα στη ράβδο. Το μάλλινο ύφασμα φορτίζεται θετικά, ενώ η ράβδος αρνητικά.
Αν πλησιάσουμε μεταξύ τους δύο όμοια φορτισμένα σώματα, παρατηρούμε ότι αυτά απωθούνται, ενώ, αν πλησιάσουμε μεταξύ τους δύο αντίθετα φορτισμένα σώματα, παρατηρούμε ότι αυτά έλκονται.
Στο φαινόμενο αυτό στηρίζεται η λειτουργία του ηλεκτροσκοπίου, μιας απλής συσκευής με την οποία μπορούμε να διαπιστώσουμε αν ένα σώμα είναι φορτισμένο στατικά. Το ηλεκτροσκόπιο αποτελείται από μια μεταλλική σφαίρα, η οποία συνδέεται μέσω ενός αγωγού με δύο λεπτά φύλλα αλουμινίου, τα οποία είναι κλεισμένα σε γυάλινο δοχείο.
Όταν ένα φορτισμένο σώμα έρθει σε επαφή με τη σφαίρα, τα φύλλα αλουμινίου φορτίζονται μέσω του αγωγού με το ίδιο είδος φορτίου, οπότε απωθούνται μεταξύ τους και απομακρύνεται το ένα από το άλλο. Όσο περισσότερο φορτισμένο είναι το σώμα, τόσο περισσότερο απομακρύνονται τα φύλλα αλουμινίου.
ΗΛΕΚΤΡΙΣΗ
Ηλέκτριση με τριβή. Όταν τρίβουμε μια γυάλινη ράβδο πάνω στο μάλλινο ύφασμα, ηλεκτρόνια μετακινούνται από το ύφασμα στη ράβδο, επομένως το ύφασμα φορτίζεται θετικά και η ράβδος αρνητικά. Στην περίπτωση της ηλέκτρισης με τριβή, τα σώματα που τρίβονται φορτίζονται αντίθετα.
Ηλέκτριση με επαφή. Όταν αγγίζουμε με ένα ηλεκτρισμένο σώμα, ένα άλλο μη ηλεκτρισμένο, τότε και το δεύτερο ηλεκτρίζεται. Και σ? αυτή την περίπτωση αρνητικά σωματίδια μετακινούνται από το ένα σώμα στο άλλο. Τώρα όμως και τα δυο σώματα θα έχουν ομόσημο φορτίο.
Ηλέκτριση με επαγωγή:
Α) Αγωγού: Όταν στο άκρο μιας μη ηλεκτρισμένης μεταλλικής ράβδου, πλησιάσουμε ένα θετικά ηλεκτρισμένο σώμα, τότε το σώμα έλκει τα αρνητικά φορτία της ράβδου. Επομένως στο άκρο αυτό συγκεντρώνονται περισσότερα αρνητικά φορτία και φορτίζεται και αυτό αρνητικά. Ταυτόχρονα από το άλλο άκρο, η έλλειψη αρνητικών φορτίων, σημαίνει πλεόνασμα θετικών, δηλαδή ότι φορτίστηκε θετικά.
Β) Μονωτή: Αν ένα θετικά ηλεκτρισμένο σώμα, πλησιάσει σε ένα μη ηλεκτρισμένο μονωτή, τα ηλεκτρικά φορτία δεν μπορούν να μετακινηθούν. Όμως μπορούν να στραφούν ελάχιστα ώστε τα αρνητικά σωματίδια να βρίσκονται πλησιέστερα προς το θετικά φορτισμένο σώμα, ενώ τα θετικά προς την αντίθετη κατεύθυνση. Τότε λέμε ότι το σώμα είναι ηλεκτρικά πολωμένο.
ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΦΟΡΤΙΟΥ
Στη φόρτιση με τριβή, τα σώματα ήταν αρχικά αφόρτιστα και μετά φορτίστηκαν. Στην φόρτιση με επαγωγή, ένα αφόρτιστο σώμα επίσης φορτίστηκε αρνητικά και θετικά.
Το ηλεκτρικό φορτίο όμως, δεν δημιουργείται από το τίποτε, απλά υπάρχει μετακίνηση φορτίων από το ένα σώμα στο άλλο, ή μέσα στο ίδιο το σώμα. Το ίδιο ισχύει και για την περίπτωση της επαφής. Το αρχικό φορτίο του ενός σώματος, μοιράζεται τελικά και στα δυο. Γενικά λοιπόν, το ηλεκτρικό φορτίο, ούτε καταστρέφεται ούτε δημιουργείται. Το συνολικό φορτίο διατηρείται σταθερό.
Δεν έχει βρεθεί μέχρι σήμερα ηλεκτρικό φορτίο μικρότερο από 1,6 · 10-19 Coulomb. Επιπλέον, κάθε φορτίο που έχει μετρηθεί στα ηλεκτρισμένα σώματα, βρέθηκε πάντοτε ότι είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του μικρού αυτού φορτίου. Δηλαδή είναι μια ποσότητα «κβαντισμένη». Κάθε κβάντο φορτίου είναι ίσο με 1,6 · 10-19 C, θετικό ή αρνητικό.
Το φορτίο αυτό βρέθηκε ότι ισοδυναμεί με το φορτίο ενός ηλεκτρονίου.
ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ
Μετά από προσεκτικούς πειραματισμούς και μετρήσεις, διαπιστώθηκαν για την δύναμη που ασκείται μεταξύ ηλεκτρισμένων σωμάτων τα εξής:
? Όταν αυξάνει η απόσταση μεταξύ δυο ηλεκτρισμένων σωμάτων d, η ηλεκτρική δύναμη Fηλ εξασθενεί. Συγκεκριμένα, όταν διπλασιάζεται η απόσταση (2d) η δύναμη υποτετραπλασιάζεται Fηλ/4, όταν τριπλασιάζεται 3d τότε η δύναμη γίνεται Fηλ/9. Είναι δηλαδή η δύναμη αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης.
? Όσο λιγότερο είναι το φορτίο κάθε σώματος, τόσο μικρότερη είναι η ηλεκτρική δύναμη. Όταν το φορτίο του ενός υποδιπλασιαστεί, τότε υποδιπλασιάζεται και η ηλεκτρική δύναμη (2·Fηλ), όταν το φορτίο τριπλασιαστεί και η δύναμη τριπλασιάζεται. (3·Fηλ). Δηλαδή για δεδομένη απόσταση, η δύναμη είναι ανάλογη των φορτίων.
Τα προηγούμενα συμπεράσματα, συνοψίζονται στον νόμο του Coulomb:
Fηλ = k (q1 ·q2 / d2)
Όπου η F σε N, τα φορτία q1,q2 σε C, η απόσταση d σε m, και η σταθερά k = 9·109 N m2 C-2