ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นปฏิสัมพันธ์พื้นฐานที่สุดอย่างหนึ่งในธรรมชาติ พลังแห่งความยืดหยุ่นและแรงเสียดทาน แรงดันแก๊ส และอื่นๆ อีกมากมายสามารถลดลงเป็นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอนุภาคของสสารได้ ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้านั้นจะไม่ลดลงไปเป็นปฏิกิริยาประเภทอื่นที่ลึกกว่าอีกต่อไป
ปฏิสัมพันธ์พื้นฐานที่เท่าเทียมกันคือแรงโน้มถ่วง - แรงดึงดูดแรงโน้มถ่วงของวัตถุทั้งสอง อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างที่สำคัญหลายประการระหว่างปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วง
1. ไม่ใช่ทุกคนที่สามารถมีส่วนร่วมในการโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้ แต่ทำได้เท่านั้น เรียกเก็บเงินร่างกาย (มี ค่าไฟฟ้า).
2. ปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงนั้นเป็นแรงดึงดูดของวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งเสมอ ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าอาจเป็นได้ทั้งแบบน่าดึงดูดหรือแบบน่ารังเกียจ
3. ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้ามีความเข้มข้นมากกว่าปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงมาก ตัวอย่างเช่น แรงผลักกันทางไฟฟ้าระหว่างอิเล็กตรอนสองตัวนั้นมากกว่าแรงดึงดูดแรงโน้มถ่วงซึ่งกันและกันหลายเท่า
วัตถุที่มีประจุทุกตัวจะมีประจุไฟฟ้าจำนวนหนึ่ง ประจุไฟฟ้าเป็นปริมาณทางกายภาพที่กำหนดความแรงของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างวัตถุธรรมชาติ- หน่วยของประจุคือ จี้(ซีแอล)
เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงนั้นเป็นแรงดึงดูดเสมอ มวลของวัตถุทั้งหมดจึงไม่เป็นลบ แต่สิ่งนี้ไม่เป็นความจริงสำหรับข้อกล่าวหา สะดวกในการอธิบายปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าสองประเภท - การดึงดูดและแรงผลัก - โดยการแนะนำประจุไฟฟ้าสองประเภท: เชิงบวกและ เชิงลบ.
ประจุของเครื่องหมายต่างกันจะดึงดูดกัน และประจุของเครื่องหมายต่างกันจะผลักกัน นี่คือภาพประกอบในรูป 1 ; ลูกบอลที่แขวนอยู่บนเส้นด้ายจะมีเครื่องหมายอย่างใดอย่างหนึ่ง
ข้าว. 1. การโต้ตอบของค่าธรรมเนียมสองประเภท
การปรากฏตัวของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างกว้างขวางอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าอะตอมของสารใด ๆ มีอนุภาคที่มีประจุ: นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบเคลื่อนที่ในวงโคจรรอบนิวเคลียส
ประจุของโปรตอนและอิเล็กตรอนมีขนาดเท่ากัน และจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนในวงโคจร ดังนั้นจึงปรากฎว่าอะตอมโดยรวมมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมใน สภาวะปกติเราไม่สังเกตเห็นอิทธิพลทางแม่เหล็กไฟฟ้าจากวัตถุโดยรอบ: ประจุรวมของวัตถุแต่ละอันเป็นศูนย์และอนุภาคที่มีประจุจะกระจายเท่า ๆ กันตลอดปริมาตรของร่างกาย แต่หากมีการละเมิดความเป็นกลางทางไฟฟ้า (เช่น ผลที่ตามมาคือ การใช้พลังงานไฟฟ้า) ร่างกายจะเริ่มทำปฏิกิริยากับอนุภาคที่มีประจุโดยรอบทันที
เหตุใดประจุไฟฟ้าจึงมีอยู่สองประเภทเท่านั้น และไม่ทราบจำนวนอื่นในขณะนี้ เราสามารถยืนยันได้ว่าการยอมรับข้อเท็จจริงนี้เป็นหลักจะให้คำอธิบายที่เพียงพอของการโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้า
ประจุของโปรตอนคือ Cl ประจุของอิเล็กตรอนอยู่ตรงข้ามกับเครื่องหมายและเท่ากับ Cl ขนาด
เรียกว่า ค่าใช้จ่ายเบื้องต้น- นี่คือประจุขั้นต่ำที่เป็นไปได้: ตรวจไม่พบอนุภาคอิสระที่มีประจุน้อยกว่าในการทดลอง ฟิสิกส์ยังไม่สามารถอธิบายได้ว่าทำไมธรรมชาติจึงมีประจุน้อยที่สุด และเหตุใดขนาดของมันถึงเป็นเช่นนั้น
ภาระของกายใดประกอบด้วยเสมอ ทั้งหมดจำนวนค่าธรรมเนียมเบื้องต้น:
ถ้า แสดงว่าร่างกายมีจำนวนอิเล็กตรอนมากเกินไป (เทียบกับจำนวนโปรตอน) ในทางกลับกัน หากร่างกายขาดอิเล็กตรอน ก็จะมีจำนวนโปรตอนเพิ่มมากขึ้น
เพื่อให้ร่างกายมหภาคได้ออกแรง อิทธิพลทางไฟฟ้าส่วนส่วนอื่นก็ต้องใช้พลังงานไฟฟ้า การใช้พลังงานไฟฟ้าเป็นการละเมิดความเป็นกลางทางไฟฟ้าของร่างกายหรือส่วนต่างๆ ผลจากการใช้พลังงานไฟฟ้า ร่างกายจะมีความสามารถในการโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้
วิธีหนึ่งในการทำให้ร่างกายเกิดไฟฟ้าคือการจ่ายประจุไฟฟ้าให้กับร่างกาย นั่นคือเพื่อให้ได้ประจุที่มากเกินไปของสัญลักษณ์เดียวกันในร่างกายที่กำหนด ทำได้ง่ายโดยใช้แรงเสียดทาน
ดังนั้น เมื่อแท่งแก้วถูด้วยไหม ประจุลบส่วนหนึ่งของมันจะตกไปที่ไหม เป็นผลให้แท่งมีประจุบวกและไหมมีประจุลบ แต่เมื่อถูไม้กำมะถันด้วยขนสัตว์ ประจุลบบางส่วนจะถูกถ่ายโอนจากขนสัตว์ไปยังแท่งไม้: แท่งไม้จะมีประจุลบ และขนสัตว์จะมีประจุบวก
วิธีการสร้างกระแสไฟฟ้านี้เรียกว่า กระแสไฟฟ้าโดยแรงเสียดทาน- คุณพบกับแรงเสียดทานจากไฟฟ้าทุกครั้งที่คุณถอดเสื้อสเวตเตอร์คลุมศีรษะ ;-)
การใช้พลังงานไฟฟ้าอีกประเภทหนึ่งเรียกว่า การเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต, หรือ กระแสไฟฟ้าผ่านอิทธิพล- ในกรณีนี้ ประจุรวมของร่างกายจะยังคงเท่ากับศูนย์ แต่จะถูกกระจายใหม่เพื่อให้ประจุบวกสะสมในบางส่วนของร่างกาย และประจุลบในส่วนอื่นๆ
ข้าว. 2. การเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต
ลองดูที่รูป 2. ห่างออกไปบ้าง. ตัวโลหะมีประจุบวก มันดึงดูดประจุโลหะที่เป็นลบ (อิเล็กตรอนอิสระ) ซึ่งสะสมอยู่บริเวณพื้นผิวของร่างกายใกล้กับประจุมากที่สุด ประจุบวกที่ไม่ได้รับการชดเชยจะยังคงอยู่ในพื้นที่ห่างไกล
แม้ว่าประจุรวมของตัวโลหะจะยังคงเท่ากับศูนย์ แต่ก็มีการแยกประจุเชิงพื้นที่ในร่างกาย หากตอนนี้เราแบ่งลำตัวไปตามเส้นประ ครึ่งขวาจะมีประจุลบ และครึ่งซ้ายจะมีประจุบวก
คุณสามารถสังเกตการใช้พลังงานไฟฟ้าของร่างกายได้โดยใช้อิเล็กโทรสโคป อิเล็กโทรสโคปอย่างง่ายแสดงไว้ในรูปที่ 1 3 (ภาพจาก en.wikipedia.org)
ข้าว. 3. อิเล็กโทรสโคป
จะเกิดอะไรขึ้นในกรณีนี้? แท่งที่มีประจุบวก (เช่น ถูก่อนหน้านี้) จะถูกนำไปที่จานอิเล็กโทรสโคปและเก็บประจุลบไว้ ด้านล่างบนใบไม้ที่กำลังเคลื่อนที่ของอิเล็กโทรสโคป ยังคงมีประจุบวกที่ไม่มีการชดเชยอยู่ เมื่อผลักออกจากกัน ใบไม้จะเคลื่อนไปในทิศทางที่ต่างกัน หากคุณเอาก้านออก ประจุก็จะกลับเข้าที่และใบไม้ก็จะร่วงหล่น
ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิตในระดับใหญ่เกิดขึ้นในระหว่างเกิดพายุฝนฟ้าคะนอง ในรูป 4 เราเห็นเมฆฝนฟ้าคะนองเคลื่อนผ่านพื้นโลก
ข้าว. 4. การใช้พลังงานไฟฟ้าของโลกโดยเมฆฝนฟ้าคะนอง
มีก้อนน้ำแข็งอยู่ในก้อนเมฆ ขนาดที่แตกต่างกันซึ่งถูกกระแสลมที่เพิ่มขึ้นปะปนกัน ปะทะกัน และกลายเป็นกระแสไฟฟ้า ปรากฎว่าประจุลบสะสมอยู่ที่ส่วนล่างของก้อนเมฆ และประจุบวกสะสมอยู่ที่ส่วนบน
เมฆส่วนล่างที่มีประจุลบจะกระตุ้นให้เกิดประจุบวกที่อยู่ด้านล่างบนพื้นผิวโลก ตัวเก็บประจุขนาดยักษ์ปรากฏขึ้นพร้อมกับแรงดันไฟฟ้าขนาดมหึมาระหว่างก้อนเมฆกับพื้นดิน หากแรงดันไฟฟ้านี้เพียงพอที่จะสลายช่องว่างอากาศ จะมีการคายประจุ - ฟ้าผ่าที่รู้จักกันดี
กลับมาที่ตัวอย่างของการใช้พลังงานไฟฟ้าด้วยการเสียดสี - ถูไม้ด้วยผ้า ในกรณีนี้ ท่อนไม้และผ้าจะมีประจุที่มีขนาดเท่ากันและมีเครื่องหมายตรงกันข้าม ค่าใช้จ่ายทั้งหมดของพวกเขาเท่ากับศูนย์ก่อนการโต้ตอบ และยังคงเท่ากับศูนย์หลังจากการโต้ตอบ
เราเห็นที่นี่ กฎการอนุรักษ์ประจุซึ่งอ่านว่า: ในระบบปิดของวัตถุ ผลรวมเชิงพีชคณิตของประจุยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างกระบวนการใดๆ ที่เกิดขึ้นกับวัตถุเหล่านี้:
ความปิดของระบบวัตถุหมายความว่าวัตถุเหล่านี้สามารถแลกเปลี่ยนประจุระหว่างกันเท่านั้น แต่ไม่สามารถแลกเปลี่ยนกับวัตถุอื่นใดที่อยู่นอกระบบนี้ได้
เมื่อทำให้เกิดไฟฟ้าจากแท่งไม้ ไม่มีอะไรน่าประหลาดใจในการอนุรักษ์ประจุ: มีอนุภาคที่มีประจุเหลืออยู่กี่แท่ง ปริมาณเท่ากันก็มาถึงผืนผ้า (หรือกลับกัน) สิ่งที่น่าประหลาดใจก็คือในนั้นมากขึ้น กระบวนการที่ซับซ้อน, พร้อมด้วย การเปลี่ยนแปลงร่วมกันอนุภาคมูลฐานและ การเปลี่ยนหมายเลขอนุภาคที่มีประจุในระบบ ประจุทั้งหมดยังคงถูกสงวนไว้!
ตัวอย่างเช่นในรูป. รูปที่ 5 แสดงกระบวนการซึ่งส่วนหนึ่งของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (ที่เรียกว่า โฟตอน) กลายเป็นอนุภาคที่มีประจุสองอัน - อิเล็กตรอนและโพซิตรอน กระบวนการดังกล่าวเป็นไปได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ - ตัวอย่างเช่นใน สนามไฟฟ้านิวเคลียสของอะตอม
ข้าว. 5. กำเนิดคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอน
ประจุของโพซิตรอนมีขนาดเท่ากับประจุของอิเล็กตรอนและมีเครื่องหมายตรงกันข้าม กฎการอนุรักษ์ประจุสำเร็จแล้ว! อันที่จริง ในช่วงเริ่มต้นของกระบวนการ เรามีโฟตอนที่ประจุเป็นศูนย์ และในตอนท้าย เราได้อนุภาค 2 อนุภาคที่มีประจุรวมเป็นศูนย์
กฎการอนุรักษ์ประจุ (ควบคู่ไปกับการมีอยู่ของประจุเบื้องต้นที่เล็กที่สุด) ถือเป็นข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์เบื้องต้นในปัจจุบัน นักฟิสิกส์ยังไม่สามารถอธิบายได้ว่าทำไมธรรมชาติจึงมีพฤติกรรมเช่นนี้และไม่เป็นอย่างอื่น เราบอกได้เพียงว่าข้อเท็จจริงเหล่านี้ได้รับการยืนยันจากการทดลองทางกายภาพมากมาย
1 ในที่นี้และต่อไปนี้ เพื่อความกระชับ เรามักจะพูดถึงประจุ การเคลื่อนที่ของประจุ ฯลฯ ในความเป็นจริง เราหมายถึงวัตถุที่มีประจุ (หรืออนุภาค) การเคลื่อนที่ของอนุภาคมีประจุ ฯลฯ เนื่องจากประจุไม่มี ไม่มีอนุภาค
ข้าว. 1.2
ข้าว. 1.1
ลองใช้อิเล็กโตรมิเตอร์ (อิเล็กโทรสโคปในกล่องโลหะ) ที่มีทรงกลมโลหะซึ่งมีรูติดกับแกนและมีแผ่นสองอันบนด้ามจับยาว: อันหนึ่งทำจากเอโบไนต์และอีกอันทำจากลูกแก้ว เมื่อถูกัน จานจะเกิดไฟฟ้า ลองนำแผ่นเปลือกโลกแผ่นหนึ่งเข้าไปในทรงกลมโดยไม่ต้องสัมผัสผนัง หากเพลตมีประจุเป็นบวก อิเล็กตรอนบางส่วนจากเข็มและแกนของอิเล็กโตรมิเตอร์จะถูกดึงดูดไปที่เพลตและรวมตัวกันที่พื้นผิวด้านในของทรงกลม ในเวลาเดียวกัน ลูกศรจะถูกชาร์จประจุบวกและจะถูกผลักออกจากแกน (รูปที่ 1.1)
หากคุณวางแผ่นอีกแผ่นไว้ในทรงกลมโดยเอาแผ่นแรกออกก่อน จากนั้นอิเล็กตรอนของทรงกลมและแกนจะถูกผลักออกจากแผ่นและจะสะสมเกินที่ลูกศร ซึ่งจะทำให้ลูกศรเบี่ยงเบนไปในมุมเดียวกับการทดลองครั้งแรก เมื่อลดแผ่นทั้งสองลงในทรงกลมแล้ว เราจะตรวจไม่พบการเบี่ยงเบนของลูกศร (รูปที่ 1.2) นี่พิสูจน์ว่าประจุของแผ่นเปลือกโลกมีขนาดเท่ากันและมีเครื่องหมายตรงกันข้าม ข้อสรุปนี้เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์ประจุโดยตรง
การใช้พลังงานไฟฟ้าของร่างกายเกิดขึ้นได้อย่างไร?
เป็นเรื่องง่ายมากที่จะทำให้วัตถุเกิดไฟฟ้าโดยใช้แรงเสียดทาน แต่การอธิบายว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรกลายเป็นงานที่ยากมาก เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่ได้มีการให้คำอธิบายต่อไปนี้และยังคงให้ไว้ เมื่อวัตถุทำให้เกิดไฟฟ้าช็อต การสัมผัสกันอย่างใกล้ชิดระหว่างวัตถุทั้งสองเป็นสิ่งสำคัญ แรงไฟฟ้ากักเก็บอิเล็กตรอนไว้ภายในร่างกาย แต่สำหรับ สารที่แตกต่างกันพลังเหล่านี้แตกต่างออกไป ในระหว่างการสัมผัสใกล้ชิด ส่วนเล็ก ๆ ของอิเล็กตรอนของสารที่การเชื่อมต่อของอิเล็กตรอนกับร่างกายค่อนข้างอ่อนแอจะผ่านไปยังอีกวัตถุหนึ่ง การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไม่เกินระยะห่างระหว่างอะตอม (10-8 ซม.) แต่ถ้าแยกศพกันก็จะถูกฟ้องทั้งคู่
เนื่องจากพื้นผิวของร่างกายไม่เคยเรียบเสมอกัน การสัมผัสกันอย่างใกล้ชิดระหว่างวัตถุที่จำเป็นสำหรับการเปลี่ยนแปลงจึงเกิดขึ้นที่เท่านั้น พื้นที่ขนาดเล็กพื้นผิว เมื่อวัตถุเสียดสีกัน จำนวนพื้นที่ที่มีการสัมผัสใกล้ชิดจะเพิ่มขึ้น และด้วยเหตุนี้จำนวนอนุภาคที่มีประจุทั้งหมดที่ส่งผ่านจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งจะเพิ่มขึ้น
อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็ว ๆ นี้คำอธิบายเกี่ยวกับการใช้พลังงานไฟฟ้าโดยแรงเสียดทานได้กลายเป็นข้อโต้แย้ง ยังไม่ชัดเจนว่าอิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ในสารที่ไม่นำไฟฟ้า (ฉนวน) เช่น ebonite, plexiglass และอื่นๆ ได้อย่างไร พวกมันจับกันเป็นโมเลกุลที่เป็นกลาง พนักงานของสถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กเสนอคำอธิบายอีกประการหนึ่ง
สำหรับคริสตัล LiF ไอออนิก (ฉนวน) คำอธิบายนี้มีลักษณะดังนี้ ในระหว่างการก่อตัวของคริสตัล ข้อบกพร่องประเภทต่าง ๆ เกิดขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งตำแหน่งงานว่าง - ช่องว่างที่ไม่ได้บรรจุที่โหนดของโครงตาข่ายคริสตัล หากจำนวนตำแหน่งว่างสำหรับลิเธียมไอออนบวกและฟลูออรีนไอออนลบไม่เท่ากัน คริสตัลจะถูกชาร์จตามปริมาตรเมื่อก่อตัว แต่คริสตัลไม่สามารถรักษาประจุโดยรวมไว้ได้นาน ในอากาศจะมีไอออนจำนวนหนึ่งอยู่เสมอ และคริสตัลจะดึงไอออนออกจากอากาศจนกว่าประจุของคริสตัลจะเป็นกลางโดยชั้นไอออนบนพื้นผิว ฉนวนแต่ละชนิดจะมีประจุพื้นที่ต่างกัน ดังนั้นประจุของชั้นผิวของไอออนจึงแตกต่างกัน ในระหว่างการเสียดสี ชั้นผิวของไอออนจะผสมกัน และเมื่อฉนวนถูกแยกออก แต่ละไอออนจะมีประจุ
ฉนวนที่เหมือนกันสองตัว เช่น ผลึก LiF เดียวกัน สามารถถูกทำให้เกิดไฟฟ้าโดยการเสียดสีได้หรือไม่ หากพวกเขาคิดค่าพื้นที่เท่ากันก็ไม่มี แต่อาจมีประจุที่แตกต่างกันได้หากเงื่อนไขการตกผลึกแตกต่างกันและมีจำนวนตำแหน่งงานว่างที่แตกต่างกัน
ดังที่ประสบการณ์ได้แสดงให้เห็นแล้ว การเกิดกระแสไฟฟ้าในระหว่างการเสียดสีของผลึกทับทิม อำพัน ฯลฯ ที่เหมือนกันสามารถเกิดขึ้นได้จริง
อย่างไรก็ตาม คำอธิบายข้างต้นไม่น่าจะถูกต้องในทุกกรณี ตัวอย่างเช่นหากร่างกายประกอบด้วยผลึกโมเลกุลการปรากฏตัวของตำแหน่งว่างในนั้นไม่ควรนำไปสู่การชาร์จของร่างกาย
ดังนั้น เราจึงเห็นว่าปรากฏการณ์ที่ดูเหมือนเรียบง่าย เช่น การใช้พลังงานไฟฟ้าจากแรงเสียดทานนั้นเต็มไปด้วยความลึกลับมากมาย
การใช้พลังงานไฟฟ้าของร่างกายและการประยุกต์ในเทคโนโลยี
การเกิดกระแสไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญเกิดขึ้นระหว่างการเสียดสีของผ้าใยสังเคราะห์ เมื่อถอดเสื้อไนลอนโดยใช้อากาศแห้ง คุณจะได้ยินเสียงแคร็กที่มีลักษณะเฉพาะ ประกายไฟขนาดเล็กกระโดดไปมาระหว่างบริเวณที่มีประจุของพื้นผิวที่ถู ต้องคำนึงถึงปรากฏการณ์ที่คล้ายกันในการผลิต ดังนั้นด้ายเส้นด้ายในโรงงานสิ่งทอจึงถูกไฟฟ้าดูดเนื่องจากการเสียดสี ดึงดูดเข้ากับแกนหมุนและฉีกขาด เส้นด้ายดึงดูดฝุ่นและสกปรก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้มาตรการต่าง ๆ เพื่อต่อต้านการใช้ไฟฟ้าของเธรด
เมื่อคลี่กระดาษม้วนใหญ่ในโรงพิมพ์ คนงานจะสวมถุงมือยางเพื่อป้องกันตนเองจากการปล่อยประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างกระดาษที่ถูกไฟฟ้ากับมือของพวกเขา
ประจุไฟฟ้าจำนวนมากสะสมเมื่อยางเสียดสีกับยางมะตอยในสภาพอากาศแห้ง อาจมีอันตรายจากประกายไฟกระโดดได้ ดังนั้นโซ่โลหะจึงติดอยู่ที่ท้ายรถ - ถังน้ำมัน - แล้วลากไปตามถนน บางครั้งแม้แต่รถยนต์นั่งส่วนบุคคลก็มีแถบยางยืดที่ทำจากยางนำไฟฟ้า
เนื่องจากการใช้พลังงานไฟฟ้าโดยแรงเสียดทาน เครื่องจักรไฟฟ้าสถิตแบบธรรมดาจึงทำงาน
ปรากฏการณ์ของการใช้พลังงานไฟฟ้าของร่างกายเมื่อสัมผัสใกล้ชิดถูกนำมาใช้ในเครื่องถ่ายเอกสารไฟฟ้าสมัยใหม่ (เช่น "ยุค", "ซีร็อกซ์" ฯลฯ )
ดังนั้นหนึ่งในงานศิลปะจัดวางเหล่านี้ จึงมีการใช้ผงเรซินสีดำผสมกับลูกปัดแก้วเล็กๆ ในกรณีนี้ ลูกบอลมีประจุบวก และอนุภาคผงมีประจุลบ เนื่องจากแรงดึงดูดพวกมันจึงปกคลุมพื้นผิวของลูกบอลด้วยชั้นบาง ๆ
ข้อความหรือภาพวาดที่คัดลอกจะถูกฉายลงบนแผ่นซีลีเนียมบาง ๆ ซึ่งพื้นผิวนั้นมีประจุบวก จานวางอยู่บนประจุลบ พื้นผิวโลหะ- ภายใต้อิทธิพลของแสง แผ่นจะถูกปล่อยออกมา และประจุบวกจะยังคงอยู่เฉพาะในบริเวณที่สอดคล้องกับบริเวณที่มืดของภาพเท่านั้น จากนั้นปิดจานด้วยลูกปัดบางๆ เนื่องจากแรงดึงดูดของประจุตรงข้าม ผงเรซินจึงถูกดึงดูดไปยังบริเวณที่มีประจุบวกของแผ่น หลังจากนั้นลูกบอลจะถูกสะบัดออกและกดแผ่นกระดาษเข้ากับจานอย่างแน่นหนา งานพิมพ์ได้รับการแก้ไขโดยใช้ความร้อน
ร่างกายที่มองเห็นด้วยตาเปล่าจะมีประจุไฟฟ้าหากมีอนุภาคมูลฐานมากเกินไปซึ่งมีเครื่องหมายประจุเดียวกัน ประจุลบของร่างกายเกิดจากการมีอิเล็กตรอนมากเกินไปเมื่อเทียบกับโปรตอน และประจุบวกเกิดจากการขาดอิเล็กตรอน
- 1. แท่งกำมะถันมีประจุลบเมื่อถูกไฟฟ้า มวลของแท่งไม้ยังคงเท่าเดิมหรือไม่? 2. เป็นที่ทราบกันว่าแท่งแก้วที่ถูกับไหมจะมีประจุบวก ทดลองสังเกตสัญญาณของประจุของที่จับพลาสติกที่ถูบนขนสัตว์
ไฟฟ้าสถิตจะศึกษาคุณสมบัติและอันตรกิริยาของประจุที่อยู่นิ่งในกรอบอ้างอิงที่นำมาพิจารณา
ในธรรมชาติประจุไฟฟ้ามีเพียงสองประเภทเท่านั้น - ลบและบวก ประจุบวกอาจปรากฏบนแท่งแก้วที่ถูด้วยหนัง และประจุลบอาจปรากฏบนสีเหลืองอำพันที่ถูด้วยขนสัตว์
เป็นที่รู้กันว่าร่างกายทั้งหมดประกอบด้วยอะตอม ในทางกลับกัน อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่หมุนรอบอะตอม เนื่องจากอิเล็กตรอนมีประจุลบและนิวเคลียสมีประจุบวก อะตอมโดยรวมจึงมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า เมื่อสัมผัสกับภายนอก มันสามารถสูญเสียอิเล็กตรอนตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปและกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวก ถ้าอะตอม (หรือโมเลกุล) ติดอิเล็กตรอนเพิ่มเติมเข้ากับตัวเอง มันก็จะกลายเป็นไอออนลบ
ดังนั้นประจุไฟฟ้าจึงสามารถดำรงอยู่ได้ในรูปของไอออนและอิเล็กตรอนเชิงลบหรือบวก มี "ไฟฟ้าฟรี" ชนิดหนึ่ง - อิเล็กตรอนเชิงลบ ดังนั้นหากร่างกายมีประจุบวก ก็จะมีอิเล็กตรอนไม่เพียงพอ และหากเป็นลบก็จะมีประจุส่วนเกิน
คุณสมบัติทางไฟฟ้าของสารใด ๆ ถูกกำหนดโดยโครงสร้างอะตอมของมัน อะตอมสามารถสูญเสียอิเล็กตรอนไปหลายตัวได้ ซึ่งในกรณีนี้เรียกว่าการแตกตัวเป็นไอออนแบบทวีคูณ นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน โปรตอนแต่ละตัวมีประจุเท่ากับประจุของอิเล็กตรอน แต่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม นิวตรอนเป็นอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า (ไม่มีประจุไฟฟ้า)
นอกจากโปรตอนและอิเล็กตรอนแล้ว อนุภาคมูลฐานอื่นๆ ยังมีประจุไฟฟ้าอีกด้วย ประจุไฟฟ้าเป็นส่วนสำคัญของอนุภาคมูลฐาน
ประจุที่เล็กที่สุดถือเป็นประจุเท่ากับประจุของอิเล็กตรอน เรียกอีกอย่างว่าประจุเบื้องต้น ซึ่งมีค่าเท่ากับ 1.6·10 -19 C ประจุใดๆ จะเป็นผลคูณของประจุอิเล็กตรอนจำนวนเต็ม ดังนั้นการเกิดกระแสไฟฟ้าในร่างกายจึงไม่สามารถเกิดขึ้นได้อย่างต่อเนื่อง แต่จะเกิดเป็นขั้นๆ เท่านั้น (แยกกัน) ตามปริมาณประจุของอิเล็กตรอน
หากวัตถุที่มีประจุบวกเริ่มชาร์จใหม่ (ชาร์จด้วยไฟฟ้าลบ) ประจุจะไม่เปลี่ยนแปลงทันที แต่จะลดลงเหลือศูนย์ก่อน จากนั้นจึงได้รับศักย์ไฟฟ้าเชิงลบเท่านั้น จากนี้เราก็สรุปได้ว่าพวกเขาชดเชยกัน ข้อเท็จจริงนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปว่าร่างกายที่ "ไม่มีประจุ" มักจะมีประจุของสัญญาณบวกและลบซึ่งมีอยู่ในปริมาณที่การกระทำของพวกมันชดเชยซึ่งกันและกันอย่างสมบูรณ์
ในระหว่างการใช้พลังงานไฟฟ้า แรงเสียดทานจะแยก "องค์ประกอบ" ที่เป็นลบและบวกที่มีอยู่ใน "วัตถุที่ไม่มีประจุ" อันเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ขององค์ประกอบเชิงลบของร่างกาย (อิเล็กตรอน) ทั้งสองร่างได้รับกระแสไฟฟ้าหนึ่งในนั้นคือลบและตัวที่สองเป็นบวก จำนวนประจุที่ "ไหล" จากองค์ประกอบหนึ่งไปยังอีกองค์ประกอบหนึ่งจะคงที่ตลอดกระบวนการทั้งหมด
จากนี้เราก็สรุปได้ว่า ค่าธรรมเนียมไม่ได้ ถูกสร้างขึ้นและไม่หายไป แต่เพียง "ไหล" จากร่างหนึ่งไปยังอีกร่างหนึ่งหรือเคลื่อนไปภายในนั้นนี่คือสาระสำคัญของกฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า เมื่อเกิดการเสียดสี วัสดุหลายชนิดจะถูกใช้พลังงานไฟฟ้า เช่น เอโบไนต์ แก้ว และอื่นๆ อีกมากมาย ในหลายอุตสาหกรรม (สิ่งทอ กระดาษ และอื่น ๆ) มีจำหน่าย ไฟฟ้าสถิตย์เป็นปัญหาทางวิศวกรรมที่ร้ายแรง เนื่องจากการใช้พลังงานไฟฟ้าขององค์ประกอบที่เกิดจากการเสียดสีของกระดาษ ผ้า หรือผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมอื่นๆ บนชิ้นส่วนเครื่องจักรอาจทำให้เกิดเพลิงไหม้และการระเบิดได้
แรงแม่เหล็กไฟฟ้ามีบทบาทอย่างมากในธรรมชาติเนื่องจากวัตถุทั้งหมดมีอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ส่วนประกอบของอะตอม นิวเคลียส และอิเล็กตรอน มีประจุไฟฟ้า
แรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีอยู่ระหว่างอนุภาคที่มีประจุนั้นมีมหาศาล อย่างไรก็ตาม การกระทำของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างวัตถุไม่สามารถตรวจจับได้โดยตรง เนื่องจากวัตถุในสถานะปกติจะเป็นกลางทางไฟฟ้า อะตอมของสารใดๆ ก็ตามมีความเป็นกลาง เนื่องจากจำนวนอิเล็กตรอนในนั้นเท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส อนุภาคที่มีประจุบวกและประจุลบเชื่อมต่อถึงกันด้วยแรงไฟฟ้าและก่อตัวเป็นระบบที่เป็นกลาง
ร่างกายที่มองเห็นด้วยตาเปล่าจะมีประจุไฟฟ้าหากมีอนุภาคมูลฐานมากเกินไปซึ่งมีเครื่องหมายประจุเดียวกัน ประจุลบของร่างกายเกิดจากการมีอิเล็กตรอนมากเกินไปเมื่อเทียบกับโปรตอน และประจุบวกเกิดจากการขาดอิเล็กตรอน
เพื่อให้ได้ร่างกายที่มีประจุไฟฟ้าขนาดมหึมานั่นคือเพื่อทำให้เกิดไฟฟ้าจำเป็นต้องแยกส่วนหนึ่งของประจุลบออกจากประจุบวกที่เกี่ยวข้องกัน ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้แรงเสียดทาน หากคุณสางผมแห้ง ส่วนเล็กๆ ของอนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่มากที่สุดซึ่งก็คืออิเล็กตรอน จะเคลื่อนจากเส้นผมไปยังหวีและประจุประจุลบ และเส้นผมก็จะชาร์จประจุบวก
ความเท่าเทียมกันของประจุระหว่างการใช้ไฟฟ้าด้วยความช่วยเหลือของการทดลอง สามารถพิสูจน์ได้ว่าในระหว่างการเกิดกระแสไฟฟ้าโดยแรงเสียดทาน วัตถุทั้งสองได้รับประจุที่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม แต่มีขนาดเท่ากัน ให้เราเอาอิเล็กโตรมิเตอร์กับ a
ทรงกลมโลหะที่มีรูและแผ่นสองแผ่นบนด้ามจับยาว อันหนึ่งทำจากไม้มะเกลือและอีกอันทำจากลูกแก้ว เมื่อถูกัน จานจะเกิดไฟฟ้า ลองนำแผ่นเปลือกโลกแผ่นหนึ่งเข้าไปในทรงกลมโดยไม่ต้องสัมผัสผนัง หากแผ่นมีประจุบวก อิเล็กตรอนบางส่วนจากเข็มและแกนของอิเล็กโตรมิเตอร์จะถูกดึงดูดไปที่แผ่นและรวมตัวกันที่พื้นผิวด้านในของทรงกลม ในเวลาเดียวกัน ลูกศรจะถูกชาร์จประจุบวกและจะถูกผลักออกจากแกน (รูปที่ 92, a) หากคุณนำแผ่นอีกแผ่นเข้าไปในทรงกลมโดยเอาแผ่นแรกออกก่อน จากนั้นอิเล็กตรอนของทรงกลมและแกนจะถูกผลักออกจากแผ่นและจะสะสมเกินที่ลูกศร ซึ่งจะทำให้ลูกศรเบี่ยงเบนไปในมุมเดียวกับการทดลองครั้งแรก เมื่อลดแผ่นทั้งสองลงในทรงกลมแล้ว เราจะไม่ตรวจจับการเบี่ยงเบนของลูกศร (รูปที่ 92, b) นี่พิสูจน์ว่าประจุของแผ่นเปลือกโลกมีขนาดเท่ากันและมีเครื่องหมายตรงกันข้าม
การใช้พลังงานไฟฟ้าของร่างกายเกิดขึ้นได้อย่างไร?เมื่อวัตถุทำให้เกิดไฟฟ้าช็อต การสัมผัสกันอย่างใกล้ชิดระหว่างวัตถุทั้งสองเป็นสิ่งสำคัญ แรงไฟฟ้ากักเก็บอิเล็กตรอนไว้ภายในร่างกาย แต่สำหรับสารที่ต่างกัน แรงเหล่านี้จะต่างกัน ในระหว่างการสัมผัสใกล้ชิด ส่วนเล็ก ๆ ของอิเล็กตรอนของสารที่การเชื่อมต่อของอิเล็กตรอนกับร่างกายค่อนข้างอ่อนแอจะผ่านไปยังสารอื่น การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไม่เกินระยะห่างระหว่างอะตอม ซม.) แต่ถ้าแยกศพกันก็จะถูกฟ้องทั้งคู่
เนื่องจากพื้นผิวของวัตถุไม่เคยเรียบเนียนอย่างสมบูรณ์ การสัมผัสกันอย่างใกล้ชิดระหว่างวัตถุที่จำเป็นสำหรับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจึงเกิดขึ้นเฉพาะในพื้นที่เล็กๆ ของพื้นผิวเท่านั้น (รูปที่ 93) เมื่อวัตถุเสียดสีกัน จำนวนพื้นที่ที่มีการสัมผัสใกล้ชิดจะเพิ่มขึ้น และทำให้จำนวนอนุภาคมีประจุที่ผ่านจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งเพิ่มขึ้น
การใช้พลังงานไฟฟ้าของร่างกายและการประยุกต์ในเทคโนโลยีการเกิดกระแสไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญเกิดขึ้นระหว่างการเสียดสีของผ้าใยสังเคราะห์ เมื่อถอดเสื้อไนลอนโดยใช้อากาศแห้ง คุณจะได้ยินเสียงแคร็กที่มีลักษณะเฉพาะ ประกายไฟขนาดเล็กกระโดดไปมาระหว่างบริเวณที่มีประจุของพื้นผิวที่ถู ต้องคำนึงถึงปรากฏการณ์ดังกล่าวในการผลิต ดังนั้นด้ายเส้นด้ายในโรงงานสิ่งทอจึงถูกไฟฟ้าดูดเนื่องจากการเสียดสี ดึงดูดเข้ากับแกนหมุนและลูกกลิ้ง และฉีกขาด เส้นด้ายดึงดูดฝุ่นและสกปรก
จำเป็นต้องใช้มาตรการพิเศษในการต่อต้านการใช้ไฟฟ้าของเกลียว
การใช้พลังงานไฟฟ้าของวัตถุโดยการสัมผัสใกล้ชิดจะใช้ในเครื่องถ่ายเอกสารไฟฟ้า (เช่น "Era", "Xerox" เป็นต้น)
ดังนั้นหนึ่งในงานศิลปะจัดวางเหล่านี้ จึงมีการใช้ผงเรซินสีดำผสมกับลูกปัดแก้วเล็กๆ ในกรณีนี้ ลูกบอลมีประจุบวก และอนุภาคผงมีประจุลบ เนื่องจากแรงดึงดูดพวกมันจึงปกคลุมพื้นผิวของลูกบอลด้วยชั้นบาง ๆ
ข้อความหรือภาพวาดที่คัดลอกจะถูกฉายลงบนแผ่นซีลีเนียมบาง ๆ ซึ่งพื้นผิวนั้นมีประจุบวก แผ่นวางอยู่บนพื้นผิวโลหะที่มีประจุลบ ภายใต้อิทธิพลของแสง แผ่นจะถูกปล่อยออกมาและประจุบวกจะยังคงอยู่เฉพาะในบริเวณที่สอดคล้องกับบริเวณที่มืดของภาพเท่านั้น หลังจากนั้นจานจะถูกปกคลุมด้วยลูกบอลบาง ๆ เนื่องจากแรงดึงดูดของประจุตรงข้าม ผงเรซินจึงถูกดึงดูดไปยังบริเวณที่มีประจุบวกของแผ่น จากนั้นลูกบอลจะถูกสะบัดออกและกดแผ่นกระดาษเข้ากับจานให้แน่นแล้วจึงสร้างรอยประทับไว้ งานพิมพ์ได้รับการแก้ไขโดยใช้ความร้อน
