سؤال این است: چند مدار می تواند به دور هسته وجود داشته باشد و چند الکترون می تواند در هر یک از آنها گردش کند؟ بر اساس تئوری الکترونیکی بور و کمی سازی انرژی، اتم ها می توانند حداکثر هفت مدار یا پوسته در اطراف هسته داشته باشند که با حروف K، L، M، N، O، P. و Q نامگذاری می شوند و هر یک از آنها فقط می پذیرد. تعداد معینی الکترون مانند این است: همانطور که در شکل 1.11 مشاهده می شود، اولی 2 الکترون، دومی 8، سومی 18، چهارمی 32 و غیره خواهد داشت. الکترون‌هایی که در پوسته‌های نزدیک به هسته یافت می‌شوند، نسبت به الکترون‌هایی که در مدارهای دورتر یافت می‌شوند، توسط پروتون‌ها به شدت جذب می‌شوند. از آنجایی که الکترون های موجود در هر مدار دارای مقدار مشخصی انرژی هستند، به آنها سطوح انرژی نیز می گویند و مقدار انرژی هر سطح به تعداد الکترون های آن بستگی دارد.


https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070

عدد اتمی همه الکترونها و همه پروتونها صرف نظر از ماده ای که به آن تعلق دارند یکسان هستند. بنابراین، اگر همه مواد از ذرات یکسان ساخته شده اند، چگونه اینقدر متفاوت هستند؟ مواد با یکدیگر متفاوت هستند زیرا تعداد الکترون هایی که در هر اتم دارند با الکترون های دیگر متفاوت است. تعداد پروتون های هسته هر اتم همیشه برابر با تعداد الکترون هایی است که به دور آن می چرخند. به عنوان مثال، عدد اتمی اکسیژن 8 است زیرا دارای 8 پروتون و 8 الکترون است و با آلومینیوم متفاوت است، زیرا دومی دارای 13 الکترون و 13 پروتون است. یعنی عدد اتمی آن 13 است: شکل 1.10



https://t.me/igsmsource


https://t.me/yamur7070

الکترون های ظرفیت

از نقطه نظر الکتریکی، از بین تمام مدارها یا سطوح انرژی، ما فقط علاقه مندیم که آخرین مورد از هر اتم را مطالعه کنیم، زیرا الکترون های موجود در آن هستند که خواص شیمیایی و فیزیکی عناصر و آنها را تعیین می کنند مستقیماً مسئول پدیده های الکتریکی هستند. این الکترون ها الکترون های ظرفیتی نامیده می شوند و حداکثر می توانند هشت عدد باشند. با توجه به تعداد الکترون‌های ظرفیتی که اتم‌های یک عنصر دارند، از نظر الکتریکی می‌توان آنها را به‌عنوان رسانا، عایق و نیمه‌رسانا طبقه‌بندی کرد.

رساناها: این گروه شامل اتم هایی است که کمتر از چهار الکترون ظرفیت دارند که تمایل دارند این الکترون ها را برای رسیدن به تعادل خود از دست بدهند. این مواد فلزات نامیده می شوند و بیشترین هستند



https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070

مناسب برای تولید پدیده های الکتریکی؛ به عنوان مثال مس که دارای یک الکترون ظرفیت، آهن دو و آلومینیوم سه است از این گروه هستند. ما می توانیم توزیع الکترون های آن را در شکل 1.12 مشاهده کنیم. آنهایی که دارای الکترون تک ظرفیتی هستند بهترین رسانا هستند.

عایق ها: عایق هایی هستند که بیش از چهار الکترون ظرفیت دارند. آنها متالوئید نامیده می شوند، زیرا تمایل دارند الکترون های لازم برای رسیدن به تعادل خود را به دست آورند. نمونه هایی از این موارد عبارتند از: فسفر با پنج الکترون ظرفیت، گوگرد که دارای شش الکترون و کلر با هفت الکترون است. در شکل 1.13 توزیع الکترون ها را برای این عناصر مشاهده می کنیم. اتم هایی که دارای هشت الکترون ظرفیت هستند از نظر شیمیایی بسیار پایدار هستند و به همین دلیل تولید یک پدیده الکتریکی با آنها بسیار دشوار است، نمونه ای از آنها زنون است.

https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070

نیمه رساناها: دارای چهار الکترون ظرفیتی هستند و خواص آنها جایی بین رساناها و عایق ها است. نمونه هایی از اینها سیلیکون و ژرمانیوم هستند. ما می توانیم توزیع الکترون های آن را در شکل 1.14 مشاهده کنیم.

الکترون‌های آزاد در فلزات اتم‌ها توانایی برقراری ارتباط با یکدیگر را از طریق پیوندها با استفاده از الکترون‌های ظرفیت دارند. این پیوندها می توانند دو نوع باشند:

پیوند مرجانی: زمانی اتفاق می افتد که اتم ها الکترون های ظرفیت خود را با اتم های همسایه خود به اشتراک بگذارند. شکل 1.15

پیوند یونی: پیوندی است که در آن یک اتم به اتم همسایه دیگر الکترون می دهد.


https://t.me/igsmsource


https://t.me/yamur7070



.

هنگامی که یک الکترون ظرفیتی از مدار خود خارج می شود به یک الکترون آزاد تبدیل می شود. چنین الکترونی می تواند به راحتی وارد آخرین مدار اتمی شود که یک الکترون از دست داده است. در همان زمان، الکترون اتم دوم آزاد می شود و وارد آخرین مدار اتم دیگر می شود و بنابراین بسیاری از الکترون های آزاد از یک اتم به اتم دیگر عبور می کنند که به طور نامنظم در رسانا حرکت می کنند، همانطور که در شکل 1.17 نشان داده شده است. اما هیچ جریانی تولید نمی شود زیرا اثرات الکتریکی تولید شده در طول این فرآیند لغو می شود.



https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070



.

الکتریسیته ساکن چیست؟

به آن الکترواستاتیک نیز می گویند. همانطور که از نام آن مشخص است، به الکترون های ساکن ، یعنی بدون حرکت اشاره دارد، اگرچه صحبت در مورد الکترون ها در حالت سکون چندان رایج نیست زیرا آنها همیشه به صورت ذرات بی قرار و در حال جهش تجسم می شوند که از مکانی به مکان دیگر می روند. الکتریسیته ساکن از تجمع بارها در یک نقطه از یک ماده تولید می شود.

یک جسم باردار همیشه اجسام دیگر اطراف خود را با جذب یا دفع الکترون های آنها تحت تأثیر قرار می دهد. هر ماده با بار مثبت دارای کمبود الکترون است، در حالی که هر ماده با بار منفی دارای الکترون اضافی است.

مواد باردار تمایل دارند به حالت تعادل خود برگردند و برای رسیدن به این امر نیاز به تخلیه دارند. با این کار، آنها با آزاد کردن انرژی که عموماً از طریق اعمال مکانیکی یا جرقه های ساده ظاهر می شود، به این امر دست می یابند. فرآیندی که در آن ماده مجاور بار می گیرد، القای الکترواستاتیک نامیده می شود




https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070



.

الکتریسیته ساکن در صنعت بسیار مفید است، به عنوان مثال:

برای اعمال رنگ بر روی اشیاء تولید انبوه استفاده می شود. این فرآیند به رنگ آمیزی اسپری یا رنگ آمیزی الکترواستاتیک معروف است. در طی این روش یک بار الکترواستاتیکی به ذرات منتقل می شود.

اسپری های رنگ پس از خروج از نازل اسپری؛ این ذرات توسط جسم مورد رنگ‌آمیزی جذب می‌شوند و در نتیجه لایه‌ای یکنواخت بدون هدر رفتن رنگ به دست می‌آیند.

در ساخت کاغذ ساینده (کاغذ سنباده) برای فلزات.

در ساخت الیاف برای بافت فرش و پارچه های خاص.

در به اصطلاح رسوب‌دهنده‌هایی که ذرات دود را از دودکش‌های بزرگ بارگیری می‌کنند و سپس آنها را به صفحه‌هایی می‌برند که نتوانند جو را آلوده کنند.

آتش سوزی و انفجار سوخت برای جلوگیری از این امر، اکثریت قریب به اتفاق این وسایل نقلیه دارای یک زنجیر فلزی در پایین هستند که به طور مداوم در امتداد جاده کشیده می شود تا باعث تماس با زمین شود. به این ترتیب وسیله نقلیه تخلیه می شود و از تصادف جلوگیری می شود. این پدیده با ایجاد جرقه در مقابل پیاده رو هنگام تخلیه وسیله نقلیه قابل مشاهده می شود.

هنگامی که مواد دارای بار زیاد هستند، الکترون ها از یک ماده به ماده دیگر می پرند قبل از اینکه تماس واقعی بین آنها برقرار شود. در این موارد تخلیه به صورت یک قوس نورانی دیده می شود. یک مثال واضح، بارهایی است که در ابرها هنگام ساییدن مولکول‌های هوا تولید می‌شوند: مقدار زیادی الکتریسیته انباشته شده در آنها می‌تواند در فضاهای بزرگ تخلیه شود و باعث ایجاد قوس‌هایی به طول چندین متر به نام رعد و برق می‌شود، مانند شکل 1.19. قدرت تخریب آنها نمونه بارز مقدار انرژی است که اجسام دارای بار الکتریکی می توانند انتقال دهند. حفاظت در برابر صاعقه فقط به دست می آید



https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070



.

چند ثانیه صبر کنید و مشاهده کنید که آیا تغییری در موقعیت بادکنک ها رخ می دهد. شکل 1.23.

• چه اتفاقی افتاد؟ چگونه می توانید این را توضیح دهید؟

https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070



.

نتیجه گیری

قبل از مالیدن بالون مشخص شده با حرف B، بارهای الکتریکی دو ماده (بالون B و پارچه) خنثی شد. هنگام مالش بالون، برخی مدارهای ظرفیت مربوط به یکدیگر و پارچه الکترون های ظرفیت را از بالون ربود و دومی را دارای بار مثبت گذاشت. همانطور که قبلا ذکر کردیم، مواد باردار تمایل دارند حالت تعادل خود را بازیابی کنند و برای رسیدن به این امر نیاز به تخلیه دارند. در مورد ما می بینیم که چگونه، وقتی giobo شناسایی شده با حرف B را به چیزی که با حرف A مشخص شده است نزدیک می کنیم، به راحتی آن را جذب می کند زیرا تمایل به بازیابی الکترون های از دست رفته دارد.

هنگامی که بالون B الکترون های لازم را از بالون A دزدید، دوباره به حالت اولیه خود باز می گردد. یعنی پس از چند دقیقه، بالون B دوباره از بالون A جدا می شود.

این پدیده در فلزات نیز یا با تماس ساده دو فلز مختلف و یا از طریق فرآیندی به نام القاء رخ می دهد. اما به هر حال، پدیده بارگیری و تخلیه همیشه یکسان است، زیرا هرگاه دو ماده به یکدیگر نزدیک شوند،

بارهای مخالف، الکترون های اضافی یکی به سمت بارهای مثبت دیگری جذب می شود.


https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070


.

الکتریسیته دینامیکی

برای اینکه الکتریسیته واقعاً مفید باشد، باید در حرکت بماند، یعنی باید پویا یا فعال باشد و منبع تولید کننده آن باید دائماً بارهای الکتریکی خود را تجدید کند تا ظرف چند ثانیه کار ظرفیت خود را از دست ندهد.

کنت ایتالیایی الساندرو ولتا (1745-1827) باتری الکتریکی را در سال 1799 اختراع کرد که باعث انقلاب علمی در آن زمان شد. او متوجه شد که از طریق عمل شیمیایی بارهای الکتریکی را می توان به طور مداوم بازیابی کرد


جریان الکتریکی در مدار گردش می کند

ترون هایی که از ترمینال منفی باتری خارج می شوند با همان مقدار (متعلق به درایور) جایگزین می شوند که از ترمینال مثبت باتری وارد می شوند. شکل 1.24

تنها پس از کشف منبع الکتریسیته ثابت ولتا، می‌توان فهمید که مدار الکتریکی در واقع چیست و در نتیجه الکتریسیته دینامیکی چیست.



https://t.me/igsmsource




https://t.me/yamur7070



.

میدان الکتریکی

فضایی است که نیروهای جاذبه و دافعه بین بارهای الکتریکی می توانند در آن ظاهر شوند. میدان الکتریکی هر نوع باری اعم از مثبت یا منفی و به طور کلی را احاطه می کند. همانطور که در شکل 1.25 نشان داده شده است، هر جسم باردار را احاطه می کند. این میدان را می توان با خطوط مستقیم بی شماری نشان داد که

آنها به صورت شعاعی از مرکز بار خارج می شوند و در تمام جهات هدایت می شوند. به این خطوط، خطوط نیروی الکتریکی می گویند که دارای نیروی طبیعی هستند که در جهت معینی به سمت بیرون در پروتون ها و به سمت داخل در الکترون ها عمل می کنند. منشأ قوانین جذب و دفع بارها از همین جاست.



https://t.me/igsmsource

https://t.me/yamur7070

به گونه ای که وقتی می گوییم الکترون دیگری را بدون تماس دفع می کند، نیروی دافعه بین خطوط نیرو است که باعث جدا شدن بارها می شود. و وقتی می گوییم یک الکترون و یک پروتون یکدیگر را جذب می کنند، این خطوط نیرو در میدان الکتریکی هستند که باعث می شوند بارها به هم نزدیک شوند.

به این ترتیب میدان الکتریکی را می‌توان به عنوان نیرویی با منشأ الکتریکی که بر یک بار وارد می‌شود، تعریف کرد که می‌تواند آن را جهت‌داده و از یک اتم به اتم دیگر منتقل کند. اگر در طول فرآیند شارژ، الکترون‌ها روی یک جسم و یون‌های مثبت روی جسم دیگر انباشته شوند، هر جسم میدان الکتریکی خاص خود را دارد. این فیلدها حاصل مجموع تمام فیلدهای مجزای بارهای انباشته شده است و بنابراین قدرت بسیار بالایی دارند




https://t.me/igsmsource


https://t.me/yamur7070

میدان الکتریکی یک جسم

بزرگ برای از دست دادن یا به دست آوردن الکترون اتم. با توجه به موارد فوق، سه مورد را می توان مطابق شکل 1.27 ارائه کرد. به عبارت دیگر، پتانسیل حالت الکتریکی است که یک جسم در آن یافت می شود

با مقایسه وضعیت دو اتم در شکل، می بینیم که اختلاف پتانسیل چهار الکترون وجود دارد. در غیر این صورت، شما می توانید

پتانسیل خنثی

مورد I

پتانسیل مثبت

+

مورد 2

پتانسیل منفی
مورد 3
داشته باشید


https://t.me/igsmsource



https://t.me/yamur7070

پس بیایید یک سوال بپرسیم: چرا الکترون ها از مثبت به انتهای منفی منبع می روند؟ پاسخ ساده است: در داخل منبع یک اثر شیمیایی رخ می دهد که اتم های دو پایانه را نامتعادل می کند و یک پایانه با الکترون های بیشتری نسبت به دیگری باقی می ماند. با ایجاد پل بین دو پایانه منبع، الکترون های اضافی از پایانه منفی سعی می کنند به سمت پایانه مثبت بروند زیرا کمبود آنها وجود دارد و الکترون های آزاد رسانا را در مسیر خود هدایت می کند. بنابراین، الکترون‌های آزاد رسانا اکنون در هیچ جهتی حرکت نمی‌کنند، بلکه به سمت پایانه مثبت منبع هدایت می‌شوند و در نتیجه باعث ایجاد جریان الکترون‌ها در آن جهت می‌شوند. به تکانه انرژی که از الکترون به الکترون منتقل می شود

ترون جریان الکتریکی نامیده می شود. این تنها زمانی مفید است که شما آن را مجبور به انجام کار در طول یک مدار الکتریکی کنید.

راحت است که به خاطر داشته باشید: ولتاژ، کشش، نیروی الکتروموتور و اختلاف پتانسیل به یک چیز اشاره دارد.

تنش با حرف U در سیستم اروپایی و با حرف E در سیستم آمریکایی برای سهولت بیشتر از حرف V در توسعه دوره استفاده خواهیم کرد


https://t.me/igsmsource

می توان گفت که اختلاف پتانسیل نشان دهنده اختلاف بین اتم های با پتانسیل متفاوت است یا همان چیزی که یکسان است، زمانی که اتم های یک جسم و جسم دیگر در حالت الکتریکی متفاوت باشند، اختلاف پتانسیل وجود دارد. این اختلاف پتانسیل ولتاژ، کشش یا نیروی الکتروموتور (EMF) نامیده می‌شود و به عنوان نیرو یا فشاری تعریف می‌شود که می‌تواند الکترون‌های آزاد یک رسانا را وادار به حرکت در جهت معینی کند. واحد اندازه گیری آن ولت است.
بر این اساس منبع ولتاژ وسیله ای است که بین پایانه های خود اختلاف پتانسیل دارد. این منبع می تواند سلول، باتری یا ژنراتور باشد و نقاط اتصال یا پایانه های آن را ترمینال می گویند. یکی از آنها دارای غلظت بارهای مثبت و دیگری بارهای منفی است، به همین دلیل یک میدان الکتریکی قوی بین آنها وجود دارد که سعی می کند بارهای الکتریکی بین آنها را به حرکت درآورد.
چگونه هنگام اتصال یک ماده رسانا بین پایانه های یک منبع ولتاژ، الکترون های آزاد رسانا از نقطه بالاترین پتانسیل بارهای منفی به سمت نقطه بالاترین پتانسیل بارهای مثبت هدایت می شوند . تشکیل دادیم
https://t.me/igsmsource
https://t.me/yamur7070

راه های تولید انرژی الکتریکی در مقادیر کم

با مالش یا اصطکاک همانطور که قبلاً اشاره کردیم، پدیده الکتریسیته با حرکت الکترون ها از مدار طبیعی خود ایجاد می شود. مالش یا اصطکاک قدیمی ترین روشی است که بشر برای تولید برق شناخته است. گفته می شود که او تالس فیلسوف یونانی میلتوسی بوده که در قرن هفتم قبل از میلاد می زیسته است. که الکتریسیته را کشف کرد، با مالیدن یک تکه کهربا با یک تکه پارچه یا پوست توانست اجسام سبک کوچک را جذب کند. تالس از میلتوس علت این پدیده را پیدا نکرد و خواست نامی برای آن بگذارد. از آنجایی که کهربا در یونانی به معنای الکترون است، او از این نام برای این نیروی نامرئی استفاده کرد. قرن ها بعد، ذرات الکتریسیته منفی که هسته اتم را احاطه کرده و هنگامی که به نوعی حرکت می کنند، جریان الکتریکی را تشکیل می دهند، الکترون نامیده می شوند.

امروزه می دانیم که خاصیتی که تالس از میلتوس در کهربا کشف کرد فقط مربوط به این ماده نیست، بلکه تعداد زیادی عنصر وجود دارد که می توان آزمایش را با آنها تکرار کرد. در بسیاری از فعالیت های روزانه ما، این تجربه به صورت داوطلبانه یا غیر ارادی تکرار می شود. به عنوان مثال، هنگامی که یک شانه پلاستیکی چندین بار از روی موهای خشک رد می شود، بار الکتریکی می شود، بررسی می کنیم که آیا آن را به چند تکه کاغذ معمولی نزدیک می کنیم، زیرا می بینیم که چگونه به سمت شانه جذب می شوند.

این تجلی الکتریسیته ساکن است که در ابتدای این درس به بررسی آن پرداختیم. هنگامی که هر دو ماده به یکدیگر مالش می‌شوند، پوست الکترون‌های خود را از دست می‌دهد و آنها توسط پوست به دست می‌آیند


https://t.me/igsmsource

نمونه های دیگر از الکتریسیته توسط اصطکاک

اصطکاک ابرها با هوا. اصطکاک ماشین با هوا هنگام حرکت در جاده.

اصطکاک یک لباس پشمی یا

مواد مصنوعی با پوست پوست با صفحه تلویزیون.

راه رفتن روی فرش و غیره

در نهایت می توان گفت که اگرچه این قدیمی ترین روش شناخته شده برای تولید برق است، اما مدیریت و دوز آن بسیار دشوار است. وجود دارد و در موارد خاص به صورت صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد، اما تولید آن به مقدار زیاد برای مصرف داخلی امکان پذیر نیست.

با واکنش های شیمیایی

راه تولید الکتریسیته با عمل شیمیایی بسیار ساده است. همانطور که قبلا در مبحث الکتریسیته دینامیکی گفته شد، این کار توسط سلول ها و باتری های الکتریکی انجام می شود. عملکرد آن بر اساس واکنش شیمیایی بین دو عنصر مختلف است. اگر دو صفحه فلزی یا الکترودهای فلزی مانند مس و روی به محلول اسید به اضافه آب وارد شوند، وجود نیروی محرکه الکتریکی بین دو صفحه را می توان تأیید کرد، همانطور که در شکل 1.31 نشان داده شده است. در درس آینده به طور گسترده در مورد این موضوع بحث خواهیم کرد.




https://t.me/igsmsource




https://t.me/yamur7070