مرکز علوم و ستاره شناسی تهران


14

ویم شورتس

ویم شورتس
بار الکتریکی یکی از ویژگی‌های بنیادی درانواع ماده است که به وسیلۀ نیروی ربایش یا رانش الکتروستاتیکی بین بارهای ناهمنام و همنام  نمود پیدا می کند. سرچشمه بارالکتریکی به بسیاری ازذرات ریز اتمی ماده برمی گردد. بارالکتریکی  یک جسم برابر بامجموع بارهای الکتریکی ذرات سازنده آن است این بار به طورمعمول کوچک است چون ماده ازاتم و اتم ها نیز از ذرات پروتون (با بارمثبت) والکترون (با بارمنفی) ونوترون (بدون بار) تشکیل شده است. درهنگام تشکیل یک جسم  اتم ها  ویونهای تشکیل دهنده آن به گونه ای با هم ترکیب می‌شوند که جسم از نظر الکتریکی خنثی باشد و همچنین اجسام همیشه تمایل به از دست دادن یا گرفتن الکترون و درنتیجه خنثی بودن دارند. اما به ندرت جسمی پیدا میشود که به طورخالص بی بار باشد  گاهی یونها درسراسر ماده تشکیل دهنده جسم پخش شده است وبه آن جسم بار مثبت یا منفی داده است. همچنین اجسام رسانای جریان الکتریسیته  گاهی سخت ترگاهی راحت تر (به نوع ماده بستگی دارد) الکترون به دست می آورند  یا از دست می‌دهند و بار خالص منفی یا مثبت پیدا می‌کنند. به این پدیده که جسمی دارای بار غیر صفر ساکن باشد  الکتریسیته ساکن می‌گوییم به راحتی با روی هم مالیدن دو ماده ناهمسان مانند کهربا روی یک پارچه خزدار یا شیشه روی ابریشم  می‌توانیم الکتریسیته ساکن تولید کنیم با این روش اجسام  نارسانا می‌توانند مقدار قابل توجهی بار الکتریکی  به دست آورند یا ازدست دهند و به این ترتیب  قانون پایستگی بار الکتریکی همواره برقرار است گاهی مجموع  بارهای الکتریکی یک جسم صفر است اما بار آن به صورت غیر یکنواخت پخش شده است  (به دلیل حضورمیدان الکترومغناطیسی یا دوقطبی های  موجود درماه ) دراین حالت می‌گوییم جسم قطبیده شده است.  الکتریسیته ساکن و جاری دو پدیده‌ی جداگانه‌اند و در اثر بار الکتریکی بوجود می آیند که می‌توانند همزمان دریک جسم رخ دهند. الکتریسیته ساکن منبعی برای بارالکتریکی جسم است واگردوجسم که در تعادل الکتریکی نیستند را به هم بچسبانیم تخلیه الکتریکی بین آنها اتفاق می افتد . البته در تخلیه الکتریکی هم بارها از یکی به سمت دیگری جاری می شود اما این جریان خیلی کوتاه است که بخواهیم آن را جریان الکتریکی بخوانیم .                                                                         
شرح علمی دستگاه                                                                                                  
 این دستگاه شامل دوصفحه  دایروی است که روی یکی از آنها قطعات آلومینیوم قرار  دارد و با چرخاندن دستگیره درجهت تعیین شده این قطعات آلومینیوم باردار می‌شوند. درفلزات ا لکترونهای ظرفیتی یعنی الکترونهای آخرین لایه هراتم می‌توانند با گرفتن انرژی اندکی از اتم خود جدا شده  و در داخل ماده جابجا شوند. این الکترونها را می‌توان ازطریق سیمی به زمین انتقال داد درنتیجه صفحه دارای بار الکتریکی مثبت میشود  بار الکتریکی مثبت که روی سطح تجمع کرده درمیله های شکل القا شده  بطوریکه  میله های  شکل  دارای بار منفی  ومیله صاف متصل  به آنها دارای بار مثبت میشوند  این بارها درون خازنها ذخیره شده وپس ازشارژ کامل خازن  بارهای مثبت روی گلوله های متصل به انتهای میله ها  تجمع میکنند (چگالی سطحی باردر نقاط تیزتر بیشتراست) حال دوگلوله دارای تجمع بارمثبت هستند، هوای بین دوگلوله  نارسانا است  اما باوجود خازن ها وایجاد اختلاف پتانسیل زیاد بین دوگلوله تخلیه الکتریکی  صورت میگیرد یعنی هوا بین دوگلوله یونیزه میشود واز حالت نارسانا به رسانا تبدیل میشود این یونیزاسیون مولکولهای هوا که دراینجا  همان تخلیه الکتریکی است  همراه با جرقه وتولید صداست درکنار این دستگاه استوانه دربازی قراردارد که کف آن پوشیده ازورقه های آلمینیومی است وروی آن تکه های آلومینیوم  با اندازه های کوچک ریخته شده است اگر تعدادی از بارهای مثبت تولیدشده توسط دستگاه ویم شورتس راتوسط سیم به کف این استوانه  متصل کنیم  ذرات آلمینیوم باردار میشوند درصورتیکه کف دست خود را به کف استوانه نزدیک سازید  ذرات استوانه به دست شما جذب میشوند دست شما بدون بار است وبار ذرات آلومینیوم  پس از اتصال با دست شما (به دلیل اختلاف پتانسیل) توسط بدن که رسانا است به زمین منتقل میشود . پس ذرات بدون  بار ازدست شما جدا شده به کف استوانه برمیگردند  تادوباره باردار وجذب دست شما شوند .                                                                                                                
  کاربردها:                   
رسانای برق گیر، آذرخش 
آذرخش: رسانای آذرخش ساختمان بلند را از آذرخش مصون می دارد. رسانای آذرخش از یک نوارمسی کلفت تشکیل شده است که نوکهای فلزی تیزی راکه در بلندترین قسمت ساختمان کارگذاشته اند، به تیغه فلزی بزرگی که دراعماق زمین مرطوب زیر ساختمان مدفون گشته است، متصل می کند این رسانا مسیری  برای انتقال شمار زیادی از الکترون ها از بالای ساختمان به زمین را فراهم می کند. نشت تدریجی بارمثبت از نوک ها (تخلیه الکتریکی از نوک های تیز بهتر انجام می شود ) به سوی ابرها  و شارش الکترونها (از هوا) برق گیر به زمین ، از انباشته شدن انبوه بار روی بلندترین بخش های ساختمان جلوگیری می کند. اگر این تخلیه الکتریکی از نوک ها واز طریق برق گیر صورت نگیرد، تخلیه ناگهانی بار صاعقه صورت خواهد داد. انرژی ناشی از شارش ناگهانی بار در صاعقه بسیارزیاد می باشد، که خسارت های زیادی به ساختمان وارد می کند.  

تعداد امتیازات: (25) Article Rating
تعداد مشاهده خبر: (2231)
کد خبر: 2564