Czy kiedykolwiek widziałeś uderzenie pioruna lub doznałeś szoku, gdy dotknąłeś klamki? Jeśli tak, to obserwowałeś moc ładunków elektrycznych w działaniu. Dodatnie i ujemne ładunki elektryczne powstają w wyniku ruchu maleńkich cząstek zwanych elektronami. Chociaż elektrony są tak małe, że nie można ich zobaczyć nawet pod mikroskopem, możesz zobaczyć, jak tworzą się ładunki dodatnie i ujemne, używając tylko przedmiotów we własnym domu.
Elektrony i ładunek
•••DanComaniciu/iStock/Getty Images
Być może już wiesz, że cała materia składa się z mikroskopijnych cząstek zwanych atomami. Jednak atomy składają się z jeszcze mniejszych cząstek zwanych elektronami, protonami i neutronami. Protony znajdują się w centrum lub jądrze atomu i mają ładunek dodatni; neutrony również znajdują się w jądrze, ale nie mają ładunku. Elektrony krążą wokół jądra i są naładowane ujemnie.
Zwykle atom ma równą liczbę protonów i elektronów. Jednakże, ponieważ elektrony znajdują się w zewnętrznej części atomu, czasami przemieszczają się z jednego atomu lub grupy atomów do drugiego. Gdy atom lub grupa atomów ma więcej elektronów niż protonów, jest to
Jak stworzyć dodatni ładunek
•••sarahdoow/iStock/Getty Images
Jeśli kiedykolwiek wtarłeś balon we włosy i użyłeś go do podniesienia włosów, wiesz już, jak tworzyć ładunki dodatnie i ujemne. Ilekroć atomy ocierają się o siebie, elektrony mogą się między nimi przenosić. Oznacza to, że obiekt nie może zostać naładowany dodatnio, chyba że inny obiekt zostanie naładowany ujemnie; te elektrony muszą gdzieś iść. Kiedy wcierasz balon we włosy, elektrony przemieszczają się z atomów we włosach do atomów w balonie, dzięki czemu włosy są naładowane dodatnio, a balon ujemnie.
Twoje włosy stają dęba, ponieważ przedmioty o przeciwnych ładunkach przyciągają się do siebie. Mogłeś również przykleić balon do jednej ze ścian w swoim domu. Dzieje się tak, ponieważ naładowane obiekty, zarówno dodatnie, jak i ujemne, są również przyciągane do obiektów naładowanych neutralnie, takich jak ściana. Jeśli jednak zbliżysz balon do innego balonu, który naładowałeś w ten sposób, oba balony oddaliłyby się od siebie. Dzieje się tak, ponieważ dwa obiekty o tym samym ładunku, dodatnim lub ujemnym, zawsze się odpychają.
Seria tryboelektryczna
•••sedmak/iStock/Getty Images
Widziałeś, jak elektrony przemieszczają się z twoich włosów do balonu, gdy pocierasz je o siebie. Ale dlaczego przeniosły się z twoich włosów na balon, a nie na odwrót? W tym eksperymencie balon zawsze będzie naładowany ujemnie, ponieważ niektóre substancje łatwiej oddają elektrony niż inne, i zawsze będzie łatwiej gumie w balonie pobrać elektrony z włosów niż włosom pobrać elektrony z balon.
ZA seria tryboelektryczna to lista, która pokazuje, jak łatwo różne substancje odbierają sobie elektrony. Im niżej substancja znajduje się w szeregu tryboelektrycznym, tym bardziej prawdopodobne jest, że zostanie naładowana ujemnie. Substancja może pobierać elektrony z dowolnej substancji znajdującej się powyżej w szeregu. Weźmy na przykład następującą serię tryboelektryczną:
Włosy Szkło Papier Wełna Winyl Lateks Teflon
Widać, że pocieranie teflonem o którąkolwiek z innych substancji z tej listy sprawi, że te materiały będą naładowane dodatnio, ponieważ teflon może pobierać elektrony z nich wszystkich. Każda substancja z tej listy może zostać naładowana ujemnie, pobierając elektrony z twoich włosów.
Dlaczego uderza piorun?
•••Evgeniy1/iStock/Getty Images
Ładunki dodatnie i ujemne są również powodem, dla którego podczas burzy uderza piorun. Burzowe chmury tworzą się, gdy kropelki wody w zimnych, górnych partiach atmosfery zamarzają i opadają; jednocześnie prądy wznoszące przenoszą parę wodną w górę. Spadająca i wznosząca się woda ocierają się o siebie: opadająca woda staje się naładowana ujemnie, a wznosząca się woda staje się naładowana dodatnio. Z tego powodu chmura burzowa jest naładowana ujemnie na dole i dodatnio na górze.
Normalnie, ponieważ naładowany obiekt jest przyciągany do neutralnie naładowanego obiektu, elektrony w chmurze burzowej będą powoli płynąć do neutralnie naładowanego gruntu. Jednak powietrze pomiędzy chmurą a ziemią służy jako izolator, substancja, która zapobiega łatwemu przemieszczaniu się elektronów. Ale kiedy na dnie chmury nagromadzi się wystarczająco silny ładunek ujemny, nawet powietrze nie może go zatrzymać. Wszystkie elektrony natychmiast skaczą na ziemię w postaci uderzenia pioruna.