مقدمه

اگر یک روز خشک و آفتابی روی قالی راه بروید، به محض این که دستتان با دستگیره فلزی تماس پیدا می‌کند، جرقه ایجاد می‌شود. و یا هنگام باریدن باران ، آذرخش و رعد و برق را بارها ملاحظه کرده‌ایم. تمام این موارد حاکی از این است که مقدار زیادی بار الکترونی در اجسام پیرامون ما و حتی در بدن ما ذخیره شده است. خنثی بودن غالب اشیا مشاهده‌ پذیر و قابل لمس جهان ، از لحاظ الکتریکی ، این واقعیت را تایید می‌کند که تمام اشیا حاوی تعداد زیادی بار الکتریکی مثبت و منفی هستند که چون تعداد این دو نوع بار الکتریکی یکسان است، لذا از نظر آثار خارجی کاملا اثر یکدیگر را بی‌اثر می‌کنند. فقط هنگامی که این توازن زیبای الکتریکی از بین برود، طبیعت آثار بارهای مثبت و منفی آشکار می‌شود. بنابراین زمانی که گفته می‌شود، جسمی باردار است، منظور این است که بار الکتریکی در جسم اندکی نامتوازن شده است.

یک آزمایس ساده

یک میله شیشه‌ای را در دست خود گرفته و با پارچه ابریشمی مالش دهید. عمل مالش سبب می‌شود که مقدار کمی بار الکتریکی از یک جسم به جسم دیگر منتقل شود، و لذا خنثایی الکتریکی آن دو به هم می‌خورد. حال اگر این میله باردار بوسیله یک رشته نخ از نقطه آویزان کنیم وسیله شیشه‌ای دیگری را که به صورت مشابه باردار شده است به این میله نزدیک کنیم، دو میله یکدیگر را می‌رانند. اما اگر یک میله پلاستیکی را که با یک پوست خز باردار شده است به این میله نزدیک کنیم، در این صورت میله پلاستیکی انتهای باردار میله شیشه‌ای آویزان شده را جذب می‌کند.

بنابراین نتیجه می‌گیریم که دو نوع بار الکتریکی وجود دارد. یک نوع از آن ، یعنی بار الکتریکی که روی شیشه مالش داده شده ایجاد می‌شود را بار مثبت و نوع دیگر ، یعنی بار الکتریکی ایجاد شده روی میله بار منفی می‌نامیم همچنین نتیجه می‌گیریم که بارهای الکتریکی همنام یکدیگر را دفع می‌کنند و برعکس بارهای الکتریکی غیر همنام همدیگر را جذب می‌کنند.

تاریخچه انتخاب نامهای مثبت و منفی

انتخاب نامهای مثبت و منفی برای بارهای الکتریکی مربوط به بنجامین فرانکلین (Benjamin Franklin) است. او علاوه بر کارهای بزرگی که انجام داد، دانشمندی با شهرت بین المللی بود. فرانکلین واژه‌های بار و باتری را وارد فرهنگ الکتریسیته کرد. بنابراین به رسم احترام شاید بد نباشد که ، هرگاه باتری ماشین حسابمان خالی می‌شود و ما در حین تعویض باتری علامتهای + و – را روی باتری مشاهده می‌کنیم، که نشان دهنده قطبهای مثبت و منفی باتری هستند، به یاد فرانکلین این دانشمند بزرگ عالم فیزیک بیافتیم.

بررسی کمی نیروی موجود میان ، بارهای الکتریکی

در مبحث الکترواستاتیک که بارهای الکتریکی ساکن و یا با سرعت فوق العاده کم مورد بحث قرار می‌گیرد، نیروهایی که بارهای الکتریکی هم‌نام و غیر هم‌نام به یکدیگر وارد می‌کنند توسط قانون کولن مورد بررسی قرار می‌گیرد. با استفاده از این قانون می‌توان علاوه بر مقدار این نیروها ، نوع آنها را از لحاظ جاذبه یا دافعه بودن مشخص نمود.

کاربرد نیروهای الکتریکی بین اجسام باردار

نیروهای الکتریکی موجود بین اجسام باردار در صنعت کاربردهای زیادی دارند، که از آن جمله می‌توان به رنگ افشانی الکتروستاتیکی ، گردنشانی ، دود گیری ، مرکب پاشی چاپگرها و فتوکپی اشاره کرد. به عنوان مثال در یک دستگاه فتوکپی دانه‌های حامل ماشین با ذرات گرد سیاه رنگی که تونر نام دارد، پوشیده می‌شوند. این ذرات بوسیله نیروهای الکتروستاتیکی به دانه حامل می‌چسبند.

ذرات با بار منفی تونر ، سرانجام از دانه‌های حاملشان جدا می‌شوند. جذب این ذرات توسط تصویر با بار مثبت متن مورد نسخه برداری ، که بر روی یک غلتک چرخان قرار دارد، صورت می‌گیرد. آنگاه ورقه کاغذ باردار ذرات تونر را روی غلتک جذب می‌کند و بعد از پخته شدن و نشستن ذرات بر روی کاغذ ، کپی مورد نظر به دست می‌آید.

مباحث مرتبط با عنوان

• آذرخش
• الکترون
• الکتریسیته ساکن
• برقگیر
• تخلیه الکتریکی
• پروتون
• رنگ افشانی الکتروستاتیکی
• قانون کولن
• مولد آبشاری
• نیروی الکتریکی

الکتریسیته شدن اجسام بر اثر مالش اولین بار در دوران باستان مشاهده شد و تاریخ دقیق آن معلوم نیست؛ اما این یک تجربه عادی است که وقتی یک شانه کائوچویی سخت را با پارچه پشمی مالش دهیم شانه ریزه های کوچک کاغذ را جذب کند. در اثر مالش این دو جسم به یکدیگر (به عبارت دقیقتر ، در اثر ایجاد تماس نزدیک میان دوجسم) هم کائوچو و هم پشم خاصیت جدیدی پیدا می کنند؛ یعنی باردار می شوند. از این آزمایش برای معرفی مفهوم بار الکتریکی استفاده می شود. اما ، در این فرایند بار آفریده نمی شود، بار کل یا مجموع بارهای دو جسم هنوز همان قدر است که پیش از الکتریسیته دار شدن بوده است. اکنون با مطالعه فیزیک نوین می دانیم که ذره های باردار میکروسکوپی ، یعنی الکترونها ، از پشم به کائوچو منتقل می شوند، پشم را به طور مثبت و شانه کائوچویی را به طور منفی باردار می کنند.

بار، یکی از خواص اساسی و سرشتی ذره های بنیادی سازنده ماده است. در واقع ، تمام مواد از پروتون ، نوترون و الکترون درست شده اند و دوتا از این ذره ها بار دارند. گرچه در مقیاس میکروسکوپی ، ماده از تعداد بسیار زیادی ذره باردار درست شده است ولی در مشاهدات ماکروسکوپی نیروهای الکتریکی قوی وابسته به این ذره ها کاملا از نظر پنهان است. دلیل این مطلب آن است که دو نوع بار مثبت و منفی وجود دارد و در یک قطعه ماده معمولی از هر دو نوع تقریبا به یک اندازه موجود است. بنابراین، از دیدگاه ماکروسکوپی لفظ بار به بار خالص یا بار اضافی اطلاق می شود. وقتی می گوییم جسمی بار دار است، منظور ما این است که جسم بار اضافی ، یعنی الکترون (بار منفی) یا پروتون (بار مثبت) اضافی دارد.

مشاهدات تجربی نشان می دهند که بار نه به وجود می آید و نه نابود می شود. بار کل دستگاه بسته تغییر نمی کند. از دیدگاه ماکروسکوپی بارها را می توان به راه های مختلف دسته بندی و ترکیب کرد، اما به هر حال می توان حکم کرد که در یک دستگاه بسته بار خالص بقا دارد.