Ви коли-небудь бачили удар блискавки або були шоковані, торкнувшись дверної ручки? Якщо так, ви спостерігали потужність електричних зарядів у дії. Позитивні та негативні електричні заряди створюються внаслідок руху крихітних частинок, званих електронами. Хоча електрони настільки малі, що їх навіть не можна побачити за допомогою мікроскопа, ви можете побачити, як утворюються позитивні та негативні заряди, просто використовуючи предмети у власному будинку.
Електрони і заряд
•••DanComaniciu / iStock / Getty Images
Ви вже могли знати, що вся речовина складається з мікроскопічних частинок, які називаються атомами. Однак атоми складаються з ще більш дрібних частинок, які називаються електронами, протонами та нейтронами. Протони знаходяться в центрі або ядрі атома і мають позитивний заряд; нейтрони також знаходяться в ядрі, але не мають заряду. Електрони обертаються навколо ядра і заряджені негативно.
Зазвичай атом має однакову кількість протонів та електронів. Однак, оскільки електрони знаходяться у зовнішній частині атома, вони іноді переходять від одного атома або групи атомів до іншого. Коли в атомі або групі атомів більше електронів, ніж у протонів, це так
негативно заряджений. Коли в атомі або групі атомів більше протонів, ніж у електронів, це так позитивно заряджений. Атомом або групою атомів, що має однакову кількість протонів та електронів, є нейтрально заряджений.Як створити позитивний заряд
•••sarahdoow / iStock / Getty Images
Якщо ви коли-небудь натирали повітряне кулю своїм волоссям і використовували його для того, щоб волосся стояло, ви вже знаєте, як зробити позитивні та негативні заряди. Всякий раз, коли атоми стираються один про одного, між ними можуть переноситися електрони. Це означає, що об’єкт не може стати позитивно зарядженим, якщо інший об’єкт не стане негативно зарядженим; ці електрони повинні кудись піти. Коли ви натирали балон у волосся, електрони переходили від атомів у вашому волоссі до атомів у балоні, роблячи ваше волосся позитивно зарядженим, а балон негативно зарядженим.
Ваше волосся встає, тому що предмети з протилежними зарядами притягуються один до одного. Можливо, ви також приклеїли повітряну кулю до однієї зі стін свого будинку. Це пояснюється тим, що заряджені предмети, позитивні чи негативні, також притягуються до нейтрально заряджених об’єктів, таких як стіна. Однак, якщо ви наблизили аеростат ближче до іншого аеростата, який ви зарядили таким чином, два аеростати відійшли б один від одного. Це пов’язано з тим, що два об’єкти з однаковим зарядом, будь то позитивний чи негативний, завжди відштовхують один одного.
Трибоелектрична серія
•••sedmak / iStock / Getty Images
Ви бачили, як електрони рухаються від вашого волосся до повітряної кулі, коли ви натирали їх один про одного. Але чому вони перейшли з вашого волосся на повітряну кулю, а не навпаки? У цьому експерименті аеростат завжди буде негативно зарядженим, оскільки певні речовини віддають електрони легше, ніж інші, і гумі в повітряній кулі завжди буде простіше взяти електрони з волосся, ніж волоссю взяти електрони з повітряна куля.
A трибоелектричний ряд - це список, який показує, як легко різним речовинам забирати електрони один у одного. Чим нижче речовина знаходиться в трибоелектричному ряду, тим більша ймовірність стати негативно зарядженим. Речовина може брати електрони з будь-яких речовин, що знаходяться над нею в ряді. Для прикладу візьмемо такі трибоелектричні серії:
Волосся Скляний папір Шерсть Вініловий латекс Тефлон
Ви бачите, що втирання тефлону в будь-яку іншу речовину з цього списку зробить ці матеріали позитивно зарядженими, оскільки тефлон може приймати електрони з усіх них. І будь-яка речовина у цьому списку може стати негативно зарядженою, відбираючи електрони з волосся.
Чому блискавка вражає?
•••Evgeniy1 / iStock / Getty Images
Позитивні та негативні заряди також є причиною удару блискавки під час грози. Грозові хмари утворюються, коли краплі води на холоді, верхні частини атмосфери твердо замерзають і падають; в той же час випускні потоки несуть водяну пару вгору. Вода, що падає і піднімається, натирається одна об одну: вода, що падає, стає негативно зарядженою, а вода, що піднімається, заряджується позитивно. Через це грозовий хмар знизу заряджений, а зверху позитивно заряджений.
Зазвичай, оскільки заряджений об'єкт притягується до нейтрально зарядженого об'єкта, електрони в грозовій хмарі повільно стікають до нейтрально зарядженого грунту. Однак повітря між хмарою і землею служить утеплювач, речовина, яка заважає електронам легко рухатися по ній. Але як тільки на дні хмари накопичується досить сильний негативний заряд, навіть повітря не може його зупинити. Всі електрони відразу стрибають на землю у вигляді удару блискавки.