الکتریسته و تاریخچه آن

علم الکتریسته به دوران باستان بر می‌‌گردد و تاریخ دقیق آن مشخص نیست. اما برخی تولد آن را به مشاهده معروف تالس ملطی (Thales of Miletus) در ۶۰۰ سال قبل از میلاد ارجاع می‌‌دهند. که در آن زمان تالس متوجه شد که یک تکه کهربای مالش داده شده خرده‌های کاه را می‌‌رباید، یا اینکه در یک تجربه عادی دیده ایم که وقتی یک شانه کائوچو سخت را با پارچه پشمی مالش دهیم شانه ریزه‌های کوچک کاغذ را جذب می‌‌کند. در اثر مالش این دو جسم به یکدیگر هم کائوچو و هم پشم خاصیت جدیدی پیدا می‌‌کنند. یعنی باردار می‌‌شوند از این آزمایش برای معرفی مفهوم بار الکتریکی استفاده می‌‌شود.

منشا الکتریسته

طبق نظریه الکترونی اتم، یک اتم از ذرات کوچک‌تری به نام‌های الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شده است. که الکترون‌ها دارای بار منفی و پروتون‌ها دارای بار مثبت و نوترون‌ها بدون بار هستند. تعداد الکترون‌ها و پروتون‌های یک اتم در حالت عادی برابر است. بنابراین، اتم در حالت عادی از نظر بار الکتریکی خنثی است.
در اثر تماس، نزدیکی و یا برخورد اجسام بر همدیگر میان اجسام اندازه حرکت خطی مبادله می‌‌شود. در اثر تغییر اندازه حرکت نیروهایی ایجاد می‌‌شود. چگونگی شکل گیری این نیرو‌ها به ساختار اتمی تشکیل دهنده اجسام برمی گردد. به عبارتی این نیروها منشا الکتریکی و مغناطیسی دارند. در اثر مالش اجسام برهمدیگر، جسمی که در اتم‌های تشکیل دهنده خود اتمی از نوع دهنده الکترون داشته باشد، الکترون خود را به جسم دیگر که خاصیت الکترونگاتیوی کمتری دارد می‌‌دهد و مبادله الکترون بین اتم‌ها و در نهایت اجسام منجر به تولید الکتریسته می‌‌شود.

تقسیمات الکتریسته

الکتریسته ساکن (الکتریسته مالشی)

اگر یک میله شیشه‌ای را به پارچه پشمی مالش دهیم، هردو جسم دارای بار می‌‌شوند. زیرا شیشه تعدادی الکترون از دست می‌‌دهد. و پارچه الکترون می‌‌گیرد. پس شیشه دارای بار مثبت و پارچه به همان مقدار دارای بار منفی می‌‌گردد. بار ایجاد شده در شیشه و پارچه درمحل تماس باقی می‌‌ماند.

الکتریسته القایی

اگر میله با بار منفی را به دو کره فلزی بدون باری که باهم در تماس بوده و توسط پایه‌های عایقی از زمین جداشده باشند، نزدیک کنیم. قبل از دور کردن میله، بدون دست زدن به پوسته کرات آنها را از هم جدا کنیم. کره نزدیک به میله دارای بار مثبت و کره دور از آن دارای منفی خواهد بود که مقدار بار روی کرات برابرند. این نوع باردارشدن را باردار شدن به روش القا یا مجاورت می‌‌نامند.

الکتریسته جاری

عبور پیوسته الکترون از یک رسانا (هادی) را الکتریسته جاری گویند. خلاف جهت حرکت الکترون را جهت قراردادی جریان الکتریکی انتخاب می‌‌کنند. عامل برقراری جریان ثابت، اختلاف پتاسیل ثابتی می‌‌باشد، که در دو سر هادی برقرار است و وسایل تولید این اختلاف پتاسیل ثابت پیل‌های شیمیایی، ژنراتورها و دیناموها می‌‌باشند.

اجسام رسانا و نارسانا

بعضی از اجسام مانند فلزات که الکتریسته را به خوبی از خود عبور می‌‌دهند، رسانا نامیده می‌‌شوند. در این نوع اجسام الکترون آزاد اتم به راحتی در شبکه بلوری اجسام حرکت می‌‌کنند. و عمل رسانایی را انجام می‌‌دهند.
اجسامی که الکترونهای آزاد (برای هدایت الکترون) ندارند، و نمی‌توانند الکتریسته را از خود عبور دهند، نارسانا یا عایق نامیده می‌‌شوند. باید توجه نمود که رسانایی یا نارسانایی یک کمیتِ نسبی است.

توزیع بار الکتریکی در اجسام رسانا

اگر جسم رسانایی بر روی پایه عایقی قرارگیرد و در اثر مالش باردار شود بار تولیدشده در آن در سطح خارجی‌اش پخش می‌‌شود، به طوری که در لبه‌ها و قسمت‌های نوک‌تیز چگالی سطحی بار بیشتر ازسایر قسمت‌ها می‌‌باشد.(چرا؟)

بار الکتریکی

میزان باری که ذره بنیادی الکترون دارد را مبنا قرارمی گیرد و چون مبادله بار از طریق الکترون صورت می‌‌گیرد شمارش تعداد الکترون‌های مبادله شده بار الکتریکی جسم را به ما می‌‌دهد. به عبارتی اگر جسمی n تا الکترون دریافت نماید، بار الکتریکی آن از نوع منفی بوده (چون الکترون گرفته) و مقدارش n برابر بار الکترون خواهد بود.
اگر بار الکتریکی را با علامت q و بار الکترون را با e نمایش دهیم، مقدار بارالکتریکی هر جسم از رابطه q = ne تبعیت می‌‌نماید. واحد بار الکتریکی به افتخار کولن (که نخستین بار رابطه‌ای برای نیروی بین بارهای الکتریکی کشف کرد) کولن نام دارد. بار الکتریکی یک الکترون در دستگاه SI برحسب کولن برابر است با: e = − ۱.۶ * ۱۰ − ۱۹. در نظر داشته باشید که n یک عدد صحیح بزرگ‌تر از یا برابر با صفر است.
==اثر بارهای الکتریکی بر همدیگر==vvccvv
بر طبق قانون کولن دو بار الکتریکی همنام همدیگر را دفع و دو بار الکتریکی غیر همنام همدیگر را جذب می‌‌کنند. مقدار نیروی کشش یا رانش بین بارها بر طبق قانون کولن با حاصلضرب اندازهٔ بارها نسبت مستقیم و با مجذور فاصلهٔ بین بارها نسبت عکس دارد. اگر بارها در یک محیط مادی (محیط دی الکتریک) قرار داشته باشند (و نه در خلاء) اجزای محیط نیز قطبیده می‌شوند و روی مقدار نیروی بین دو بار تأثیر می‌گذارند، و باید اثر این نیروها را نیز بر نیروی حاصل در نظر گرفت. در محیط‌های دی الکتریک خطی، اثر محیط به شکل یک ضریب ثابت روی نیروی بین دو بار تأثیر می‌گذارد (یعنی در محیط‌های خطی، نیروی بین دو بار در محیط دی الکتریک، ضریبی از نیروی بین آن دو بار در خلاء است). در این صورت می‌گویند که یک محیط خطی گذردهی الکتریکی متفاوتی از خلاء دارد، و این گذردهی به شکل یک ضریب در قانون کولن ظاهر می‌شود.

میدان الکتریکی

میدان الکتریکی در هر نقطه، نیروی الکتریکی وارد بر یک بار آزمون در واحد بار است (البته به این شرط که آن بار به حد کافی کوچک باشد تا آرایش بار محیط را تغییر ندهد). میدان الکتریکی یک کمیت برداری است و در معادلات الکترومغناطیس (معادلات ماکسول) ظاهر می‌شود.
E = kq / r۲

اختلاف پتانسیل الکتریکی

اختلاف پتانسیل الکتریکی برابر است با منفی کاری که میدان الکتریکی روی واحد بار بین دو نقطه انجام می‌دهد. (اگر در رفتن از نقطهٔ ۱ به نقطهٔ ۲ کار انجام‌شده مثبت باشد، مقدار پتانسیل الکتریکیِ نقطهٔ ۱ بیشتر از ۲ است.) اختلاف پتانسیل الکتریکی به مسیری که برای رفتن از نقطهٔ اول به نقطهٔ دوم طی شده، بستگی ندارد (زیرا میدان الکتریکی یک میدان پایستار است). می‌توان یک نقطه را در فضا به عنوان مبداء پتانسیل انتخاب کرد (یعنی به آن پتانسیل صفر را نسبت داد) و پتانسیل نقطه‌های دیگر را نسبت به آن اندازه گرفت.

کار در الکتریسیته

میزان انرژی مصرف شده برای جابجا کرد یک بار در یک میدان از یک مکان به مکان دیگر.

توان الکتریکی در الکتریسیته

کار انجام شده در واحد زمان.
منبع: http://www.academist.ir
/س