بخشی از مقاله
تاریخچه
علم الکتریسيته به دوران باستان بر می‌‌گردد و تاریخ دقیق آن مشخص نیست. اما برخی تولد آن را به مشاهده معروف تالس ملطی در ۶۰۰ سال قبل از میلاد ارجاع میدهند. که در آن زمان تالس متوجه شد که یک تکه کهربای مالش داده شده خرده‌های کاه را می‌‌رباید،
یا اینکه در یک تجربه عادی دیده ایم که وقتی یک شانه کائوچو سخت را با پارچه پشمی مالش دهیم شانه ریزه‌های کوچک کاغذ را جذب میکند. در اثر مالش این دو جسم به یکدیگر هم کائوچو و هم پشم خاصیت جدیدی پیدا میکنند. یعنی باردار میشوند از این آزمایش برای معرفی مفهوم بار الکتریکی استفاده میشود.
.واژهالکتریسیته از کلمه یونانی الکترون به معنی کهربا گرفته شده است. این واژه اولین بار در نوشته‌های تالس 547) ـ 640 ق . م ) بکار رفته است. ویلیام گیلبرت 1603) ـ 1544 م )با انتشار کتابی درباره مغناطیس نظریات گذشتگان را مورد بررسی قرار داد. و نتیجه گرفت که نیروهای الکتریکی و مغناطیسی از هم جدا میباشند.
برای مثال سنگ مغناطیس می‌تواند آهن و فقط چند ماده دیگر را جذب کند. در صورتی که کهربا و اجسامی که خاصیت الکتریکی دارند می‌توانند ذرات کوچک و سبک اجسام گوناگون را جذب کنند. وی عقیده داشت که اجسام الکتریکی اثر دافعه ندارد. در سال 1646 سرتوماس برادن تجربه‌های خود را درباره اثر دافعه الکتریکی منتشر نمود و اظهار کرد که بین مواد الکتریکی نیز همانند مواد مغناطیسی نیروهای جاذبه و داففه وجود دارند.
سیر تحولی و رشد
در سال 1663 اتونون گریکه ماشینی ساخت که بوسیله آن بار الکتریکی زیادی تولید می‌شد. آنگاه دانشمندان دیگری چون استن گری ( 1670_ 1736) و شارل دون (1698-1739) تجربه‌های دقیقتری انجام دادند، به خود و نوع الکتریسیته پی بردند. برای ایجاد الکتریسیته ساکن‌تری که می‌توانستند جرقه‌ها و تکانهای ترسناک الکتریکی تولید کنند.
برای مثال یکی از استادان فیزیک دانشگاه لندن بارهای الکتریکی این گونه ماشینها را در یک بطری پر از مایع جمع کرد. مقدار الکتریسیته در بطری لیدن آن قدر زیاد بود که اگر شخصی بطری را در دست می‌گرفت و دست دیگر خود را به میله سر بطری می‌زد تکان شدیدی در بدن خود احساس می‌کرد.
در قرن هیجدهم میلادی بطری لیدن مورد توجه بنیامین فرانکلین (1756-1790) قرار گرفت، وی پس از آزمایشهای متعدد نتایج کار خود را در سال 1747 منتشر کرد. او معتقد بود که دو نوع الکتریسیته که قبل از وی کشف شده بود اساسا باهم تفاوتی ندارد، بلکه حتی جسمی در اثر مالش دارای الکتریسیته میشود. یکی از دو جسم دارای الکتریسیته اضافی یعنی بار مثبت و دیگر دارای الکتریسیته منفی میشود.
منشا الکتریسيته
طبق نظریه الکترونی اتم، یک اتم از ذرات کوچک‌تری به نامهای الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شده است. که الکترونها دارای بار منفی و پروتون‌ها دارای بار مثبت و نوترون‌ها بدون بار هستند. تعداد الکترونها و پروتون‌های یک اتم در حالت عادی برابر است. بنابراین، اتم در حالت عادی از نظر بار الکتریکی خنثی است.
در اثر تماس، نزدیکی و یا برخورد اجسام بر همدیگر میان اجسام اندازه حرکت خطی مبادله میشود. در اثر تغییر اندازه حرکت نیروهایی ایجاد میشود. چگونگی شکل گیری این نیروها به ساختار اتمی تشکیل دهنده اجسام برمی گردد. به عبارتی این نیروها منشا الکتریکی و مغناطیسی دارند. در اثر مالش اجسام برهمدیگر، جسمی که در اتم‌های تشکیل دهنده خود اتمی از نوع دهنده الکترون داشته باشد، الکترون خود را به جسم دیگر که خاصیت الکترونگاتیوی کمتری دارد میدهد و مبادله الکترون بین اتم‌ها و در نهایت اجسام منجر به تولید الکتریسيته میشود.
قانون بقای بار الکتریکی
دو نوع بار الکتریکی وجود دارد و این بارهای الکتریکی که می‌توانند ساکن یا متحرک باشند و آثاری از خود ظاهر می‌سازند. از نظریه فارنکلین این نتیجه درست نیز بدست آمد که: «بارهای الکتریکی ایجاد نمی‌شوند و از بین نیز نمی‌روند بلکه از قسمتی از یک جسم به قسمت دیگر منتقل میشوند، همچنین بارهای مثبت و منفی از یکدیگر را خنثی میکنند، ولی هیچگاه نابود نمی‌شود.» این نتایج امروزه قانون بقای بار الکتریکی نامیده میشود که مانند قانون بقای جرم و انرژی از قوانین اساسی طبیعت محسوب میشود.
خواص بارهای الکتریسیته
با بررسی خواص بارهای الکتریکی بهتر به ماهیت ماده پی می‌بریم. مثلا این خاصیت که بارهای الکتریکی ممنوع یکدیگر را می‌رانند و بارهای الکتریکی یا نوع مخالف یکدیگر را می‌ربایند. این واقعیت را نشان میدهد که درون ماده نیروهای الکتریکی موجود است. نیروهای پیوستگی بین مولکول‌ها اجسام جامد یا مایع به سبب وجود نیروهای جاذبه الکتریکی بین بارهای الکتریکی از نوع مخالف است.
نیروهای متعددی که به هنگام تراکم ماده ظاهر میشود به علت وجود نیروهای رانشی بین بارهای الکتریکی ممنوع است. حرکت این بارهای الکتریکی ، موجب تولید جریان الکتریسیته و یا به اصطلاح متداول ، جریان برق میشود که ما در خانه و صنعت از آن استفاده می‌کنیم.
تقسیمات الکتریسيته
• الکتریسيته ساکن (الکتریسيته مالشی)
اگر یک میله شیشه‌ای را به پارچه پشمی مالش دهیم، هردو جسم دارای بار میشوند. زیرا شیشه تعدادی الکترون از دست میدهد. و پارچه الکترون می‌‌گیرد. پس شیشه دارای بار مثبت و پارچه به همان مقدار دارای بار منفی می‌‌گردد. بار ایجاد شده در شیشه و پارچه درمحل تماس باقی می‌‌ماند.
• الکتریسيته القایی
اگر میله با بار منفی را به دو کره فلزی بدون باری که باهم در تماس بوده و توسط پایه‌های عایقی از زمین جداشده باشند، نزدیک کنیم. قبل از دور کردن میله، بدون دست زدن به پوسته کرات آنها را از هم جدا کنیم. کره نزدیک به میله دارای بار مثبت و کره دور از آن دارای منفی خواهد بود که مقدار بار روی کرات برابرند. این نوع باردارشدن را باردار شدن به روش القا یا مجاورت می‌‌نامند.
• الکتریسيته جاری
عبور پیوسته الکترون از یک رسانا (هادی) را الکتریسته جاری گویند. خلاف جهت حرکت الکترون را جهت قراردادی جریان الکتریکی انتخاب میکنند. عامل برقراری جریان ثابت، اختلاف پتاسیل ثابتی می‌‌باشد، که در دو سر هادی برقرار است و وسایل تولید این اختلاف پتاسیل ثابت پیل‌های شیمیایی، ژنراتورها و دیناموها میباشند.
تولید الکتریسیته بوسیله مالش
می‌دانید هرگاه شانه یا یک میله پلاستیکی را با لباس خود یا با یک تکه پارچه پشمی خشک مالش دهید. ذره‌های گرد و غبار یا خرده‌های کاغذ را جذب میکند. همچنین اگر در هوای خشک ، سطح آینه یا شیشه پنجره را با یک تکه پارچه خشک تمیز کنید این پدیده اتفاق می‌افتد و ذره‌های گرد و غبار معلق در هوا و کرکهای جدا شده از پارچه به سطح آینه یا شیشه می‌چسبند. به طوری که پاک کردن سطح آنها از این ذره‌ها دشوار است. عاملی که سبب جذب این ذرات میشود جاذبه الکتریکی نام دارد و اجسامی که در اثر مالش این خاصیت را پیدا میکنند دارای الکتریسیته ساکن میشوند.
الکتریسیته مثبت و منفی
پدیده وضع الکتریکی نخستین بار در سال 1672 میلادی توسط اتوفن گریکه که با نام او آشنا هستید بیان شد. او مشاهده کرد که پرهای مرغ نخست جذب یک گلوله گوگردی باردار شده و سپس از آن رانده میشوند. صد و پنجاه سال بعد ، در فرانسه محققی به نام شارل دونی کشف کرد که دو جسم باردار همیشه یکدیگر را نمی‌رانند بلکه گاهی هم یکدیگر را می‌ربایند و به این نتیجه رسید که دو نوع بار الکتریکی وجود دارد. بطوری که بارهای الکتریکی ممنوع یکدیگر را می‌رانند و بارهای الکتریکی که نوع آنها مختلف است یکدیگر را می‌ربایند.
دونی برای تشخیص این دو نوع الکتریسیته یکی را الکتریسیته شیشه‌ای و دیگری از الکتریسیته صمغی (رزینی) نامید. الکتریسیته شیشه‌ای از مالیدن شیشه به پارچه ابر پشمی تولید میشود و الکتریسیته ضمغی از مالیدن کهربا ، گوگرد ، لاک و ابونیت و بسیاری از مواد دیگر به پشم یا پوست حیوان بدست می‌آید.
بعدها معلوم شد که این طرف نامگذاری در پاره‌ای از موارد گمراه کننده است. زیرا مثلا شیشه سنگی زبر و آن در اثر مالش ، الکتریسیته ضمغی تولید میکند و ابونیت بسیار صیقلی شده دارای نوع الکتریسیته شیشه‌ای میشود. از اینرو فرانکلین دانشمند آمریکایی اصطلاح امروزی الکتریسیته مثبت و منفی را بجای دو نوع شیشه‌ای و ضمغی وضع کرد.
آزمایش ساده برای تولید الکتریسیته ساکن
بنا به روش سنتی و قدیمی ، در آزمایشهای الکتریسیته ساکن برای تولید الکتریسیته مثبت شیشه را با ابریشم و برای تولید الکتریسیته منفی ، ابونیت را با پوست حیوان و مانند پوست گربه مالش میدهند. ولی امروزه استات سلولز برای تولید الکتریسیته مثبت و پلیتن برای تولید الکتریسیته منفی مناسبتر تشخیص داده شده است. زیرا رطوبت هوا بر روی آنها کمتر اثر می‌گذارد.
مواد الکتریسیته ساکن
• الکتروفور:
در سال 1775 میلادی آلساندرو داتا که در ایتالیا معلم فیزیک بود. نامهای به پریستلی (کاشف اسپزن) نوشت و در آن نامه شرح داد. که اسبابی به نام الکتروفور اختراع کرده است. الکتروفور را می توان یک نوع ماشین مولد الکتریسیته ساکن نامید. در این دستگاه صفحه نارسانا در اثر مالش با پوست حیوان دارای بار الکترون منفی میشود و با قرار دادن صفحه فلزی روی آن ، قسمت بالایی صفحه در اثر القا دارای بار منفی و قسمت پایین صفحه دارای بار مثبت میشود.سطح پایینتر فلز بوسیله چند نقطه با سطح صفحه نارسانای زیرین تماس دارد. هرگاه سطح بالایی قرص بطور موقت به زمین وصل شود. الکترونها سطح بالایی زمین منتقل میشوند به این ترتیب صفحه فلزی دارای بار مثبت میشود.
قانون کولن
قانون کولن بیان میکند که نیرویی که دو بار الکتریکی بر یکدیگر وارد میکنند، با حاصل‌ضرب اندازه دو بار نسبت مستقیم و با مجذور فاصله آنها نسبت عکس دارد.
