الكترسكوپ

الکتروسکوپ (برقنما) اشکار سازی بار ها-با استفاده از یک الکتروسکوپ می‌توان وجود بار های کوچک را تشخیص داد اگر یک جسم باردار با کلاهک فلزی بالای برقنما تماس حاصل کند مقداری از بار جسم به ورقه طلا و صفحه فلزی پایین برقنما منتقل می‌شود در نتیجه بار های ورقه و صفحه یکدیگر را می‌رانند و زاویه بین ورقه و صفحه زیاد می‌شود امتحان منفی یا مثبت بودن بار ها-از یک برقنمای باردار می‌توان برای تشخیص منفی یا مثبت بودن یک جسم استفاده کرد برای مثال اگر برقنمایی دارای بار منفی باشد، یعنی تعداد الکترون های کلاهک ورقه و صفحه بیش از حالت عادی باشد در صورتی که یک جسم باردار منفی را به کلاک این برقنما نزدیک کنیم الکترون های آزاد کلاهک به طرف ورقه و صفحه رانده می‌شوند در نتیجه

نیروی دافعه بین ورقه و صفحه زیاد می‌شود و ورقه بیشتر بالا می‌رود اما در صورتی که یک جسم باردار مثبت را به کلاهک برقنمای فوق نزدیک کنیم فرایند معکوس صورت می‌گیرد در این صورت الکترون های آزاد ورقه و صفحه به طرف کلاهک کشیده می‌شوند و ورقه پایین می‌آید به طور کلی اگر بار برقنما و بار جسمی که به ان نزدیک می‌شود همنام باشند ورقه برقنما بالا می‌رود و اگر بارها نا همنام باشند ورقه‌ها پایین می‌آیند. می توان گفت با استفاده از برقنما می‌شود:
• وجود بار در ماده‌ای را تشخیص داد.
• منفی یا مثبت بودن بار را تعیین کرد.

• می‌توان مقدار بار الکتریکی را هم تعیین کرد، البته تعداد بار ها را نمی‌توان تعیین نمود بلکه به میزان دور یا نزدیک شدن ورقه‌ها میزان کلی بار مشخص می‌شود.

انسان از زمانهاي دور با پديده هايي مشابه آنچه شما ديديد آشنا بوده است. بررسي اين پديده ها براي درك علت آنها باعث پيشرفت دانش و فناوري بسيار گسترده اي در اين زمينه شده است.
به اين مبحث از دانش، الكتريسيته گفته مي شود. واژه الكتريسيته از نام يوناني �الكترون� به معناي �كهربا� گرفته شده است.
براي بررسي الكتريسيته، ابتدا بايد با كميتي به نام �بار الكتريكي� آشنا شويم.
وقتي ميله اي پلاستيكي را با پارچه پشمي مالش مي دهيم، به علت مالش ميله به پارچه، در ميله تغييري ايجاد مي شود و ميله خاصيت جديدي را پيدا مي كند. از اين رو تكه هاي كوچك كاغذ را جذب مي كند. در اين صورت مي گوييم ميله داراي بار الكتريكي شده است. در واقع مالش سبب ايجاد بار الكتريكي در اجسام مي شود.

نيرويي كه اجسام داراي بار به يكديگر وارد مي كنند، نيروي الكتريكي مي ناميم.

بررسي و تحليل مشاهدات بالا دو واقعيت مهم را نشان مي دهد.
الف) نيروي الكتريكي موجود بين جسم هايي كه داراي بارالكتريكي هستند، گاهي ربايشي و گاهي رانشي است.
ب) دو نوع بار الكتريكي وجود دارد.
فرانكلين فيزيكدان آمريكايي براي تشخيص بارهاي الكتريكي از يكديگر آن ها را نامگذاري كرد:
او بار الكتريكي روي لاستيك و بادكنك (يا بارهاي مشابه) را بار الكتريكي منفي و بار الكتريكي روي شيشه، پارچه پشمي و (بارهاي مشابه آن) را بار الكتريكي مثبت ناميد.

دو قاعده ي اساسي الكتريسيته درباره نيروهايي كه دو جسم باردار به يكديگر وارد مي كنند.
۱- دو جسم كه بار الكتريكي همنام دارند(هر دو منفي، يا هردو مثبت) بر يكديگر نيروي رانشي وارد مي كنند.

۲- دو جسم كه بار الكتريكي غير همنام (يكي منفي و ديگري مثبت) دارند، بر يك ديگر نيروي ربايشي وارد مي كنند.

مي دانيم كه همه مواد از اتم ساخته شده اند، هر اتم از تعدادي پروتون (p) و نوترون (n) كه هسته ي آن را مي سازند و تعدادي الكترون (e) كه به دور هسته در حال چرخش هستند، ساخته شده است.

بار الكتريكي مثبت به پروتون ها و بار الكتريكي منفي به الكترون ها و بار صفر به نوترون ها نسبت داده مي شود.
مقدار بار الكتريكي پروتون و الكترون يكسان است. بار الكتريكي الكترون و پروتون كه كوچكترين بارالكتريكي به شمار مي آيد بار پايه ناميده مي شود و با نماد e نمايش داده مي شود.
يكاي اندازه گيري بارالكتريكي كولن (c) نام دارد و مقدار آن برابر است با:
e = ۱/۶ x ۱۰-۱۹ C

بار الكترون با e- و بار پروتون با e+ نشان داده مي شود.
در يك اتم در حالت عادي پروتون ها هميشه با تعداد الكترون ها برابر است،در نتيجه، چون اتم در حالت عادي داراي دو نوع بار الكتريكي مثبت و منفي به مقدار مساوي است، اتم از نظر بارالكتريكي خنثي است.
اتم چگونه داراي بار الكتريكي مي شود:

الف) اگر از اتم، الكتروني جدا شود، چون تعداد پروتون هاي آن از تعداد الكترونهايش بيش تر مي شود. داراي بار الكتريكي مثبت مي شود.
ب) اگر تعدادي الكترون به يك اتم افزوده شود، چون تعداد الكترونهاي آن از تعداد پروتون هايش بيش تر مي شود. داراي بارالكتريكي منفي مي شود.
نكته: اگر جسمي بر اثر دادن يا گرفتن الكترون، بار الكتريكي پيدا كند مي توان نوشت: q=n.e
q = بارالكتريكي بر حسب كولن
n= تعداد الكترونهاي مبادله شده
e= باريك الكترون
مثال: براي آنكه در جسمي خنثي بار الكتريكي ۴/۶ ميكروكولن ( ۶-۱۰ � ۴/۶ كولن ) ایجاد شود، چه تعداد الكترون بايد از آن گرفته شود؟
q = ۶/۴ x ۱۰-۶ C
e = ۱/۶ x ۱۰-۱۹ C
n = ?

تعداد الكترونهايي كه بايد از اتم گرفته شود.
توجه: باردار شدن اتم ها فقط از طريق انتقال الكترون انجام مي شود و پروتون ها در اين كار نقشي ندارند، زيرا پروتون ها ذرات سنگيني هستند كه با نيروي بسيار زيادي در هسته ي اتم نگه داشته شده اند و نمي توان آن ها را به راحتي الكترون از اتم جدا كرد.

پايستگي بار الكتريكي:
مي دانيم كه براي بارداركردن يك جسم بايد تعدادي الكترون به آن بدهيم و يا از آن بگيريم. در اين مبادله ي الكترون ها، هيچ گاه الكتروني توليد نمي شود و يا از بين نمي رود بلكه الكترون ها تنها از جسمي به جسم ديگر منتقل مي شوند.
لذا با توجه به اينكه الكترون داراي مقدار معيني بار الكتريكي است، مي توان گفت:
“بار الكتريكي به وجود نمي آيد و از بين نمي رود، بلكه از جسمي به جسم ديگر منتقل مي شود.”
اين اصل “پايستگي بار الكتريكي” ناميده مي شود.

مواد جامد را بر اساس رساناي الكتريكي آن به سه گروه رسانا، نيمه رسانا و نارسانا تقسيم بندي مي كنند.
۱- در بعضي از مواد جامد الكترونهاي آخرين لايه هر اتم (الكترونهاي آزاد) مي توانند به آساني با گرفتن اندكي انرژي از اتم خود جدا شده و در داخل ماده جامد آزادانه جابه جا شوند. جابه جايي الكترون موجب رسانش الكتريكي ماده مي شود. اين گونه مواد را رساناي الكتريكي مي ناميم. جسم هايي مانند مس و ساير فلزات كه به علت داشتن الكترون آزاد، بار الكتريكي درون آن ها شارش مي كند رسانا مي نامند.

۲- در مواد جامد ديگر، الكترون ها براي رها شدن از اتم يا مولكول خود، انرژي زيادي لازم دارند و چون معمولا اين انرژي را به دست نمي آورند نمي توانند آزادانه جابه جا شوند، اين گونه مواد را نارساناي الكتريكي (عايق يا دي الكتريك) مي نامند.

جسم هايي مانند ميله پلاستيكي و شيشه اي كه الكترون ها نمي توانند در آن ها آزادانه حركت كند و در نتيجه بار الكتريكي را از خود عبور نمي دهند، نارسانا مي نامند.
۳- دسته ديگري از مواد وجود دارند كه در آن ها مقدار كمي الكترون به دليل ارتعاش هاي گرمايي يا عوامل ديگر، انرژي لازم براي رها شدن را به دست مي آورند و در رسانش الكتريكي شركت مي كنند. اين مواد را نيمه رسانا مي ناميم.

سيليسيوم وژرمانيوم از اين گروه مواد هستند. از نيم رسانا در ساختمان ديود، ترانزيستور و مدارهاي الكتريكي استفاده مي شود.
نكته: وقتي به يك جسم نارسانا بار التريكي داده مي شود، بار در محل داده شده بـه جـسـم باقي مي ماند و در جسم جابه جا نمي شود ولي وقتي به جسم رسانا بارالكتريكي داده مي شود آن بارالكتريكي در محل داده شده ساكن نمي ماند و در سطح خارجی جسم توزيع مي شود. در يك جسم رساناي باردار در مكان هاي برجسته و تيز, تجمع بار بيش تر از ساير نقاط است.

الكتروسكوپ، آشكار ساز الكتريكي:
الكتروسكوپ وسيله اي است داراي يك ورقه ي طلا يا آلومينيوم كه روي يك تيغه فلزي قرار دارد. تيغه فلزي به يك كلاهك رسانا متصل شده است كه مجموع كلاهك، تيغه ي فلزي و ورق طلا در يك قاب عايق دارد.