كيف تتحرك الشحنات الكهربائية. الشحنة الكهربائية هي خاصية حفظ. لا يمكن تغيير صافي شحنة نظام معزول. هذا هو مقدار الشحنة الموجبة مطروحًا منها مقدار الشحنة السالبة.
علاوة على ذلك ، تحمل الجسيمات دون الذرية الشحنة الكهربائية ، تمامًا كما هو الحال في المادة العادية ، تحمل الإلكترونات شحنة سالبة والبروتونات تحمل شحنة موجبة في النوى الذرية – اتبع موقع ترينداتة على الويب لمعرفة كيفية نقل الشحنة الكهربائية.
جدول المحتويات
ما هو المقصود بالشحنة الكهربائية؟
الشحنة الكهربائية هي الخاصية الأساسية لأشكال المادة التي تظهر تجاذبًا كهربائيًا أو تنافرًا في وجود مادة أخرى.
تمامًا كما أن الشحنة الكهربائية هي خاصية للعديد من الجسيمات دون الذرية ، نظرًا لأن شحنات الجسيمات القائمة بذاتها هي مضاعفات عددية للشحنة الأولية e ، فإننا نقول إن الشحنة الكهربائية هي كمية.
كان مايكل فاراداي ، في تجاربه مع التحليل الكهربائي ، أول من لاحظ الطبيعة المنفصلة للشحنة الكهربائية.
أكدت تجربة روبرت ميليكان لتقطير الزيت هذه الحقيقة مباشرة وقامت بقياس الشحنة الأولية.
تم اكتشاف أن نوعًا واحدًا فقط من الجسيمات ، وهو الكواركات ، له شحنة جزئية إما -1/3 أو +2/3.
ومع ذلك ، يُعتقد أنها تظهر دائمًا في مضاعفات شحنة عدد صحيح ، كواركات متميزة لم يسبق لها مثيل من قبل.
شاهد أيضاً: كيف تم اكتشاف الكهرباء في العالم
شحنة كهربائية
عندما يكون هناك عدد من الإلكترونات يفوق عدد البروتونات في قطعة من المادة ، يكون لها شحنة سالبة.
لها شحنة موجبة للأعداد الأصغر وشحنة محايدة للأرقام المتساوية.
يحدث في مضاعفات صحيحة لوحدات صغيرة فردية تسمى الشحنة الأولية ، e ، حوالي 1.602 × 10-19 كولوم.
إنها أصغر شحنة يمكن أن توجد بحرية (الجسيمات التي تسمى الكواركات لها أصغر شحنة ، مضاعفات 1 / 3e.
لكنه لا يوجد إلا في تركيبة ، ودائمًا ما يندمج في جزيئات مع الشحن الصحيح.)
يحتوي البروتون على شحنة + e بينما يحتوي الإلكترون على شحنة −e.
وحدة الشحنة الكهربائية
وحدة الشحنة الكهربائية المشتقة من النظام الدولي للوحدات هي كولوم (C) ، الذي سمي على اسم الفيزيائي الفرنسي تشارلز أوغستين دي كولوم.
في الهندسة الكهربائية ، يعد استخدام ساعة الأمبير – (آه) شائعًا أيضًا ، بينما في الفيزياء والكيمياء ، يتم استخدام شحنة العنصر (e) كوحدة واحدة.
تستخدم الكيمياء ما يسمى ثابت فاراداي ، والذي يُشار إليه عادةً بالرمز الصغير q للشحنة ، كشحنة لكل مول من الإلكترونات.
حقل كهرومغناطيسي
تحتوي الشحنة الكهربائية على مجال كهربائي ، وعندما تتحرك الشحنة فإنها تخلق أيضًا مجالًا مغناطيسيًا.
الجمع بين المجالين الكهربائي والمغناطيسي يسمى المجال الكهرومغناطيسي ، وتفاعله مع الشحنات هو مصدر القوة الكهرومغناطيسية ، وهي إحدى القوى الأساسية الأربعة في الفيزياء.
تسمى دراسة التفاعلات التي تتم بوساطة الفوتون بين الجسيمات المشحونة بالديناميكا الكهربية الكمية.
الاستقرار النسبي
بصرف النظر عن الخصائص الموصوفة في مقالات حول الكهرومغناطيسية ، فإن الشحنة ثابتة نسبية.
هذا يعني أن أي جسيم شحنة q ، بغض النظر عن مدى سرعته ، له دائمًا شحنة q.
تم التحقق من هذه الخاصية تجريبيًا من خلال إظهار أن شحنة نواة هيليوم واحدة (بروتونان ونيوترونان مرتبطان معًا في نواة ويتحركان بسرعة عالية)
وهي نفس شحنة نواتين من الديوتيريوم (بروتون ونيوترون مرتبطان معًا ولكنهما يتحركان ببطء أكثر من نواة الهيليوم).
نقل الشحنات الكهربائية
لماذا شعر هذه الفتاة مفرود في الصورة أعلاه؟ تلمس جهازًا يسمى “مولد فان دي جراف”.
تحتوي القبة الموجودة أعلى الجهاز على شحنة كهربائية سالبة ، وعندما تضع الفتاة يدها على القبة ، فإنها تصبح سالبة الشحنة أيضًا ، وصولاً إلى أطراف شعرها!
السؤال هنا: ماذا يترك الشعر ورائه؟
الجواب: كل الخيوط مشحونة سالبة فتتنافر مثل الشحنات فتبتعد الخيوط عن بعضها وتتوقف عند النهاية.
نقل الإلكترون
أصبحت الفتاة في الصورة مشحونة بشكل سلبي بسبب تدفق الإلكترونات إليها من مولد فان دي جراف.
لأن المادة المحايدة تشحن عندما تتحرك الإلكترونات بين الأشياء ، حتى الذرات الفردية تفعل ذلك.
الذرات المحايدة مشحونة كهربائيًا لأنها تحتوي على عدد من الإلكترونات السالبة يساوي عدد البروتونات الموجبة.
ومع ذلك ، عندما تفقد الذرات إلكترونات أو تكتسبها ، فإنها تصبح جسيمات مشحونة تسمى أيونات.
يمكنك أن ترى كيف يحدث هذا عندما تفقد الذرة إلكتروناتها وتصبح أيونًا موجبًا أو كاتيونًا في الشكل أدناه.
عندما تكتسب الذرة إلكترونات ، تصبح أيونًا سالبًا أو أنيونًا.
اقرأ أيضًا: معلومات الهندسة الكهربائية
احفظ البث
مثل تكوين الأيونات ، يعتمد تكوين مادة مشحونة بشكل عام على انتقال الإلكترونات ، إما بين مادتين أو داخل مادة.
يتم إعطاء ثلاث طرق يمكن من خلالها حدوث ذلك: التوصيل والاستقطاب والاحتكاك.
جميع الطرق الثلاثة موصوفة أدناه ، ولكن بغض النظر عن كيفية نقل الإلكترونات ، تظل الشحنة الإجمالية.
كما هو الحال دائما؛ تتحرك الإلكترونات لكنها لا تدمر ، وهذا هو قانون حفظ الشحنة.
توصيل
يعد نقل الإلكترونات من مولد Van de Graaf إلى الفتاة مثالًا على التوصيل حيث يحدث التوصيل.
الاتصال المباشر بين المواد التي تختلف في قدرتها على التبرع أو قبول الإلكترونات.
ينشئ مولد Van de Graaf أيضًا شحنة سالبة على القبة ، لذلك يميل إلى التبرع بالإلكترونات.
الأيدي البشرية مشحونة إيجابياً ، لذا فهي تميل إلى التقاط الإلكترونات ، لذلك تتدفق الإلكترونات من القبة إلى يد الفتاة عندما تلامسها.
لا تحتاج إلى مولد من van de Graaf لإجراء الاتصال ، كما يمكن أن يحدث عندما تمشي عبر سجادة من الصوف بأحذية مطاطية.
عندما يميل الصوف إلى التبرع بالإلكترونات ويميل المطاط إلى التقاطها ، فإن السجاد ينقل الإلكترونات إلى حذائك في كل مرة تضع فيها قدمك.
لذلك ، عن طريق نقل الإلكترونات ، تصبح سالبة بينما تصبح السجادة مشحونة بشكل إيجابي.
الاستقطاب
لنفترض أنك كنت تمشي عبر سجادة صوفية بأحذية نعل مطاطي وأصبحت مشحونة بشكل سلبي.
ثم عندما تلمس مقبض الباب المعدني ، تتنافر الإلكترونات الموجودة في المعدن المحايد وتتحرك بعيدًا عن يدك قبل أن تلمس المقبض.
بهذه الطريقة ، يصبح أحد طرفي الزر مشحونًا بشكل إيجابي ويصبح الطرف الآخر مشحونًا سالبًا ، وهو ما يسمى الاستقطاب.
يحدث الاستقطاب عندما تتحرك الإلكترونات في جسم محايد بسبب المجال الكهربائي لجسم مشحون قريب.
يحدث بدون اتصال مباشر بين الجسمين ، ويوضح الشكل أدناه كيفية حدوث الاستقطاب.
وهنا يأتي السؤال: ماذا يحدث عندما يقترب القضيب البلاستيكي سالب الشحنة في الرسم البياني من اللوح المعدني المحايد؟
الجواب هو: يتم طرح الإلكترونات في اللوحة ، والشحنات السالبة في القضيب تحرك الإلكترونات بعيدًا عن القضيب.
هذا يجعل جانبًا واحدًا من اللوح مشحونًا بشكل إيجابي والجانب الآخر مشحون سالبًا.
احتكاك
هل قمت بفرك بالون منتفخ في شعرك؟ يمكنك أن ترى ما يحدث في الصورة أدناه ، فهو يسبب احتكاكًا بين البالون والشعر.
يمكنك “فصل” الإلكترونات عن شعر البالون ، لأن البالون يجذب الإلكترونات أكثر من الشعر.
بعد نقل الإلكترونات ، يصبح البالون سالبًا ويصبح الشعر موجب الشحنة.
يتم تفكيك الخيوط الفردية وتقف في النهاية لأن الشحنات تتنافر.
يجذب البالون والشعر بعضهما البعض لأن الشحنات المعاكسة تجذب بعضها البعض.
يتم نقل الإلكترونات بهذه الطريقة كلما كان هناك احتكاك بين المواد التي تختلف في قدرتها على التبرع أو قبول الإلكترونات.
اخترنا لك: ما هي السيارات الكهربائية؟
كيف تتحرك الشحنات الكهربائية عندما تتحرك الإلكترونات بين الأشياء ، تصبح المادة المحايدة مشحونة ؛ على سبيل المثال ، عندما تفقد الذرات إلكترونات أو تكتسبها ، فإنها تصبح جسيمات مشحونة تسمى أيونات.