Láttál már villámcsapást vagy sokkot kapott, amikor megérintett egy kilincset? Ha igen, akkor megfigyelte az elektromos töltések erejét működés közben. Pozitív és negatív elektromos töltések jönnek létre az elektronoknak nevezett apró részecskék mozgásából. Míg az elektronok olyan kicsiek, hogy mikroszkóppal még csak nem is láthatók, láthatjuk, hogyan alakulnak ki pozitív és negatív töltések, ha csak saját házukban használunk elemeket.
Elektronok és töltés
•••DanComaniciu / iStock / Getty Images
Lehet, hogy már tudja, hogy minden anyag mikroszkopikus részecskékből áll, amelyeket atomoknak nevezünk. Az atomok azonban még kisebb részecskékből állnak, az úgynevezett elektronok, protonok és neutronok. A protonok az atom középpontjában vagy magjában találhatók, és pozitív töltéssel rendelkeznek; neutronok is megtalálhatók a magban, de nincs töltésük. Az elektronok a sejt körül keringenek és negatív töltésűek.
Normális esetben egy atomnak azonos számú protonja és elektronja van. Mivel azonban az atomok egy külső részén találhatók elektronok, időnként egyik atomról vagy atomcsoportról a másikra mozognak. Ha egy atomnak vagy atomcsoportnak több elektronja van, mint protonjának, akkor az van
negatív töltésű. Ha egy atomnak vagy atomcsoportnak több protonja van, mint elektronjának, akkor az van pozitív töltésű. Az atom vagy atomcsoport, amelynek azonos számú protonja és elektronja van, az semleges töltésű.Hogyan hozzunk létre pozitív töltést
•••sarahdoow / iStock / Getty Images
Ha valaha is dörzsölt egy lufit a hajába, és arra használta, hogy felálljon a haja, akkor már tudja, hogyan kell pozitív és negatív töltéseket kiváltani. Valahányszor az atomok egymáshoz súrlódnak, az elektronok átvihetnek közöttük. Ez azt jelenti, hogy egy tárgy csak akkor válhat pozitív töltésűvé, ha egy másik tárgy negatív töltésűvé válik; azoknak az elektronoknak el kell menniük valahova. Amikor a hajába dörzsölte a ballont, az elektronok a haj atomjaiból a ballon atomjaiba mozogtak, amitől a hajad pozitívan és a ballon negatívan töltődtek fel.
A hajad feláll, mert az ellentétes töltésű tárgyak vonzódnak egymáshoz. Lehet, hogy a léggömböt is a házának egyik falához ragasztotta. Ennek oka, hogy a töltött tárgyak, legyenek azok pozitívak vagy negatívak, semleges töltésű tárgyakhoz is vonzódnak, például a falhoz. Ha azonban a ballont egy másik, így feltöltött lufi közelébe hozná, a két lufi eltávolodna egymástól. Ugyanis két azonos töltésű objektum, legyen az pozitív vagy negatív, mindig taszítja egymást.
Triboelektromos sorozat
•••sedmak / iStock / Getty Images
Látta, hogyan mozognak az elektronok a hajadtól a ballonig, amikor egymáshoz dörzsölik őket. De miért költöztek a hajadról a lufira, és nem fordítva? A ballon mindig negatív töltésű lesz ebben a kísérletben, mert bizonyos anyagok könnyebben feladják az elektronokat, mint mások, és a léggömb gumijának mindig könnyebb lesz elektronokat levenni a hajadból, mint a hajadnak ballon.
A triboelektromos sorozat egy lista, amely megmutatja, hogy a különböző anyagok milyen könnyen képesek elektronokat elvinni egymástól. Minél alacsonyabb az anyag egy triboelektromos sorozatban, annál valószínűbb, hogy negatív töltésűvé válik. Egy anyag bármely, a sorozatban felette lévő anyagból elektronokat képes felvenni. Vegyük például a következő triboelektromos sorozatokat:
Haj üveg papír gyapjú vinil latex teflon
Láthatja, hogy a teflon dörzsölése a listán szereplő bármely más anyagra pozitív töltésűvé teszi ezeket az anyagokat, mert a teflon mindegyikből képes elvenni elektronokat. A listán szereplő bármely anyag negatív töltésűvé válhat, ha elektronokat vesz ki a hajából.
Miért csap le a villám?
•••Evgeniy1 / iStock / Getty Images
Pozitív és negatív töltések is az oka annak, hogy zivatarok alatt villámcsapás történik. Zivatarfelhők alakulnak ki, amikor a hideg, a légkör felső részein lévő vízcseppek szilárdan megfagynak és leesnek; ugyanakkor az utánpótlás a vízgőzt viszi felfelé. A leeső és emelkedő víz egymáshoz dörzsölődik: A leeső víz negatív töltésűvé válik, az emelkedő víz pedig pozitív töltésűvé válik. Emiatt a zivatarfelhő alul negatívan, felül felül pozitívan töltődik fel.
Normális esetben, mivel a töltött tárgyat egy semlegesen töltött tárgy vonzza, a zivatarfelhőben az elektronok lassan áramlanak a semlegesen töltött földre. A felhő és a föld között levő levegő azonban egy szigetelő, olyan anyag, amely megakadályozza az elektronok könnyű mozgását rajta. De ha elég erős negatív töltés halmozódik fel a felhő alján, még a levegő sem tudja megállítani. Az elektronok villámcsapás formájában egyszerre ugranak a földre.