Elektrifikasi tubuh, interaksi muatan

Pada artikel ini, kami akan mencoba menyajikan gagasan yang cukup umum tentang apa itu elektrifikasi benda, dan kami juga akan menyentuh hukum kekekalan muatan listrik.

Terlepas dari apakah sumber energi listrik ini atau itu bekerja sesuai prinsip, masing-masing terjadi elektrifikasi tubuh fisik, yaitu pemisahan muatan listrik yang ada dalam sumber energi listrik dan pemusatannya di tempat-tempat tertentu, misalnya, pada elektroda atau terminal sumber. Sebagai hasil dari proses ini, kelebihan muatan negatif (elektron) diperoleh di satu terminal sumber energi listrik (katoda), dan kekurangan elektron di terminal lain (anoda), yaitu. yang pertama diisi dengan listrik negatif, dan yang kedua dengan listrik positif.

Setelah ditemukannya elektron, partikel elementer dengan muatan minimal, setelah struktur atom akhirnya dijelaskan, sebagian besar fenomena fisik yang berkaitan dengan listrik juga dapat dijelaskan.

Materi material yang membentuk benda umumnya ditemukan netral secara elektrik, karena molekul dan atom yang membentuk benda netral dalam kondisi normal, dan akibatnya benda tidak memiliki muatan. Tetapi jika benda netral seperti itu bergesekan dengan benda lain, maka beberapa elektron akan meninggalkan atomnya dan berpindah dari satu benda ke benda lain. Panjang jalur yang ditempuh oleh elektron-elektron ini selama pergerakan tersebut tidak lebih dari jarak antara atom tetangga.

Namun, jika setelah gesekan benda-benda itu terpisah, bergerak menjauh, maka kedua benda itu akan bermuatan. Tubuh yang dilewati elektron akan menjadi bermuatan negatif, dan benda yang menyumbangkan elektron ini akan memperoleh muatan positif, akan menjadi bermuatan positif. Ini adalah elektrifikasi.

Misalkan dalam suatu benda fisik, misalnya dalam kaca, dimungkinkan untuk melepaskan sebagian elektronnya dari sejumlah besar atom. Artinya kaca yang telah kehilangan sebagian elektronnya akan diisi dengan listrik positif, karena di dalamnya muatan positif lebih diunggulkan dibandingkan muatan negatif.

Elektron yang dikeluarkan dari kaca tidak dapat hilang dan harus diletakkan di suatu tempat. Asumsikan bahwa setelah elektron dikeluarkan dari kaca, mereka ditempatkan pada bola logam. Maka jelaslah bahwa bola logam yang menerima elektron tambahan diisi dengan listrik negatif, karena di dalamnya muatan negatif diprioritaskan daripada muatan positif.

Melistriki tubuh fisik — artinya menciptakan kelebihan atau kekurangan elektron di dalamnya, mis. mengganggu keseimbangan dua lawan di dalamnya, yaitu muatan positif dan negatif.

Melistriki dua benda fisik secara bersamaan dan bersama-sama dengan muatan listrik yang berbeda berarti menarik elektron dari satu benda dan mentransfernya ke benda lain.

Jika muatan listrik positif telah terbentuk di suatu tempat di alam, maka muatan negatif dengan nilai absolut yang sama pasti muncul bersamaan dengannya, karena kelebihan elektron dalam benda fisik apa pun muncul karena kekurangannya pada benda fisik lainnya.

Berbagai muatan listrik muncul dalam fenomena listrik sebagai lawan yang selalu menyertainya, yang kesatuan dan interaksinya merupakan kandungan internal fenomena listrik dalam zat.

Benda netral menjadi dialiri arus listrik ketika mereka memberi atau menerima elektron, dalam kedua kasus mereka memperoleh muatan listrik dan berhenti menjadi netral. Di sini muatan listrik tidak muncul entah dari mana, muatan hanya dipisahkan, karena elektron sudah ada di dalam benda dan hanya mengubah lokasinya, elektron berpindah dari satu benda berlistrik ke benda berlistrik lainnya.

Tanda muatan listrik yang dihasilkan dari gesekan benda bergantung pada sifat benda tersebut, kondisi permukaannya, dan sejumlah alasan lainnya. Oleh karena itu, tidak dikecualikan kemungkinan bahwa tubuh fisik yang sama dalam satu wadah bermuatan positif dan di wadah lain dengan listrik negatif, misalnya, logam ketika digosok dengan kaca dan wol menjadi dialiri listrik secara negatif, dan ketika digosok dengan karet — secara positif.

Pertanyaan yang tepat adalah: mengapa muatan listrik tidak mengalir melalui dielektrik tetapi melalui logam? Intinya adalah bahwa dalam dielektrik semua elektron terikat pada inti atomnya, mereka hanya tidak memiliki kemampuan untuk bergerak bebas ke seluruh tubuh.

Tetapi dalam logam situasinya berbeda. Ikatan elektron dalam atom logam jauh lebih lemah daripada di dielektrik, dan beberapa elektron dengan mudah meninggalkan atomnya dan bergerak bebas ke seluruh tubuh, inilah yang disebut elektron bebas yang menyediakan transfer muatan dalam kabel.

Pemisahan muatan terjadi baik selama gesekan benda logam maupun selama gesekan dielektrik. Namun dalam demonstrasi, dielektrik digunakan: ebonit, amber, kaca. Ini terpaksa karena alasan sederhana bahwa karena muatan tidak bergerak melalui volume dalam dielektrik, mereka tetap berada di tempat yang sama pada permukaan benda tempat asalnya.

Dan jika dengan gesekan, katakanlah, untuk bulu, sepotong logam menjadi dialiri arus listrik, maka muatan, yang hanya memiliki waktu untuk bergerak ke permukaannya, akan langsung mengalir ke tubuh pelaku eksperimen, dan demonstrasi, misalnya, dengan dielektrik, tidak akan bekerja. Tetapi jika sepotong logam diisolasi dari tangan pelaku eksperimen, ia akan tetap berada di logam tersebut.

Jika muatan benda dilepaskan hanya dalam proses elektrifikasi, lalu bagaimana muatan totalnya? Eksperimen sederhana memberikan jawaban untuk pertanyaan ini. Ambil elektrometer dengan piringan logam terpasang pada batangnya, letakkan selembar kain wol di atas piringan, seukuran piringan itu. Di atas cakram jaringan ditempatkan cakram konduktif lain, sama seperti pada batang elektrometer, tetapi dilengkapi dengan pegangan dielektrik.

Sambil memegang gagangnya, pelaku eksperimen menggerakkan piringan atas beberapa kali, menggosokkannya ke piringan jaringan yang terletak di piringan batang elektrometer, kemudian menjauhkannya dari elektrometer. Jarum elektrometer membelok saat cakram dilepas dan tetap pada posisi itu. Ini menunjukkan bahwa muatan listrik telah berkembang pada kain wol dan pada piringan yang terpasang pada batang elektrometer.

Cakram dengan gagangnya kemudian dikontakkan dengan elektrometer kedua, tetapi tanpa cakram yang terpasang padanya, dan jarumnya diamati dibelokkan dengan sudut yang hampir sama dengan jarum elektrometer pertama.

Eksperimen menunjukkan bahwa kedua disk selama elektrifikasi menerima muatan dari modul yang sama. Tapi apa tanda-tanda tuduhan ini? Untuk menjawab pertanyaan ini, elektrometer dihubungkan dengan kabel. Jarum elektrometer akan segera kembali ke posisi nol masing-masing sebelum percobaan dimulai. Muatan dinetralkan, artinya muatan pada piringan memiliki besaran yang sama tetapi tandanya berlawanan, dan secara keseluruhan memberikan nol, seperti sebelum percobaan dimulai.

Eksperimen serupa menunjukkan bahwa selama elektrifikasi, muatan total benda dilestarikan, yaitu jika jumlah totalnya nol sebelum elektrifikasi, maka jumlah totalnya akan menjadi nol setelah elektrifikasi... Tetapi mengapa ini terjadi? Jika Anda menggosokkan sebatang kayu hitam pada kain, kain itu akan bermuatan negatif dan kain itu bermuatan positif, dan ini adalah fakta yang terkenal. Kelebihan elektron terbentuk pada ebonit saat digosokkan pada wol, dan defisit yang sesuai pada kain.

Muatan akan sama dalam modulus, karena berapa banyak elektron yang telah berpindah dari kain ke ebonit, ebonit telah menerima muatan negatif tersebut, dan jumlah muatan positif yang sama telah terbentuk di kanvas, karena elektron yang telah meninggalkan kain adalah muatan positif pada kain. Dan kelebihan elektron pada ebonit sama persis dengan kekurangan elektron pada kain. Muatan berlawanan tanda tetapi sama besarnya. Jelas, muatan penuh dihemat selama elektrifikasi; itu sama dengan nol secara total.

Selain itu, meskipun muatan pada kedua benda itu bukan nol sebelum elektrifikasi, muatan totalnya masih sama dengan sebelum elektrifikasi. Setelah menyatakan muatan benda sebelum interaksinya sebagai q1 dan q2, dan muatan setelah interaksi sebagai q1' dan q2', persamaan berikut akan benar:

q1 + q2 = q1 ' + q2'

Ini menyiratkan bahwa untuk setiap interaksi benda, muatan total selalu kekal. Ini adalah salah satu hukum dasar alam, hukum kekekalan muatan listrik. Benjamin Franklin menemukannya pada tahun 1750 dan memperkenalkan konsep "muatan positif" dan "muatan negatif". Franklin dan mengusulkan untuk menunjukkan tuduhan yang berlawanan dengan tanda «-» dan «+».

Dalam elektronik aturan Kirchhoff karena arus mengikuti langsung dari hukum kekekalan muatan listrik. Kombinasi kabel dan komponen elektronik direpresentasikan sebagai sistem terbuka. Total arus masuk muatan ke sistem tertentu sama dengan total arus keluar muatan dari sistem tersebut. Aturan Kirchhoff mengasumsikan bahwa sistem elektronik tidak dapat mengubah muatan totalnya secara signifikan.

Sejujurnya, kami mencatat bahwa uji eksperimental terbaik dari hukum kekekalan muatan listrik adalah pencarian peluruhan partikel elementer yang diizinkan dalam kasus kekekalan muatan yang tidak ketat. Peluruhan seperti itu tidak pernah diamati dalam praktiknya.

Cara lain untuk menyetrum tubuh fisik:

1. Jika pelat seng direndam dalam larutan asam sulfat H2SO4, maka sebagian akan larut di dalamnya. Beberapa atom pada pelat seng, meninggalkan dua elektronnya pada pelat seng, akan larut dengan serangkaian asam dalam bentuk ion seng positif bermuatan ganda. Akibatnya pelat seng akan bermuatan listrik negatif (kelebihan elektron) dan larutan asam sulfat akan bermuatan positif (kelebihan ion seng positif). Properti ini digunakan untuk melistriki seng dalam larutan asam sulfat dalam sel galvanik sebagai proses utama munculnya energi listrik.

2. Jika sinar cahaya mengenai permukaan logam seperti seng, cesium dan beberapa lainnya, maka elektron bebas dilepaskan dari permukaan tersebut ke lingkungan. Akibatnya, logam bermuatan listrik positif, dan ruang di sekitarnya bermuatan listrik negatif. Emisi elektron dari permukaan logam tertentu yang diterangi disebut efek fotolistrik, yang telah menemukan aplikasi dalam sel fotovoltaik.

3. Jika benda logam dipanaskan hingga menjadi panas putih, elektron bebas akan terbang dari permukaannya ke ruang sekitarnya.Akibatnya, logam yang kehilangan elektron akan bermuatan listrik positif, dan sekelilingnya bermuatan listrik negatif.

4. Jika Anda menyolder ujung dua kabel yang berbeda, misalnya bismut dan tembaga, dan memanaskan sambungannya, elektron bebas sebagian akan berpindah dari kabel tembaga ke bismut. Akibatnya, kawat tembaga akan bermuatan listrik positif, sedangkan kawat bismut akan bermuatan listrik negatif. Fenomena elektrifikasi dua benda fisik saat menyerap energi panas digunakan dalam termokopel.

Fenomena yang terkait dengan interaksi benda-benda yang dialiri listrik disebut fenomena listrik.

Interaksi antara benda-benda yang dialiri listrik ditentukan oleh apa yang disebut Gaya listrik yang berbeda dari gaya alam lain karena menyebabkan benda bermuatan saling tolak dan menarik satu sama lain, terlepas dari kecepatan geraknya.

Dengan cara ini, interaksi antara benda bermuatan berbeda, misalnya, dari gaya gravitasi, yang hanya dicirikan oleh daya tarik benda, atau dari gaya asal magnet, yang bergantung pada kecepatan relatif pergerakan muatan, menyebabkan gaya magnet fenomena.

Teknik kelistrikan terutama mempelajari hukum manifestasi eksternal dari sifat-sifat benda yang dialiri listrik - hukum medan elektromagnetik.

Kami harap artikel singkat ini memberi Anda gambaran umum tentang apa itu elektrifikasi benda, dan sekarang Anda tahu cara memverifikasi hukum kekekalan muatan listrik secara eksperimental menggunakan eksperimen sederhana.