Legea lui Coulomb

Electromagnetismul

Activități

Electricitate prin frecare. Electroforul

Vechii greci știau deja că chihlimbarul frecat cu lână dobândea proprietatea de a atrage corpuri ușoare.

Cu toții suntem familiarizați cu efectele electricității statice, chiar și unii oameni sunt mai susceptibili la influența sa decât alții. Anumiți utilizatori de mașini își simt efectele atunci când se blochează cu cheia (un obiect metalic ascuțit) sau atingând foaia mașinii.

Creăm electricitate statică atunci când ne frecăm un stilou pe haine. Apoi, verificăm dacă stiloul atrage bucăți mici de hârtie. Același lucru se poate spune atunci când frecăm sticla cu mătase sau chihlimbar cu lână.

Pentru a explica cum își are originea electricitatea statică, trebuie să considerăm că materia este formată din atomi și atomi de particule încărcate, un nucleu înconjurat de un nor de electroni. În mod normal, materia este neutră, are același număr de sarcini pozitive și negative.

Unii atomi pierd mai ușor electronii decât alții. Dacă un material tinde să-și piardă o parte din electroni când intră în contact cu altul, se spune că este mai pozitiv în seria triboelectrică. Dacă un material tinde să capteze electroni când intră în contact cu un alt material, acel material este mai negativ în seria triboelectrică.

Iată câteva exemple de materiale ordonate de la cele mai pozitive la cele mai negative:

Blana de iepure, sticla, par uman, nailon, lana, matase, hartie, bumbac, lemn, chihlimbar, poliester, poliuretan, vinil (PVC), teflon.

Sticla frecată de mătase determină o separare a sarcinilor, deoarece ambele materiale ocupă poziții diferite în seria triboelectrică, același lucru se poate spune despre chihlimbar și sticlă. Când două materiale neconductoare intră în contact, unul dintre materiale poate captura electroni din celălalt material. Cantitatea de încărcare depinde de natura materialelor (de separarea lor în seria triboelectrică) și de aria suprafeței care intră în contact. Un alt factor implicat este starea suprafețelor, fie că sunt netede sau aspre (suprafața de contact este mică). Umezeala sau impuritățile de pe suprafețe oferă o cale de recombinare a sarcinilor. Prezența impurităților în aer are același efect ca și umiditatea.

Vom fi observat că frecarea stiloului cu hainele noastre atrage bucăți de hârtie. În experiențele din clasă, se freacă diverse materiale, sticlă cu mătase, piele etc. Bilele de vârstnic electrificate sunt folosite pentru a arăta cele două tipuri de sarcini și interacțiunile lor.

Din aceste experimente se concluzionează că:

Materia conține două tipuri de sarcini electrice numite pozitive și negative. Obiectele neîncărcate au cantități egale din fiecare tip de încărcare. Când un corp freacă sarcina este transferată de la un corp la altul, unul dintre corpuri capătă un exces de sarcină pozitivă iar celălalt, un exces de sarcină negativă. În orice proces care are loc într-un sistem izolat, sarcina totală sau netă nu se modifică.
Obiectele încărcate cu acuzații de același semn se resping reciproc.
Obiectele încărcate cu taxe de semn diferit, atrag.

Electroforul

Johannes Wilcke a inventat electroforul care a fost perfecționat ulterior de Alessandro Volta. Acest dispozitiv a fost răspândit în laboratoarele care efectuează experimente electrostatice, deoarece era o sursă de încărcare ușor de utilizat.

Încărcarea este generată prin frecarea unei suprafețe izolante, de exemplu, din teflon, care funcționează foarte bine, deoarece este un izolator excelent și este ușor de curățat și de întreținut. Semnul încărcării depinde de natura suprafeței izolante și de materialul folosit pentru a o freca. Presupunem că o sarcină negativă este distribuită pe suprafața materialului izolant.

Sarcina din conductor este generată prin inducție, sarcinile pozitive sunt atrase în partea conductorului cea mai apropiată de suprafața izolantă și cele negative sunt respinse. Chiar dacă conductorul intră în contact cu suprafața izolatoare, nu este transferată nicio sarcină negativă către conductor. În principiu, conductorul poate fi încărcat de câte ori repetând pașii indicați în desen.
Partea superioară a conductorului este adusă în contact cu pământul, atingându-l cu un deget sau prin conectarea directă la pământ cu un fir. Încărcările negative sunt neutralizate, în timp ce încărcăturile pozitive rămân în partea inferioară a conductorului.
Conductorul se îndepărtează de suprafața izolatoare, sarcina pozitivă este redistribuită pe suprafața conductorului până la atingerea echilibrului.
În cele din urmă, conductorul intră în contact cu electroscopul care indică sarcina conductorului.

Înainte de a repeta acești pași, este necesar să descărcați conductorul și electroscopul punându-i în contact cu solul. Procedura poate fi repetată fără a fi nevoie să frecați din nou suprafața izolatoare. Motivul este că sarcina de frecare este legată de suprafața izolatoare, nu poate fi redistribuită în izolator și nici nu poate fi transferată la conductor. Combinația încărcării staționare în izolator, mișcarea liberă a sarcinilor în conductor și transferul de sarcini atunci când intră în contact cu solul, este ceea ce face din electrofor un dispozitiv de încărcare pepetual.