Hai mai visto un fulmine o sei rimasto scioccato quando hai toccato una maniglia? Se è così, hai osservato la potenza delle cariche elettriche in azione. Le cariche elettriche positive e negative vengono create dal movimento di minuscole particelle chiamate elettroni. Mentre gli elettroni sono così piccoli che non possono nemmeno essere visti con un microscopio, puoi vedere come si formano le cariche positive e negative semplicemente usando gli oggetti in casa tua.
Elettroni e carica
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Potresti già sapere che tutta la materia è composta da particelle microscopiche chiamate atomi. Tuttavia, gli atomi sono costituiti da particelle ancora più piccole chiamate elettroni, protoni e neutroni. I protoni si trovano nel centro, o nucleo, di un atomo e hanno una carica positiva; i neutroni si trovano anche nel nucleo ma non hanno carica. Gli elettroni orbitano attorno al nucleo e sono carichi negativamente.
Normalmente, un atomo ha un numero uguale di protoni ed elettroni. Tuttavia, poiché gli elettroni si trovano nella parte esterna di un atomo, a volte si spostano da un atomo o gruppo di atomi a un altro. Quando un atomo o un gruppo di atomi ha più elettroni che protoni, è
caricato negativamente. Quando un atomo o un gruppo di atomi ha più protoni che elettroni, è caricato positivamente. Un atomo o un gruppo di atomi che ha lo stesso numero di protoni ed elettroni è carica neutra.Come creare una carica positiva
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Se ti sei mai strofinato un palloncino tra i capelli e l'hai usato per farli rizzare, sai già come fare cariche positive e negative. Ogni volta che gli atomi si sfregano l'uno contro l'altro, gli elettroni possono trasferirsi tra loro. Ciò significa che un oggetto non può caricarsi positivamente a meno che un altro oggetto non si carichi negativamente; quegli elettroni devono andare da qualche parte. Quando hai strofinato il palloncino tra i tuoi capelli, gli elettroni si sono spostati dagli atomi nei tuoi capelli negli atomi nel palloncino, rendendo i tuoi capelli carichi positivamente e il palloncino caricato negativamente.
I tuoi capelli si rizzano perché gli oggetti con cariche opposte sono attratti l'uno dall'altro. Potresti anche aver attaccato il palloncino a una delle pareti della tua casa. Questo perché gli oggetti carichi, sia positivi che negativi, sono anche attratti da oggetti carichi neutri, come il muro. Tuttavia, se avvicinassi il pallone a un altro pallone caricato in questo modo, i due palloncini si allontanerebbero l'uno dall'altro. Questo perché due oggetti con la stessa carica, positiva o negativa che sia, si respingono sempre.
Serie Triboelettrica
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Hai visto come gli elettroni si spostano dai tuoi capelli al palloncino quando li sfreghi l'uno contro l'altro. Ma perché si sono spostati dai tuoi capelli al palloncino e non viceversa? Il pallone finirà sempre per caricarsi negativamente in questo esperimento, perché alcune sostanze cedono elettroni più facilmente di altre, e sarà sempre più facile per la gomma nel palloncino prendere elettroni dai tuoi capelli che per i tuoi capelli prendere elettroni dal Palloncino.
UN serie triboelettrica è un elenco che mostra quanto sia facile per sostanze diverse prendere elettroni l'una dall'altra. Più una sostanza è in basso su una serie triboelettrica, più è probabile che diventi carica negativamente. Una sostanza può prendere elettroni da qualsiasi sostanza sopra di essa sulla serie. Ad esempio, prendi la seguente serie triboelettrica:
Capelli Carta Vetro Lana Vinile Lattice Teflon
Puoi vedere che strofinare il teflon su una qualsiasi delle altre sostanze in questo elenco renderà questi materiali carichi positivamente, perché il teflon può prendere elettroni da tutti loro. E qualsiasi sostanza in questa lista può caricarsi negativamente prendendo elettroni dai tuoi capelli.
Perché il fulmine colpisce?
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Le cariche positive e negative sono anche la ragione per cui i fulmini colpiscono durante i temporali. Le nuvole temporalesche si formano quando le goccioline d'acqua nelle parti fredde e superiori dell'atmosfera si solidificano e cadono; allo stesso tempo, le correnti ascensionali trasportano il vapore acqueo. L'acqua che cade e quella che sale si sfregano l'una contro l'altra: l'acqua che cade si carica negativamente e l'acqua che sale si carica positivamente. Per questo motivo, la nuvola temporalesca è caricata negativamente in basso e positivamente in alto.
Normalmente, poiché un oggetto carico è attratto da un oggetto con carica neutra, gli elettroni nella nuvola temporalesca fluirebbero lentamente verso il suolo con carica neutra. Tuttavia l'aria tra la nuvola e il suolo funge da a isolante, una sostanza che impedisce agli elettroni di muoversi facilmente attraverso di essa. Ma una volta che una carica negativa abbastanza forte si accumula nella parte inferiore della nuvola, nemmeno l'aria può fermarla. Gli elettroni saltano tutti a terra contemporaneamente sotto forma di un fulmine.