گزارشکار فیزیک 2 الکترسیته ی ساکن-الکتروسکوپ-دستگاه واندوگراف

سلام دوستان خسته نباشید...این گزارشکار رو بنویسید حتما «++A» میگیرید اگه میخواید گزارشکار خوبی بدید، به ادامه ی مطلب مراجعه کنیدفقط اگه تونستید مابین نوشته های گزارشکارتون عکس مربوط به مطلبتون رو هم بزاریددوستان فقط جان من، برای دلخوشیم بعد از گرفتن گزارشکار نظر هم برام بزارید باور کنید خیلی خوشحالم میکنید.دمتون گرم موفق باشید

 

تاریخچه

یوناینان باستان از مشاهدات خود نتیجه گرفتند که هرگاه کهربا را با پارچه پشمی یا پوست مالش دهند، اجسام سبکی را به خود جذب می‌کند. واژه الکتریسیته 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 ( 1544 ـ 1603 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.

سر 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 ـ 1736 ) و شارل دونی ( 1698 ـ 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 ـ 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.

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.

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 ی 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.

الکتروسکوپ

اول از همه الکتروسکوپ چیست؟؟؟؟

الکتروسکوپ (برقنما) اشکار سازی بار ها-با استفاده از یک الکتروسکوپ می‌توان وجود بارهای 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 بارهای 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 الکترون‌های کلاهک ورقه و صفحه بیش از حالت عادی باشد در صورتی که یک جسم باردار منفی را به کلاک این برقنما نزدیک کنیم الکترون‌های 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 الکترون‌های 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 بارها را نمی‌توان تعیین نمود بلکه به میزان دور یا نزدیک شدن ورقه‌ها میزان کلی بار مشخص می‌شود.

چگونه می توان الکتروسکوپ را باردار کرد؟؟؟؟؟؟

1- روش تماس :

در این روش کافیست شانه پلاستیکی بار دار منفی  را به کلاهک الکتروسکوپ تماس داد .

2- روش القاء:

میله بار بار منفی را به کلاهک الکتروسکوپ نزدیک میکنیم.در اینصورت بارهای مثبت ورقه ها به سمت بالا جذب میشوند ومیله ها از همبه علت وجود بارهای منفی دور میشوند .
در این هنگام در همان حالی که میله را نزدیک کلاهک نگه داشتیم کلاهک الکتروسکوپ را لمس میکنیم .در این لحظه بارهای مثبت به سمت زمین روانه میشوند .
و تنها باری که در الکتروسکوپ میمتند بار منفی می باشد.

این مطلبم خوب و مفیده حیف بود نزارم

در بسیاری از آزمایش ‌‌ها، بار انتقال یافته آنقدر کم است که نیروی جاذبه یا دافعه ایجاد شده توسط آن بسیار کوچکتر از نیروی جاذبه زمین می ‌باشد، این امر باعث می ‌شود باردار شدن اجسام به سختی تشخیص داده شود.

برای حل این مشکل وسیله ‌ای به نام الکتروسکوپ ساخته شده است که وجود بار را به خوبی نشان می ‌دهد. با نزدیک کردن اجسام به الکتروسکوپ، به راحتی می ‌توان مشخص نمود که آیا جسم باردار است یا خیر. به فیلم زیر توجّه کنید.  

الکتروسکوپ از یک میله فلزی که از یک طرف به یک صفحه دایره ای شکل و از طرف دیگر به دو ورق بسیار نازک و سبک فلزی متصل می باشد، تشکیل شده است. شکل زیر یک الکتروسکوپ را که در داخل ظرف شیشه ‌ای قرار دارد، نشان می دهد.

ظرف شیشه ‌ای باعث حفاظت ورقه ‌های نازک در مقابل جریان هوا و همچنین مانع خارج شدن بار از ورقه ‌ها می ‌گردد. اگر الکتروسکوپ بدون بار باشد، ورقه ‌های سبک فلزی بر اثر نیروی جاذبه زمین به سمت پایین جمع می ‌شوند

کاربرد های الکتروسکوپ (برق نما)

الکتروسکوپ وسیله ای است دارای دو ورقه ی طلا یا آلومینیوم که روی یک تیغه فلزی قرار داردو تیغه فلزی به یک کلاهک رسانا متصل شده است که  تیغه ی فلزی و ورق ها در یک قاب عایق دارد.

از الکتروسکوپ در موارد زیر استفاده می گردد:

1. تشخیص وجود یا عدم وجود بار الکتریکی

2. تعیین نوع بار الکتریکی

3. تعیین مقدار بار الکتریکی

4. تعیین رسانایا نارسانا بودن اجسام

تشخیص وجود بار در اجسام به وسیله الکتروسکوپ :

جسم را به آرامی به کلاهک الکتروسکوپ بدون باری نزدیک می کنیم و نزدیک کلاهک نگاه می داریم. اگر جسم دارای بار الکتریکی باشد،با نزدیک کردن آن الکترون های آزاد الکتروسکوپ تحت تاثیر نیروهای رانش و ربایش آن جابه جا شده و ورقه ها بارهای همنام پیدا می کنند و از هم جدا می شوند. در صورتی که جسم بدون بار الکتریکی باشد در ورقه ها هیچ تغییری مشاهده نمی شود.

تعیین نوع بارالکتریکی جسم به وسیله الکتروسکوپ :

در این مورد الکتروسکوپ دارای بارالکتریکی می باشدو نوع بار آن برای ما معلوم است و بار جسم نامشخص. در صورتی که زاویه دو ورقه ها کم می شود بار جسم (میله) با بار کلاهک الکتروسکوپ غیر همنام است. است و اگر زاویه دو ورقه زیاد می شود، بار جسم (میله) با بار الکتریکی کلاهک الکتروسکوپ همنام است.  

کاربرد های الکتروسکوپ (برق نما)

الکتروسکوپ وسیله ای است دارای دو ورقه ی طلا یا آلومینیوم که روی یک تیغه فلزی قرار داردو تیغه فلزی به یک کلاهک رسانا متصل شده است که  تیغه ی فلزی و ورق ها در یک قاب عایق دارد.

از الکتروسکوپ در موارد زیر استفاده می گردد:

1. تشخیص وجود یا عدم وجود بار الکتریکی

2. تعیین نوع بار الکتریکی

3. تعیین مقدار بار الکتریکی

4. تعیین رسانایا نارسانا بودن اجسام

تشخیص وجود بار در اجسام به وسیله الکتروسکوپ :

جسم را به آرامی به کلاهک الکتروسکوپ بدون باری نزدیک می کنیم و نزدیک کلاهک نگاه می داریم. اگر جسم دارای بار الکتریکی باشد،با نزدیک کردن آن الکترون های آزاد الکتروسکوپ تحت تاثیر نیروهای رانش و ربایش آن جابه جا شده و ورقه ها بارهای همنام پیدا می کنند و از هم جدا می شوند. در صورتی که جسم بدون بار الکتریکی باشد در ورقه ها هیچ تغییری مشاهده نمی شود.

تعیین نوع بارالکتریکی جسم به وسیله الکتروسکوپ :

در این مورد الکتروسکوپ دارای بارالکتریکی می باشدو نوع بار آن برای ما معلوم است و بار جسم نامشخص. در صورتی که زاویه دو ورقه ها کم می شود بار جسم (میله) با بار کلاهک الکتروسکوپ غیر همنام است. است و اگر زاویه دو ورقه زیاد می شود، بار جسم (میله) با بار الکتریکی کلاهک الکتروسکوپ همنام است.

تاریخچه و طرز کار مولد واندوگراف
قبل از ب حث درباره ساخت مولد واندوگراف ٬ لازم است ب حث مختصری راجع به تاریخچه
ساخت آن و همچنین طرز عملکرد این دستگاه داشته باشی م.
مولد واندوگراف در سال ۱۹۳۷ توسط فیزیکدان آمریکایی رابرت جمیسو ن واندوگراف̏
اختراع ش د. این دستگ اه قادر است که ولتاژهای تا ۲۰ میلیون ولت ایجاد نماید و از آن
برای انرژی دادن و شتاب دادن به ذرات اتمی که احتیاج به سرعت بالا برای نفوذ در
هسته اتمها دارند ٬استفاده می شود این برخوردها در اتمها ٬ پایه شناخت و اساس
فیزیک هست های و ذرات بنیادی می باش ن د.
دو نوع مولد واندوگراف وجود دارد که به شرح نوع معمول آن که از تسمه و غلتک در آن
استفاده م یشود ٬ می پردازیم .این نوع واندوگراف از یک موتور دو
غلتک ٬ یک تسمه و
دو شانه و یک گوی فلزی آلومینیمی یا نظیر آن ساخته شده اس ت.
طرز کار
هنگامی که موتور روشن م یشود غلتک پایینی
( شار ژر ) در اثر مالش با تسمه بار مثبت یپدا می کند
و همین طور غلتک بالایی ( با توجه به نوع ماده اش
و قدرت الکترون دهی یا الکترون گیری ) بار منفی
یپدا می کند و با چرخش مداوم تسمه مقدار این بارها
تا حدی افزایش می یابد .غلتک پایینی که دارای بار
مثبت است به دو طریق بارهای منفی را به طرف
خود می کشد .
۱ جاروبک
های ( شانه ها ی) پایینی بارهای منفی
را از سطح زمین به طرف غلتک هدایت می کنند .
۲ مولکولهای
هوا مجاور به علت پتانسیل زیاد ٬ یونی ده
می شوند و یون های منفی هوا به طرف غلتک می روند .
اما چون این ب ارهای منفی در سر راه خود به تسمه برخورد می کنند .در سطح
بیرونی تسمه بار منفی جمع می شو د و با چرخش تسمه ٬این بارها به طرف بالا می
روند . غلتک بالایی که در اثر لغزش با تسمه دارای بار منفی است به دو طریق بارهای
مثبت را به طرف خود می کش د.
۱ )از طریق جاروبک ها ی ب الایی بار مث بت کلاهک را به طرف خود می کشد .( و یا به
عبارت دیگر با ر منفی تسمه را به کلاهک می ده د .)
۲ از
طریق یونیده کردن هوای موجود در داخل کلاهک و جذب یون های مثبت و دفع
یون های منفی به طرف کلاهک .
بارهای مثبت واقع در سطح بیرونی تسمه به همراه تسمه پایین م ی روند و از طریق
جاروبک های ( شانه ها ی) پایینی به زمین هدایت می شوند و بارهای منفی ایجاد
شده در کلاهک به علت اینکه کلاهک تقریبا به صورت کاواک ساخته شده به سطح
خارجی کلاهک منتقل می شوند . و در سطح داخلی آن باری نمی ماند . و با چرخش
مدام تسمه با غلتک ها افز ایش می یابد و در نتیجه روند افزایش بار کلاهک زیادتر می
شود البته مشخص است که این افزایش هم حدی دارد و بعد از مدتی دیگر افزایش
باری نخواهد داشت .
چه اصولی را باید رعایت کنیم تا بار مولد واندوگراف ب یشی ن ه باش د:
۱ جاروبک
ها هنگام چرخش دستگاه با سطح بیرونی تسمه ٬ مالش خیلی جرئی
داشته باشن د.
۲ تسمه
علاوه بر غلتش روی غلتک ه ا ٬ اندکی لغزش هم داشته باشد ( تسمه نه
زیاد شل و نه زیاد محکم باش د).
۳ تسمه
و غلتک ها باید کاملاً تمیز باشند . ( می توان با الکل آن ها را پاک کر د. )
٤ پهنای
تسمه با پهنای غلتک ها یکسان باش د.
٥ تسمه
نباید سیاه رنگ باشد زیرا امکان دارد دارای کربن باش د. و اجسام با ترکیب  های
کربنی م یتوانند رسانا باشن د.
٦ سرعت
چرخش موتور حدالامکان زیادتر باش د.
۷ در
روزهای گرم و مکان های با رطوبت زیاد نتیجه کار دستگاه ( مثل سایر آزمایش  های
الکتریسیته ساکن ) مناس ب نم یتواند باش د.
نقش هر یک از اجزاء واندوگراف در ایجاد الکتریسیته ساکن روی واندوگراف
۱ نقش
کلاهک :
اگر کلاهک کروی واندوگراف را بر دارید به کمک یک الکتروسکوپ ملاحظه می کنید که
مقدار بار الکتریکی تیغه بالایی واندوگراف به شدت کاهش می یاب د.
تفاوت کلاهک کرو ی و تیغه فوقانی واندوگراف در ظرفیت الکتریکی آنهاست .می دانیم
هر جسم رسانا دارای یک ظرفیت الکتریکی است اما ظرفیت الکتریکی یک کره ی
بدست م یآید این ظرفیت بسیار بیشتر از ظرفیت الکتریکی c = 4p eR رسانا از رابطه
قطعات فلزی کوچکی است که در زیر کلاه ک وجود دارد . وقتی کلاهک را بر می داریم
بار الکتریکی اضافی از طریق یونیزاسیون در هوا پخش م یشود .
۲ نقش
جاروبک ها :
هنگام کار واندوگراف می توان جاروبک ها را حذف کرد در این حالت مقدار بار الکتریکی
روی کلاهک کاهش م ییابد اما به صفر نمی رسد این آزمایش نشان می دهد که
کلاهک علاوه بر اینکه از طریق رسانش فلزی جاروب کها باردار م یشو د ٬ از طریق
یونیراسیون هوا نیز بار الکتریکی دریافت می کن د.
اینکه هوای اطراف تسمه ها و غلتک ها یونیزه م یشود براحتی قابل آزمایش اس ت.
کافی است مدت کوتاهی کلاهک یک الکتروسکوپ را به تسمه های واندوگراف در حال
کار نزدیک کنید و سپس الکتروسکوپ را دور کنید خواهید دید بدون تماس ٬الکتروسکوپ
باردار شده است این مقدار بار از طریق یونیزاسیون هوا به الکتروسکوپ انتقال یافته
است پس هوای اطراف تسمه ها و غلتک ها بشدت یونیزه م یشود .
۳ نقش
تسمه :
اگر حرکت تسمه بر روی غلتک ها فقط غلتشی باشد امکان باردار شدن بسیار کاهش
می یابد .فرض بر این است که تسمه علاوه بر غلتکش ٬ لغزش نیز دارد و این لغزش
سبب تولید بار الکتریکی بر روی تسمه ها م یشود . برا اینکه این موضوع را با آزم ایش
نشان دهیم کافی است روی تسمه و در قسمتی که با غلتک ها در تماس است
علامتی با جوهر یا ماژیک بکشیم و واندوگراف را بکار اندازیم ٬ مشاهده م یشود که
ماژیک در جهت چرخش بر روی تسمه پخش شده است و این نشانگر لغزیدن تسمه
بر روی غلتک ها است .
در اصل همین مالش میان تسمه و غلتک ها سبب تولید بار الکتریکی م یشو د. اگر
ت سمه دستگاه شل باشد ٬تعداد دور ها کاهش می یابد و اگر زیاد کشیده و محکم باشد
امکان لغزش کاهش می یابد .در این دو حالت مقدار باردهی واندوگراف کم م یشو د.
بهتر است به روش تجربی این موضوع کنترل شو دیا کارخانه ی سازنده امکان رگلاژ
دستگاه را فراهم سازد.
٤ نقش
غلتک ها :
مالش میان تسمه و غلتک ها همچنان که در قسمت قبل ذکر شد زمینه ساز تولید بار
الکتریکی است .جنس غلتک پایینی یا بالایی نقش تعیین کن نده در نوع بار الکتریکی
کلاهک دارد . ام ادو مسئله زیر در مورد غلت کها وجود دارد .
ال ف) اولین نکته قابل توجه این است که اگر در اثر مالش بطور مداوم غلتک پلی اتیلن
بار منفی یا مثبت دریافت کند سرانجام پس از چند دقیقه ٬بار سرسا مآوری پیدا می کند
و این مقدار بار سرسا مآور قادر است جرقه هایی با طول بسیار بلند ایجاد کن د.
اما در عمل طول جرقه های یک واندوگراف معمولی در حدود یک سا نتی متر است و این
مقدار ثبات نسبی دار د .علت آن است که بار کلاهک از طریق یونیزاسیون به طور مرتب
به هوا انتقال می یاب د.
ب) نکته دوم این است که اگر بار الکتریکی در محل مالش غلتک و سطح داخلی
تسمه تولید شود چگونه با توجه به عایق بودن تسمه بار الکتریکی به سطح خار جی
تسمه و سپس به زمین یا کلاهک منتقل م یشود .به نظر می رسد ٬ پاسخ آن را باید
در نسبی بودن نارسانایی تسمه جستجو کرد . نارسانایی یک جسم نسبی است
معمولاً یک لایه نازک مانند هوا در برابر برق ۲۲۰ ولت نارسانا است ولی در مقابل برق
با ولتاژ ۲۰۰۰۰ ولت دیگر به اندازه ق بل نارسانا نیست به همین علت فاصله سیم های
برق با ولتاژ بالا را زیاد در نظر می گیرن د. اختلاف پتانسیل تولید شده در واندوگراف
بسیار بالا است و این اختلاف پتانسیل زیاد ٬ الکترون را قادر می سازد تا از س د کوانتمی
تسمه گذشته و به سطح خارجی تسمه برس د. لذا بارهای اضاف ی غلتک ها از طریق
یونیزاسیون هوا و عبور کوانتمی از س د تسمه به زمین و کلاهک م یرسد .
آزمایش های جانبی واندوگراف
۱ فرفره
ی الکتریکی :
اگر مطابق شکل فرفر های فلزی که با اصطک اک
بسیار کم روی سوزن نوک تیز م یتواند بچرخد
درست کرده روی کلاهک مولد واندوگراف قرار
د هیم بعدازروشن شدن دستگاه در جهت نشان
داده شده شروع به چرخش می کند ط بق قانون
سوم نیوتن وقتی مولکولهای هوا به نوک تیز
فرفره که تراکم بار زیادی دارند برخوردمی کنند
یونیزه می شوندونیروی رو به عقبی را ایجاد
می کند و باعث چرخش فرفره م یشوند .
۲ مشاهده
چگالی س طحی بار الکتریکی بیشتر در نقطه های نوک تیز :
اگر چند تکه سبک را روی یک مخروط فلزی
قرار دهیم و آن را به مولد واندوگراف وصل
کنیم می بینیم که تکه کاغذهای واقع در
قسمت نوک تیز مخروط بیشتر از همه
پرتاب م یشون د. یعنی تراکم بار در نقاط
نوک تیز جسم رسانا بیشتر است.
۳ نخ
های افشان :
اگر یک سر چند رشته نخ را در یک فیش
فلزی مخصوص محکم کنی م. (و یا نخ های
را دور حلقه فلزی وصل می کنیم .) و آن
را به کلاهک دستگاه وصل کنیم نخ ها از
هم باز می شوند و به صورت شعاعی
قرار می گیرند زیرا هوای اطراف کلاهک
یونیزه م یشود .
و نخ ها را باردارکرده است وهرنخ م یخواهد
از نخ دیگر حداکثر فاصله را داشته باشد .
٤ گلوله
های رسانای سبک در استوانه شفاف :
این استوانه با دو قاعده ی( بالا و پایین ) رسانا
می باشد . گلوله های سبک و رسانا در درون آن
واقع شد هان د. وقتی این استوانه به ک لاهک دس تگاه
وصل م یشود گلول هها شروع به حرکت رفت و
ب رگشت به بالا و پایین می کنند زیرا از قاعده ی
پایینی بار ( )
دریافت و به شدت از این قاعده
دفع می شوند و وقتی به قاعده بالایی م یرسند
بار الکتریکی خود را به آن می دهند و دوباره م یافتند
و این عمل را آن قدر تکر ار می کنند تا دو قاعده بالایی
و پایینی هم پتانسیل شون د ٬ و در این حالت گلوله ها
به حالت معلق در استوانه باقی م یمانند .
٥ استوانه
فاراده :
با اتصال یک استوانه بلند و باریک به کلاهک
دستگاه این استوانه باردار م یشود اما باری
در آن تولیدنم یشود زیرا گلوله های سبک
( آونگ دوگانه ) واقع در درون استوانه هیچ
حرکتی ندارند . اما در سطح خارجی آن ٬
گلول هه ا( آونگ دوگانه )از هم فاصله گرفت هان د.
یعنی کل بار الکتریکی استوانه در سطح خارجی
آن اس ت. و با یک صفحه ی آزمون و الکتروسکوپ
این نتیجه را می توان تأیید کر د.
الب ته این آزمایش را می توان به این صورت هم انجام داد که استوانه را به طور عمودی
به کلاهک وصل کنیم ٬ و وقتی دستگاه روشن است گلوله های سبک را عمودی به
درون آن بیاندازیم .مشاهده م یشود که هیچ حرکتی در درون لیوان ندارند .یعنی بار
الکتریکی در سطح داخلی لیوان وجود ندارد.
٦ روشن
و خاموش شدن لامپ نئون ( مهتابی ) در نزدیکی کلاهک :
وقتی یک لامپ نئون را به کلاهک نزدیک
می کنیم وقتی بار کافی در کلاهک جمع
شده باشد با تخلیه ی آن به لامپ یک لحظه
روشنایی لامپ دیده م یشود و بعد خاموش
م یشود . ( و همین طور با لامپ فازمتر هم
م ی توان این آزمایش را انجام دا د .) و این عمل
مرتباً ادامه پیدا می کند .
۷ انحراف
شعله شمع :
اگر شمع را روشن کرده در مقابل نوک تیز
یک میله فلزی وصل شده به کلاهک واندوگراف
قرار دهیم ٬موقع روشن شدن دستگاه شعله
شمع انحراف پیدا می کن د. با توجه به یونیزه
شدن بسیار زیاد مولکولهای هوا ی اطراف
قسمت نوک تیز و دفع یون های هم نام و
جذب یون های نام هم نام جریانی از هوا
در فضای اطراف به وجود م یآید و شعله ی
شمع در مجاورت دستگاه خم م یشو د.
منابع :
۱ مهبانگ
شماره ۲ تیرماه ۱۳۸۱
۲ دوره
ی درسی فیزیک جلد دوم ٬زیر نظر گ. س. لندسبرگ ترجمه لطیف کاشیگر
٬ناصر مقبلی و مهرانگیز طالب زاده ٬چاپ سوم ٬۱ ۳۷٥ ٬ فصل دوم
۳ رشد
آموزش فیزیک دوره بیست و دوم زمستان ۸ ٥ ( گرد آوری :حسن اتحاد مهراباد  مرضیه
روانبخش از شهرستان عجب شیر )