Φόρτιση με επαγωγή

Όταν αφαιρούμε τα συνθετικά ρούχα ή τα πουλόβερ μας από το σώμα μας, εμφανίζεται ένας σπινθήρας ή ένας ήχος τριξίματος, ειδικά σε ξηρό καιρό. Με γυναικεία ρούχα, όπως τα saree από πολυεστέρα, αυτό είναι σχεδόν αναπόφευκτο. Μια άλλη μορφή ηλεκτρικής εκκένωσης είναι οι κεραυνοί στον ουρανό κατά τη διάρκεια καταιγίδων. Όταν ανοίγουμε μια πόρτα αυτοκινήτου ή πιάνουμε τη σιδερένια ράβδο ενός λεωφορείου αφού γλιστρήσουμε από τις θέσεις μας, παθαίνουμε ηλεκτρικό τράνταγμα. Η απελευθέρωση ηλεκτρικών φορτίων που έχουν συσσωρευτεί ως αποτέλεσμα της τριβής των μονωτικών επιφανειών είναι η πηγή αυτών των συναισθημάτων. Αυτό σχετίζεται με τη δημιουργία στατικού ηλεκτρισμού. Στατική είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει οτιδήποτε δεν κινείται ή αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Η μελέτη δυνάμεων, πεδίων και δυναμικών που προκύπτουν από στατικά φορτία αναφέρεται ως θεωρία στατικού φορτίου.

Φόρτιση μέσω επαγωγής

Στα περισσότερα σώματα, η ηλεκτρική ουδετερότητα αναφέρεται στην παρουσία ίσου αριθμού θετικών και αρνητικών φορτίων. Το ισοζύγιο θετικών και αρνητικών φορτίων πρέπει να τροποποιηθεί για να φορτίσει ένα ουδέτερο σώμα. Οι ακόλουθες έννοιες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αλλαγή της ισορροπίας φόρτισης ενός ουδέτερου σώματος:

• Τριβή

• Διεξαγωγή

• Εισαγωγή

Φόρτιση με τριβή

Το τρίψιμο ενός σωματιδίου πάνω σε ένα άλλο επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να μεταφέρονται από τη μια επιφάνεια στην άλλη, έτσι λειτουργεί η μέθοδος φόρτισης με τριβή. Οι μονωτές μπορούν να φορτιστούν χρησιμοποιώντας αυτήν την προσέγγιση.

Τα υλικά αντικείμενα αποτελούνται από διάφορα είδη ατόμων και συνδυασμούς ατόμων. Επειδή υπάρχουν διάφορα άτομα σε διαφορετικά αντικείμενα, έχουν διαφορετικά ηλεκτρονικά χαρακτηριστικά. Μία από αυτές τις ιδιότητες είναι η συγγένεια ηλεκτρονίων. Με απλά λόγια, η συγγένεια ηλεκτρονίων είναι μια ιδιότητα που περιγράφει πόσο ενδιαφέρεται μια ουσία με τα ηλεκτρόνια. Εάν τα άτομα μιας ουσίας έχουν μεγάλη συγγένεια με τα ηλεκτρόνια, το υλικό θα έχει επίσης ισχυρή συγγένεια με τα ηλεκτρόνια.

Φόρτιση με αγωγιμότητα

Όταν ένα φορτισμένο σωματίδιο έρχεται σε σύνδεση με ένα ουδέτερο αγώγιμο μέσο, ​​φορτίζεται με αγωγιμότητα. Το φορτισμένο υλικό μεταδίδει τα φορτία του στον ουδέτερο αγωγό. Οι αγωγοί μπορούν να φορτιστούν χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική.

 

Όταν ένα φορτισμένο αντικείμενο έρχεται σε επαφή με ένα ουδέτερο αντικείμενο, εμφανίζεται φόρτιση αγωγιμότητας. Ας υποθέσουμε ότι μια θετικά φορτισμένη μεταλλική πλάκα συγκρούεται με μια ουδέτερη σφαίρα. Η ουδέτερη μεταλλική σφαίρα φορτίζεται όταν έρχεται σε επαφή με το φορτισμένο μεταλλικό φύλλο.

Σκεφτείτε την περίπτωση μιας αρνητικά φορτισμένης μεταλλικής σφαίρας τοποθετημένης πάνω στην επάνω πλάκα ενός ουδέτερου ηλεκτροσκοπίου βελόνας.

Τέλος, υποθέστε ότι ένας αφόρτιστος μελετητής φυσικής στέκεται σε μια μονωτική πλατφόρμα όταν αυτός ή αυτή έρχεται σε επαφή με μια αρνητικά φορτισμένη γεννήτρια Van de Graaff, η οποία φορτίζει τον ουδέτερο μελετητή της φυσικής.

Φόρτιση μέσω επαγωγής

Η επαγωγική φόρτιση είναι μια μέθοδος φόρτισης που περιλαμβάνει τη φόρτιση ενός ουδέτερου αντικειμένου χωρίς επαφή με άλλο φορτισμένο αντικείμενο. Ένα ουδέτερο ή αφόρτιστο αγώγιμο υλικό γειωμένο σε ένα ουδέτερα φορτισμένο υλικό χρησιμοποιείται για τη συγκράτηση του φορτισμένου αντικειμένου. Όταν ένα φορτίο ρέει μεταξύ δύο αντικειμένων, το αφόρτιστο αγώγιμο υλικό αναπτύσσει φορτίο αντίθετο από την πολικότητα του φορτισμένου αντικειμένου.

1.Επαγωγική φόρτιση με θετικά φορτισμένη ράβδο:

 

Φόρτιση με επαγωγή με χρήση θετικά φορτισμένης ράβδου.

Συνδέστε δύο μεταλλικές σφαίρες, Α και Β, τοποθετώντας τις σε μονωτικές πλατφόρμες.

Φέρτε μια θετικά φορτισμένη ράβδο κοντά σε μία από τις σφαίρες, ας πούμε Α, αλλά μην την αφήσετε να την αγγίξει.

Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στις σφαίρες έλκονται προς τη ράβδο. Υπάρχει τώρα περίσσεια θετικών ιόντων στην πίσω επιφάνεια της σφαίρας Β. Και οι δύο τύποι φορτίων είναι εγκλεισμένοι σε μεταλλικές σφαίρες, εμποδίζοντάς τους να διαφύγουν. Ως αποτέλεσμα, προτιμούν να μένουν στο έδαφος. Ένα πλεόνασμα αρνητικού φορτίου υπάρχει στην αριστερή επιφάνεια της σφαίρας Α, ενώ μια περίσσεια θετικού φορτίου υπάρχει στη δεξιά επιφάνεια της σφαίρας Β. Δεν έχουν συγκεντρωθεί όλα τα σωματίδια ηλεκτρονίων στις σφαίρες στην αριστερή επιφάνεια του Α. Το αρνητικό φορτίο απωθεί άλλα σωματίδια ηλεκτρονίων.

Η διαδικασία είναι γνωστή ως επαγωγή φόρτισης και συμβαίνει πολύ γρήγορα. Μέχρι να κρατηθεί η γυάλινη ράβδος κοντά στη σφαίρα, όπως φαίνεται, τα συγκεντρωμένα φορτία είναι ορατά στην επιφάνεια. Τα φορτία δεν επηρεάζονται πλέον από εξωτερικές πιέσεις και επανέρχονται στην αρχική τους ουδέτερη κατάσταση όταν αφαιρεθεί η ράβδος.

2. Επαγωγική φόρτιση με αρνητικά φορτισμένη ράβδο:

Φόρτιση με επαγωγή με χρήση αρνητικά φορτισμένης ράβδου.

Σκεφτείτε τις δύο μεταλλικές σφαίρες Α και Β στο διάγραμμα, οι οποίες είναι εφικτές. Πάρτε για παράδειγμα μια αρνητικά φορτισμένη ράβδο. Όταν μια φορτισμένη ράβδος κρατιέται κοντά στις σφαίρες, τα ηλεκτρόνια στο σύστημα των δύο σφαιρών απομακρύνονται λόγω της απώθησης μεταξύ των ηλεκτρονίων της φορτισμένης ράβδου και των σφαιρών.

Σαν αποτέλεσμα, τα ηλεκτρόνια από τη σφαίρα Α μεταφέρονται στη σφαίρα Β. Λόγω της ηλεκτρομετανάστευσης, η σφαίρα Α φορτίζεται θετικά ενώ η σφαίρα Β φορτίζεται αρνητικά.

Ολόκληρο το σύστημα δύο σφαιρών γίνεται ηλεκτρικά ουδέτερο ως αποτέλεσμα. Οι σφαίρες στη συνέχεια χωρίζονται όπως φαίνεται (αποφεύγοντας την άμεση επαφή με το μέταλλο). Το φορτίο διασκορπίζεται σε όλες τις σφαίρες όταν αφαιρεθεί η φορτισμένη ράβδος, όπως φαίνεται στο διάγραμμα.

Βασικές ιδιότητες των ηλεκτρικών φορτίων

Προσθετικότητα χρέωσης: 

Αν ένα σύστημα έχει δύο σημειακά φορτία, q1 και q2, το συνολικό φορτίο του συστήματος μπορεί να μετρηθεί προσθέτοντας αλγεβρικά q1 και q2, δηλαδή, τα φορτία μπορεί να είναι βαθμωτές, όπως η μάζα ενός σώματος, ή μπορούν να αθροιστούν σε πραγματικούς αριθμούς. Το συνολικό φορτίο ενός συστήματος με n φορτία (q1, q2, q3,…, qn) ισούται με q1+ q2+ q3+… + qn. Το φορτίο έχει μέγεθος αλλά όχι κατεύθυνση, ισοδύναμο με τη μάζα. Ωστόσο, υπάρχει μια διάκριση μεταξύ μάζας και φορτίου. Η μάζα ενός σώματος είναι πάντα θετική, ενώ το φορτίο μπορεί να είναι είτε θετικό είτε αρνητικό. Ορισμένοι δείκτες πρέπει να χρησιμοποιούνται κατά την προσθήκη χρεώσεων σε ένα σύστημα.

Διατήρηση χρέωσης :Το συνολικό φορτίο ενός απομονωμένου συστήματος θα παραμένει πάντα σταθερό, σύμφωνα με τον κανόνα διατήρησης του φορτίου. Οποιοδήποτε σύστημα δεν ανταλλάσσει μάζα ή ενέργεια με το περιβάλλον του θα έχει το ίδιο συνολικό φορτίο σε οποιαδήποτε δύο χρονικά διαστήματα. Όταν δύο αντικείμενα σε ένα απομονωμένο σύστημα έχουν καθαρό φορτίο μηδέν το καθένα και το ένα από τα σώματα μεταφέρει ένα εκατομμύριο ηλεκτρόνια στο άλλο, το αντικείμενο με τα πλεονάζοντα ηλεκτρόνια φορτίζεται αρνητικά, ενώ το αντικείμενο με τα λιγότερα ηλεκτρόνια φορτίζεται θετικά. Η συνολική χρέωση του συστήματος δεν έχει αλλάξει ποτέ και δεν θα αλλάξει ποτέ.

Συμπέρασμα

Εάν ένα αρνητικά φορτισμένο αντικείμενο χρησιμοποιείται για να φορτίσει επαγωγικό συλλογισμό ένα ουδέτερο αντικείμενο, το ουδέτερο αντικείμενο θα γίνει θετικά ιόντα. Εάν ένα θετικά φορτισμένο αντικείμενο χρησιμοποιείται για να φορτίσει επαγωγικά ένα ουδέτερο αντικείμενο, το ουδέτερο αντικείμενο θα φορτιστεί αρνητικά.