چرا اجسام باردار تکه های کاغذ را جذب می کنند، اما تکه های فلز را جذب نمی کنند؟

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami رهام حسامی

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1651

سپاس: 3161

جنسیت:

تماس:

چرا اجسام باردار تکه های کاغذ را جذب می کنند، اما تکه های فلز را جذب نمی کنند؟

پست توسط rohamjpl »

حتما میگین چرا شانه باردار یا میله باردار کاغذ جذب میکند چرا اجسام باردار (مثلاً یک میله یا شانه باردار) وقتی به آنها نزدیک می شوند، تکه های کاغذ را جذب می کنند، اما تکه های فلز را جذب نمی کنند.
می دانم که تکه های کاغذ در حال قطبی شدن هستند. اما آیا قطعات فلز دارای دریایی از الکترون نیستند که می توانند حرکت کنند و از این رو یک میدان الکتریکی بین جسم باردار و فلز تشکیل دهند؟ایا درسته
امیدوارم شکم روشن بشه
اما دلیل اصلی به نظرم فلز سنگین‌تر از کاغذ است، بنابراین به قطعات نازکی نیاز دارید تا بتوانید آنها را بلند کنید. تکه های کوچک فیلم متالایز به خوبی کار می کنند.
شما می توانید فلز را با الکتریسیته ساکن جذب کنید. مثال کتاب درسی مدارهای الکتریکی ویلیام هیت کره رسانا در مقابل کره دی الکتریک در میدان الکتریکی را در نظر بگیرید.
فرض کنید میدان همگن است. این میدان هر دو کره را قطبی می کند، اما به روش های مختلف:
کره رسانا: الکترون‌های آزاد خود را روی سطح بازآرایی می‌کنند تا زمانی که میدان الکتریکی کل به سطح متعامد شود. به طور کلی این منجر به قطبی شدن کره می شود.
کره دی الکتریک: الکترون های تمام اتم های کره کمی از هسته خود دور می شوند. این منجر به قطبی شدن هر اتم در داخل ماده حجیم می شود، اما دوقطبی های جداگانه در داخل یکدیگر را خنثی می کنند. فقط آنهایی که در کنار سطح هستند یکدیگر را خنثی نمی کنند و کل چیز مانند یک بار سطحی به نظر می رسد. در مجموع، این منجر به قطبش کره می‌شود که شبیه به قطبش کره رسانا است، اما همیشه کمی کمتر است، زیرا بارها به اندازه یک رسانا آزاد نیستند.
نیروی خالص روی کره‌های داخل یک میدان همگن البته صفر است، زیرا دوقطبی‌ها توسط میدان‌های همگن جذب نمی‌شوند: نیروهای وارد بر نواحی دارای بار مثبت، نیروهای وارد بر نواحی دارای بار منفی را خنثی می‌کنند، به جز شاید یک گشتاور روی دوقطبی. از آنجایی که دوقطبی کره رسانا یا کره دی الکتریک القا شده است، دوقطبی از قبل تراز شده است، بنابراین هیچ گشتاوری وجود ندارد.
دوقطبی ها در عوض با تغییر میدان الکتریکی جذب می شوند. از نظر ریاضی، نیرو با $\vec{F} = \vec{\nabla} (\vec{p}\vec{E})$ داده می شود. از آنجا که دوقطبی القایی با میدان خارجی خود همسو می شود، این همیشه کره ها را به میدان می کشد.
برای محاسبه نیرویی که یک میدان ناهمگن بر کره رسانا یا دی الکتریک ما اعمال می کند، می توانید سعی کنید میدان را به یک میدان همگن «متوسط» تجزیه کنید که یک دوقطبی + میدان ناهمگنی را القا می کند که دوقطبی را می کشد. اما این فقط برای ناهمگونی هایی کار می کند که در سراسر کره کوچک هستند، در مقایسه با میدان اصلی.
مدل رسانا در مقابل کره دی الکتریک فقط یک مدل ساده است، اما نشان می دهد که فلز در واقع با میدان های الکتریکی ساکن قوی تر از کاغذ جذب می شود، زیرا بارهای آن می توانند آزادانه تر حرکت کنند.
تصویر
در زیر یک آزمایش بسیار غیر علمی وجود دارد که نشان می دهد فلز توسط الکتریسیته ساکن جذب می شود. این دستگاه از یک ژنراتور کوچک Van de Graaff استفاده می کند
با این حال، از آنجایی که الکترون‌ها در داخل فلز آزاد هستند، تفاوت‌های عملی بین استفاده از تکه‌های کاغذ و قطعات کوچک فلز وجود دارد:
فلز سنگین‌تر از کاغذ است، بنابراین به قطعات نازکی نیاز دارید تا بتوانید آنها را بلند کنید. تکه های کوچک فیلم متالایز به خوبی کار می کنند.
هنگامی که آنها را در هوا با الکترود ولتاژ بالا خود لمس می کنید، شارژ می شوند و توسط الکترود دفع می شوند. (این قسمت سرگرم کننده اسباب بازی است). اما به محض اینکه به یک سطح نارسانا نزدیک می شوند، به آن می چسبند (از طریق القای الکترواستاتیک) تا زمانی که تخلیه شوند.
این اسباب بازی دارای پوششی با رسانایی ملایم برای انتقال بارها از سمت ولتاژ بالا به فلز است. استفاده از شانه برای انتقال بارها به خوبی کار نمی کند، زیرا سطح آن نارسانا است.
قطعات فلزی نازک معمولا دارای لبه های تیز هستند. از آنجایی که فلز یک سطح هم پتانسیل است، میدان الکتریکی می تواند در این لبه ها بسیار بزرگ شود. این منجر به تخلیه ضعیف کرونا می شود که بارها را روی شانه می پاشد و به طور موثر آن را تخلیه می کند. این مشکل زمانی که هوا مرطوب است شدیدتر می شود. آزمایش‌های الکترواستاتیک بهتر است در داخل خانه انجام شوند، زمانی که بیرون سرد است، زیرا در این صورت رطوبت اتاق (معمولاً) کم است.
شاید این توضیح دهد که چرا قطعات فلزی شما حرکت نکردند؟
تصویر
من از یک تکه کاغذ به عنوان سطح زیرین استفاده کردم، زیرا در واقع می تواند شارژ قطعات فلزی را بپذیرد. این از مشکل چسبندگی قطعات فلزی جلوگیری می کند. با این حال، سطح کاغذ شارژ می‌شود و دوباره قطعات فلزی را دفع می‌کند، و شما یک جلوه عقب و جلو بسیار واضح دریافت می‌کنید. همانطور که سطح کاغذ بیشتر و بیشتر شارژ می شود، قطعات مایلار بیشتر و بیشتر به سمت بیرون حرکت می کنند. در ویدیوی طولانی تر می توانید این موضوع را کمی واضح تر ببینید. توجه داشته باشید که چگونه قطعات فلزی از کاغذ دور می شوند، اما به میز می چسبند.
باید اعتراف کنم که کاملاً مطمئن نیستم که پدیده چسبندگی را درک کنم. من فکر می‌کنم این ترکیب پیچیده‌ای از سری‌های تریبوالکتریک صفحات زمین‌دار با سطوح جدا شده و دوقطبی‌های القا شده در فیلم مایلار است. اما در تجربه من این برای الکترواستاتیک معمولی است: هر کاربرد دنیای واقعی الکترواستاتیک تقریباً سخت‌تر از آن چیزی است که در ابتدا فکر می‌کنید.
واقعیت این است که فلزات قطبی می شوند اما به روشی متفاوت. از آنجایی که الکترون ها نسبتاً آزاد هستند، خود را در امتداد مرز سیستم توزیع می کنند و توسط میدان جذب می شوند. اما آنها این کار را به گونه ای انجام می دهند که میدان در داخل فلز صفر می شود، زیرا سهم میدان خارجی و این الکترون ها یکدیگر را خنثی می کنند.
شما می توانید این را به روش دیگری تصور کنید، فلزات نوعی "پلاستیسیته الکتریکی" دارند، منظورم این است که آنها می توانند توزیع بار خود را تغییر دهند و این از حرکت آنها به عنوان یک جسم صلب جلوگیری می کند. این شبیه به هل دادن موادی است که دارای خاصیت شکل پذیری هستند مانند خاک رس: هنگامی که آن را فشار می دهید مانند یک جامد سفت و سخت حرکت نمی کند، اما در عوض تغییر شکل می دهد و نیروی اعمال شده در داخل به گونه ای توزیع می شود که خاک رس به عنوان یک کل حرکت نمی کند زیرا تحت تأثیر نیرو قرار نمی گیرد. اما در این قیاس، فلزات نوع خاصی از خاک رس هستند که پس از ناپدید شدن میدان، شکل خود را بازیابی می کند (توزیع بار در فلز)، بیشتر شبیه ژله.
البته اگر میدان الکتریکی به اندازه کافی قوی باشد، فلز حرکت خواهد کرد. آنچه که من توضیح دادم در هنگام مقایسه قطعات کوچک کاغذ با الکترون اضافی و قطعات فلزی مشابه در شرایط مساوی یا اصلاً شارژ نشده اعمال می شود...hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth
semester of aerospace engineering
smile072 smile072 رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضاتصویر
تصویر

ارسال پست