Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Electromagnetism » Sarcina electrică în viața de zi cu zi

Sarcina electrică în viața de zi cu zi

Sunteți cu siguranță familiarizați cu dispozitivele electronice pe care le activați printr-un clic de comutator, de la computere la telefoane mobile și televizor. Și cu siguranță ați văzut electricitatea într-un fulger în timpul unei furtuni puternice. Dar cel mai probabil ați experimentat efecte electrice și în alte moduri, poate fără să vă dați seama că a fost implicată o forță electrică.

Probabil că ați experimentat fenomenul electricității statice: când scoateți hainele dintr-un uscător, multe (nu toate) tind să rămână împreună; pentru că unele țesături pot fi foarte greu de separat. Un alt exemplu se întâmplă dacă scoți rapid un pulover de lână – poți simți (și auzi) electricitatea statică trăgându-vă hainele și poate chiar părul. Dacă vă pieptănați părul într-o zi uscată și apoi puneți pieptenele aproape de un curent subțire de apă care iese dintr-un robinet, veți descoperi că fluxul de apă se îndoaie spre (este atras de) pieptene (Figura 5.2).

Un pieptene încărcat electric atrage un flux de apăFigura 5.2 Un pieptene încărcat electric atrage un flux de apă de la distanță. Rețineți că apa nu atinge pieptenele. (credit: Jane Whitney)

Să presupunem că apropiați pieptenele de niște fâșii mici de hârtie; fâșiile de hârtie sunt atrase de pieptene și chiar se agață de el (Figura 5.3). În bucătărie, dacă trageți rapid o folie de plastic de pe rolă; aceasta va tinde să se agațe de majoritatea oricărui material nemetalic (cum ar fi plastic, sticlă sau alimente). Dacă frecați un balon pe un perete pentru câteva secunde, acesta se va lipi de perete. Probabil cel mai enervant efect al electricității statice care vă șochează (pe dvs. sau un prieten) este clanța de ușă după ce vă frecați picioarele pe unele tipuri de covoare.

Pieptenele atrage fâșii mici de hârtieFigura 5.3 După ce a fost folosit pentru a pieptăna părul, acest pieptene atrage fâșii mici de hârtie de la distanță, fără contact fizic. Investigarea acestui comportament a contribuit la conceptul de forță electrică. (credit: Jane Whitney)

Multe dintre aceste fenomene sunt cunoscute de secole. Vechiul filozof grec Tales din Milet (624-546 î.e.n.) a consemnat că atunci când chihlimbarul (o rășină dură, translucidă, fosilizată din copacii dispăruți) este frecată viguros cu o bucată de blană, se crează o forță care face ca blana și chihlimbarul să fie atrase reciproc (Figura 5.4). În plus, el a descoperit că chihlimbarul frecat nu numai că va atrage blana, dar și blana va atrage chihlimbarul, și ambele ar putea afecta alte obiecte (nemetalice), chiar dacă nu ar fi în contact cu aceste obiecte (Figura 5.5).

ChihlimbarFigura 5.4 Chihlimbarul din Borneo este extras în Sabah, Malaezia, din venele de șist-gresie-nămol. Atunci când o bucată de chihlimbar este frecată cu o bucată de blană, chihlimbarul câștigă mai mulți electroni, oferindu-i o sarcină netă negativă. În același timp, blana, după ce a pierdut electroni, devine încărcată pozitiv. (credit: „Sebakoamber” / Wikimedia Commons)

Atât chihlimbarul, cât și pânza sunt inițial neutreFigura 5.5 Când materialele sunt frecate împreună, sarcinile pot fi separate, mai ales dacă un material are o afinitate mai mare pentru electroni decât altul. (a) Atât chihlimbarul, cât și pânza sunt inițial neutre, cu sarcini pozitive și negative egale. Doar o mică parte din sarcini sunt implicate și doar câteva dintre ele sunt prezentate aici. (b) Când se freacă împreună, o sarcină negativă este transferată în chihlimbar, lăsând pânza cu o sarcină netă pozitivă. (c) Atunci când sunt separate, chihlimbarul și pânza au acum sarcini nete, dar valoarea absolută a sarcinilor nete pozitive și negative va fi egală.

Fizicianul englez William Gilbert (1544-1603) a studiat, de asemenea, această forță atractivă, folosind diverse substanțe. A lucrat cu chihlimbar și, în plus, a experimentat cu cristale de piatră și diverse pietre prețioase și semiprețioase. De asemenea, a experimentat mai multe metale. El a descoperit că metalele nu au manifestat niciodată această forță, în timp ce mineralele au făcut-o. Mai mult, deși o tijă de chihlimbar electrificată ar atrage o bucată de blană, ea ar respinge o altă tijă de chihlimbar electrificată; în mod similar, două bucăți de blană electrificate s-ar respinge reciproc.

Aceasta a sugerat că există două tipuri de proprietăți electrice; această proprietate a ajuns în cele din urmă să fie numită sarcină electrică. Diferența dintre cele două tipuri de sarcină electrică este în direcțiile forțelor electrice pe care le provoacă fiecare tip de sarcină: Aceste forțe sunt respingătoare atunci când același tip de sarcină există pe două obiecte care interacționează și atractive atunci când sarcinile sunt de tipuri opuse. Unitatea SI de sarcină electrică este coulombul (C), după fizicianul francez Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806).

Cel mai particular aspect al acestei noi forțe este că nu necesită contact fizic între cele două obiecte pentru a provoca o accelerație. Acesta este un exemplu al așa-numitei forțe „la distanță mare”. (Sau, așa cum James Clerk Maxwell a formulat-o mai târziu, „acțiune la distanță”.) Cu excepția gravitației, toate celelalte forțe despre care am discutat până acum acționează numai atunci când cele două obiecte care interacționează se ating efectiv.

Fizicianul și omul de stat american Benjamin Franklin a descoperit că ar putea concentra sarcina într-un „borcan Leyden”, care era în esență un borcan de sticlă cu două foi de folie de metal, una în interior și una în exterior, cu paharul între ele (Figura 5.6). Acest lucru a creat o forță electrică mare între cele două foi de folie.

Un borcan LeydenFigura 5.6 Un borcan Leyden (o versiune timpurie a ceea ce se numește acum condensator) a permis experimentatorilor să stocheze cantități mari de sarcină electrică. Benjamin Franklin a folosit un astfel de borcan pentru a demonstra că fulgerele se comportă exact ca electricitatea pe care a experimentat-o cu echipamentele din laboratorul său.

Franklin a subliniat că comportamentul observat ar putea fi explicat prin presupunerea că unul dintre cele două tipuri de sarcină rămâne nemișcat, în timp ce celălalt tip de sarcină curge de la o bucată de folie la cealaltă. El a mai sugerat că un exces din ceea ce el a numit acest „fluid electric” să fie numit „electricitate pozitivă”, iar deficiența acestuia să fie numită „electricitate negativă”. Sugestia sa, cu câteva modificări minore, este modelul pe care îl folosim astăzi. (Cu experimentele pe care le-a putut face, aceasta a fost o presupunere pură; el nu a avut nicio modalitate de a determina efectiv semnul sarcinii în mișcare. Din păcate, a ghicit greșit; acum știm că sarcinile care curg sunt cele etichetate de Franklin negative, iar sarcinile pozitive rămân în mare parte nemișcate. Din fericire, așa cum vom vedea, nu există nicio diferență practică sau teoretică în ce alegere facem, atâta timp cât rămânem în concordanță cu alegerea noastră.)

Să enumerăm observațiile specifice pe care le avem despre această forță electrică:

  • Forța acționează fără contact fizic între cele două obiecte.
  • Forța poate fi atractivă sau respingătoare: dacă două obiecte care interacționează poartă același semn de sarcină, forța este respingătoare; dacă sarcinile sunt de semn opus, forța este atractivă. Aceste interacțiuni sunt denumite repulsie electrostatică și respectiv atracție electrostatică.
  • Nu toate obiectele sunt afectate de această forță.
  • Magnitudinea forței scade (rapid) odată cu creșterea distanței de separare între obiecte.

Pentru a fi mai precis, descoperim experimental că magnitudinea forței scade pe măsură ce pătratul distanței dintre cele două obiecte care interacționează crește. Astfel, de exemplu, atunci când distanța dintre două obiecte care interacționează este dublată, forța dintre ele scade la un sfert din ceea ce era în sistemul original. De asemenea, putem observa că împrejurimile obiectelor încărcate afectează magnitudinea forței.

Sursa: University Physics (OpenStax), https://openstax.org/details/books/university-physics-volume-2,  acces gratuit sub licență CC BY 4.0. Traducere de Nicolae Sfetcu

Fizica fenomenologică - Compendiu - Volumul 2
Fizica fenomenologică – Compendiu – Volumul 2

Un compendiu care se dorește a fi exhaustiv pentru domeniul fizicii, cu accent pe explicarea fenomenelor și aplicațiilor practice. O carte pentru studiul personal, concisă și ușor de citit, care clarifică aceste teorii ale fizicii, cel mai important domeniu al … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $9,99$29,02 Selectează opțiunile
Fizica fenomenologică - Compendiu - Volumul 1
Fizica fenomenologică – Compendiu – Volumul 1

Un compendiu care se dorește a fi exhaustiv pentru domeniul fizicii, cu accent pe explicarea fenomenelor și aplicațiilor practice. O carte pentru studiul personal, concisă și ușor de citit, care clarifică aceste teorii ale fizicii, cel mai important domeniu al … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $9,99$28,47 Selectează opțiunile
Electricitate și magnetism - Electromagnetism fenomenologic
Electricitate și magnetism – Electromagnetism fenomenologic

O introducere în lumea electricității și a magnetismului, explicată în principal fenomenologic, cu ajutorul unui aparat matematic minimal, și cu exemple și aplicații din viața reală. O prezentare compactă, clară și precisă a unui domeniu care reprezintă o parte importantă … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $4,99$7,99 Selectează opțiunile

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *