التحويل الإلكتروني - مبدأ الحفاظ على الشحنة الكهربائية

2023 مؤلف: Jake Johnson | [email protected]. آخر تعديل: 2023-05-24 23:12

تظهر بعض البيانات التاريخية الواردة في المقالات السابقة أن إجراء التجارب لإثبات وجود الشحنات الكهربائية والقوى الكهربائية أمر بسيط للغاية.

سنذكر هنا ملخصا للنتيجة التي توصل إليها فرانكلين وهي:

الشحنة الكهربائية هي خاصية مادية للمادة

بقدر الكتلة ، فإن الشحنة الكهربائية هي خاصية جوهرية للمادة. وأتاحت الملاحظات التجريبية اكتشاف خصائص مهمة تمتلكها الشحنة الكهربائية (مشتركة مع الكتلة).

• تخلق الشحنات الكهربائية وتتعرض لقوى كهربائية ، والتي يمكن رؤيتها بسهولة في تجارب الكهربة.
• لا يمكن إنشاء الشحنات الكهربائية أو إتلافها.

مبدأ الحفاظ على الشحنة الكهربائية

فيما يتعلق بالبيانات السابقة ، عندما يكون الجسم مكهربًا بالاحتكاك ، على سبيل المثال ، تكون الحالة النهائية للكهرباء بسببنقل الشحناتمن كائن إلى آخر ، لا توجد رسوم إنشاء في هذه العملية.

لذلك إذا قام أحد الكائنين بتحويل شحنة سالبة إلى الآخر ، فسيظل مشحونًا بشكل إيجابي ، مع نفس مقدار الشحنة المنقولة إلى الآخر. هذه الملاحظة متسقةمع ملاحظة أن المادة محايدة ، أي بدون شحنات زائدة تحتوي على نفس عدد الشحنات الموجبة (النواة الذرية) والشحنات السالبة (الإلكترونات).

سنرسي بعد ذلك مبدأ الحفاظ على الشحنة الكهربائية

كمثال يمكننا الاستشهاد بما يسمى بعملية الإبادة بين الإلكترون ، الشحنة- e وجسيمه المضاد ، البوزيترون ، بشحنة + e. عندما يقتربان ، يمكن أن يختفي هذان الجسيمان مما يؤدي إلى ظهور زوج من الأشعة γ، جسيمات بدون كتلة وبدون شحن ولكن مع طاقات عالية. يمكن تمثيل العملية بـ:

لاحظ أن إجمالي الرسوم قبل وبعد العملية لاغية ، وبالتالي يتم الاحتفاظ بها.

مثال آخر مثير للاهتمام يحدث في النجوم ويعرف بالاندماج. في هذه الحالة ، نواتان من الديوتيريوم (هيدروجين ثقيل²H) ، تتكون من 1p و1nدمج مع احتمالين نهائيين ؛

في أول نتيجة تكون نواة التريتيوم ³H ، والتي تحتوي على 1p و2n . في الثانية ، نظير الهليوم 3^هوالذي يحتوي على2p و 1n. في كلا الاحتمالين ، يكون المجموع النهائي للرسوم + 2e ، مطابق للوضع الأولي.

تكميم الشحنة الكهربائية

في القرن الثامن عشر ، كانت الشحنة الكهربائية تعتبر مائعًا مستمرًا ، بينما كانت في أوائل القرن العشرين ،اكتشف ميليكان أن السائل الكهربائي لم يكن مستمراً ونعم ، أن الشحنة الكهربائية تتكون من عدد صحيح مضاعف لشحنة أساسية e ، أي الشحنةq كائن معين يمكن كتابته على النحو التالي:

q=ne

حيث n=1، 2، 3،…

e تساوي قيمة 1 ، 60 × 10^{-19وكونها واحدة من الثوابت الأساسية للطبيعة.}

يمكننا بعد ذلك أن نقول إن الشحنة الكهربائية موجودة في رزم منفصلة أو في المصطلحات الحديثة أنها "مكمَّمة" ، وليست قادرة على أخذ أي قيمة.

تحتوي جميع الكائنات في الطبيعة على شحنات. وفي الوقت نفسه ، في معظم الحالات نفشل في إدراكها. هذا يرجع إلى حقيقة أن الأشياء تحتوي على كميات متساوية من نوعين من الشحنات: الشحنات الموجبة والشحنات السالبة (كما حددها فرانكلين).

وبالتالي ، فإن المساواة تؤدي إلى توازن الشحنات ونقول أن الأجسام محايدة كهربائيًا ، أي لا تحتوي على شحنة سائلة. من ناحية أخرى ، في حالة حدوث خلل في التوازن ، نقول إنه مكهرب ، عندها ستوجد شحنة كهربائية وسيكون الجسم قادرًا على التفاعل كهربائيًا.

أظهرت تجارب أخرى من زمن ميليكان أن للإلكترون شحنة –e والبروتون + e مما يضمن أن الذرة محايدة لأنها تحتوي على نفس عدد البروتونات مثل الإلكترونات.

الجدول أدناه يلخص شحنات وكتل المكونات الذرية الأكثر أهمية.