Statik Elektrik, yüzyıllar önce belirli türden malzemelerin birbirine sürüldükten sonra gizemli bir şekilde birbirlerini çekeceği keşfedilmişti. Örneğin, bir parça ipek, bir cama sürüldükten sonra, ipek ve cam birbirine yapışma eğilimi gösterirdi. Gerçekten de, iki malzeme ayrıldığında bile gösterilebilecek çekici bir güç vardı:
Cam ve ipek bu şekilde davrandığı bilinen tek malzeme değil. Bir lateks balona sadece ona yapışmaya çalıştığını fark etmek için fırçalayan herkes, aynı olayı deneyimlemiştir. Parafin mumu ve yünlü kumaş, ilk deneycilerin birbirine sürüldükten sonra çekici güçler sergilediği kabul edilen başka bir malzeme çiftidir:
Bu olay, aynı malzemelerin, kendi cinsleriyle ovulduktan sonra her zaman birbirini ittiği keşfedildiğinde daha da ilginç hale geldi:
Ayrıca, ipekle ovulan bir cam parçası, yünle ovulan bir balmumu parçasına maruz bırakıldığında, iki malzemenin birbirini çekeceği kaydedildi:
Ayrıca, ovalandıktan sonra çekim veya itme özelliklerini gösteren herhangi bir malzemenin iki farklı kategoriden birine sınıflandırılabileceği bulundu. Cama çekme ve balmumu tarafından itilme veya cam tarafından itilme ve balmumu çekme. Ya biri ya da diğeriydi. Hem cama hem de balmumu tarafından çekilecek ya da itilecek ya da birine tepki vermeden diğerine tepki verebilecek hiçbir malzeme bulunamadı.
Sürtünmeyi yapmak için kullanılan kumaş parçalarına daha fazla dikkat edildi. İki parça camı iki parça ipek kumaşla ovaladıktan sonra, sadece cam parçalarının değil, kumaşların da birbirini ittiği keşfedildi. Balmumu ovalamak için kullanılan yün parçaları için de aynı durum geçerliydi:
Şimdi, buna şahit olmak gerçekten tuhaftı. Sonuçta, bu nesnelerin hiçbiri sürtünmeyle gözle görülür bir şekilde değişmedi, ancak kesinlikle ovulmadan öncekinden farklı davrandılar. Bu malzemelerin birbirini çekmesini veya itmesini sağlamak için yapılan her değişiklik görünmezdi.
Bazı deneyciler, görünmeyen “sıvıların” sürtünme işlemi sırasında bir nesneden diğerine aktarıldığını ve bu “sıvıların” belirli bir mesafeden fiziksel bir kuvvet uygulayabildiğini tahmin ettiler. Charles Dufay, belirli nesne çiftlerini birbirine sürterek yapılan kesinlikle iki farklı değişiklik türü olduğunu gösteren ilk deneycilerden biriydi. Bu malzemelerde birden fazla değişikliğin ortaya çıktığı gerçeği, üretilen iki tür kuvvetin varlığıyla açıktı: çekim ve itme . Varsayımsal sıvı transferi bir yük olarak bilinmeye başladı .
Öncü bir araştırmacı, Benjamin Franklin, ovalanmış nesneler arasında yalnızca bir sıvı alışverişi yapıldığı ve iki farklı “yükün” bu sıvının fazlalığı veya eksikliğinden başka bir şey olmadığı sonucuna vardı. Balmumu ve yün ile deney yaptıktan sonra Franklin, kaba yünün bu görünmez sıvının bir kısmını pürüzsüz mumdan çıkardığını, bu da yün üzerinde fazla sıvıya ve balmumunda sıvı eksikliğine neden olduğunu öne sürdü. Yün ve balmumu arasındaki sıvı içeriğinde ortaya çıkan eşitsizlik, sıvı iki malzeme arasındaki eski dengesini yeniden kazanmaya çalışırken çekici bir güce neden olur.
Sürtünmeyle kazanılan veya kaybedilen tek bir “sıvının” varlığını varsaymak, en iyi gözlemlenen davranışı açıkladı: tüm bu malzemeler, ovulduğunda iki kategoriden birine düzgün bir şekilde düşüyor ve en önemlisi, iki aktif malzemenin her birine sürtülmesi. diğeri , birbirlerine olan değişmez çekiciliğinin kanıtladığı gibi, daima karşıt kategorilere girer . Başka bir deyişle, birbirine sürülen iki malzemenin hem olumlu hem de olumsuz olduğu bir zaman asla olmadı .
Franklin’in yünün balmumundan bir şey sildiğine dair spekülasyonunu takiben, ovalanmış balmumuyla ilişkili yük türü “negatif” (çünkü sıvı eksikliğine sahip olması gerekiyordu) olarak bilinirken, sürtünmeyle ilişkili yük türü yün “pozitif” olarak bilinir hale geldi (çünkü fazla sıvı olması gerekiyordu). Masum varsayımının gelecekte elektrik öğrencileri için çok fazla kafa karışıklığına neden olacağını bilmiyordu!
Elektrik yükünün hassas ölçümleri, 1780’lerde Fransız fizikçi Charles Coulomb tarafından, iki elektrik yüklü nesne arasında üretilen kuvveti ölçen burulma dengesi adı verilen bir cihaz kullanılarak gerçekleştirildi . Coulomb’un çalışmasının sonuçları, onun onuruna coulomb adı verilen bir elektrik yükü biriminin geliştirilmesine yol açtı.. İki “nokta” nesnesi (kayda değer yüzey alanı olmayan varsayımsal nesneler) 1 Coulomb ölçüsünde eşit olarak yüklenirse ve 1 metre (yaklaşık 1 yarda) aralıklarla yerleştirilirse, yaklaşık 9 milyar newton (yaklaşık 2 milyar pound), ilgili ücretlerin türüne bağlı olarak çeker veya geri püskürtür. Bir coulomb’un elektrik yükü birimi olarak operasyonel tanımının (nokta yükleri arasında üretilen kuvvet cinsinden), yaklaşık 6,250,000,000,000,000,000 elektronluk bir fazlalığa veya eksikliğe eşit olduğu bulundu. Ya da ters terimlerle ifade edilirse, bir elektronun yaklaşık 0.00000000000000000016 coulombluk bir yükü vardır. Bir elektronun bilinen en küçük elektrik yükü taşıyıcısı olduğu için, elektron için bu son yük değeri, temel yük olarak tanımlanır .
Çok daha sonra, bu “sıvının” aslında , eski Yunanca kehribar kelimesinin şerefine verilen elektron adı verilen son derece küçük madde parçalarından oluştuğu keşfedildi : bezle ovulduğunda yüklü özellikler gösteren başka bir malzeme.
Atomun Bileşimi
O zamandan beri deneyler, tüm nesnelerin atom olarak bilinen son derece küçük “yapı bloklarından” oluştuğunu ve bu atomların da parçacıklar olarak bilinen daha küçük bileşenlerden oluştuğunu ortaya çıkardı . Çoğu atomu oluşturan üç temel parçacığa protonlar , nötronlar ve elektronlar denir . Atomların çoğu proton, nötron ve elektron kombinasyonuna sahipken, tüm atomlarda nötron yoktur; bir örnek, yalnızca bir proton ve bir elektrona sahip olan hidrojenin en hafif ve en yaygın şekli olan hidrojenin (Hidrojen-1) protium izotopudur (1H1). Atomlar görülemeyecek kadar küçüktür, ancak birine bakarsak, şöyle bir şey görünebilir:
Bir malzeme parçasındaki her atom bir birim olarak bir arada kalma eğiliminde olsa da, aslında elektronlar ile ortada bulunan proton ve nötron kümeleri arasında çok fazla boş alan vardır.
Bu ham model, altı protonlu, altı nötronlu ve altı elektronlu karbon elementinin modelidir. Herhangi bir atomda, protonlar ve nötronlar birbirine çok sıkı bir şekilde bağlıdır ve bu önemli bir niteliktir. Atomun merkezindeki sıkıca bağlanmış proton ve nötron kümesine çekirdek denir ve bir atomun çekirdeğindeki protonların sayısı onun temel kimliğini belirler: bir atomun çekirdeğindeki protonların sayısını değiştirirseniz, o atom. Aslında, bir kurşun atomunun çekirdeğinden üç protonu çıkarabilirseniz, eski simyacıların bir altın atomu üretme hayalini gerçekleştirmiş olursunuz! Çekirdekteki protonların sıkı bağlanması, kimyasal elementlerin kararlı kimliğinden ve simyacıların hayallerini gerçekleştirememesinden sorumludur.
Nötronlar, bir atomun kimyasal karakteri ve kimliği üzerinde protonlardan çok daha az etkilidir, ancak çok sıkı bir şekilde bağlı oldukları için çekirdeğe eklenmeleri veya çekirdekten çıkarılmaları da zordur. Nötronlar eklenir veya kazanılırsa, atom yine aynı kimyasal kimliği koruyacaktır, ancak kütlesi biraz değişecek ve radyoaktivite gibi garip nükleer özellikler kazanabilir .
Bununla birlikte, elektronların bir atom içinde hareket etme özgürlüğü, protonlardan veya nötronlardan önemli ölçüde daha fazladır. Aslında, çekirdekteki parçacıkları yerinden oynatmak için gerekenden çok daha az enerji ile ilgili konumlarından çıkarılabilirler (hatta atomu tamamen bırakabilirler!). Bu gerçekleşirse, atom kimyasal kimliğini korur, ancak önemli bir dengesizlik oluşur. Elektronlar ve protonlar, belli bir mesafeden birbirlerine çekildikleri için benzersizdir. Elektronların orijinal atomlarından uzaklaşarak başka bir nesnenin atomlarının etrafında yer alması için sürtünen nesneler arasındaki çekime neden olan bu uzaklıktan çekimdir.
Elektronlar, diğer protonlarla protonlar gibi, diğer elektronları belirli bir mesafeden itme eğilimindedir. Protonların bir atomun çekirdeğinde birbirine bağlanmasının tek nedeni, güçlü nükleer kuvvet adı verilen çok daha güçlü bir kuvvettir.sadece çok kısa mesafelerde etkiye sahiptir. Tek tek parçacıklar arasındaki bu çekim / itme davranışı nedeniyle, elektronların ve protonların zıt elektrik yüklerine sahip olduğu söylenir. Yani, her elektronun negatif bir yükü ve her protonun pozitif bir yükü vardır. Bir atom içindeki eşit sayılarda, atom içindeki net yükün sıfır olması için birbirlerinin varlığını etkisiz hale getirirler. Bir karbon atomunun resminin altı elektrona sahip olmasının nedeni budur: çekirdekteki altı protonun elektrik yükünü dengelemek için. Elektronlar ayrılırsa veya fazladan elektronlar gelirse, atomun net elektrik yükü dengesiz olur ve atomu bir bütün olarak “yüklü” bırakır ve yakındaki yüklü parçacıklar ve diğer yüklü atomlarla etkileşime girmesine neden olur. Nötronlar ne elektronlara, protonlara çekilir ne de onları itmez.
Elektronların ulaşma veya ayrılma süreci, belirli malzeme kombinasyonları birbirine sürtündüğünde tam olarak olan şeydir: bir malzemenin atomlarından gelen elektronlar, sürtünme ile ilgili atomlarını bırakmaya ve diğer malzemenin atomlarına aktarmaya zorlanır. Başka bir deyişle, elektronlar Benjamin Franklin’in varsaydığı “akışkan” ı oluşturur.
Statik Elektrik Nedir?
Bu “akışkan” ın (elektronların) nesneler arasındaki dengesizliğinin sonucuna statik elektrik denir . “Statik” olarak adlandırılır çünkü yer değiştiren elektronlar, bir yalıtım malzemesinden diğerine taşındıktan sonra sabit kalma eğilimindedir. Balmumu ve yün söz konusu olduğunda, yünün içindeki elektronların aslında balmumundaki atomlara aktardığı, Franklin’in varsayımının tam tersi olan daha ileri deneylerle belirlendi! Franklin’in balmumu yükünün “negatif” ve yünün yükünün “pozitif” olduğunu belirlemesi şerefine, elektronların “negatif” şarj etkisine sahip olduğu söyleniyor. Bu nedenle, atomları elektron fazlalığı alan bir nesnenin negatif yüklü olduğu söylenirken , atomlarında elektron eksik olan bir nesnenin olduğu söylenir.pozitif yüklü, bu gösterimler ne kadar kafa karıştırıcı görünse de. Elektrik “akışkanının” gerçek doğası keşfedildiğinde, Franklin’in elektrik yükü terminolojisi, kolayca değiştirilemeyecek kadar sağlam bir şekilde kurulmuştu ve bu yüzden bugüne kadar kaldı.
Michael Faraday (1832) statik elektriğin bir batarya veya jeneratör tarafından üretilenle aynı olduğunu kanıtladı (1832). Statik elektrik, çoğunlukla bir baş belasıdır. Kara barut ve dumansız toz, statik elektrik nedeniyle tutuşmayı önlemek için grafit eklenmiştir. Hassas yarı iletken devrelere zarar verir. Statik elektriğin yüksek gerilim ve düşük akım özellikleriyle çalışan motorlar üretmek mümkün olmakla birlikte bu ekonomik değildir. Statik elektriğin birkaç pratik uygulaması arasında xerografik baskı, elektrostatik hava filtresi ve yüksek voltajlı Van de Graaff jeneratörü bulunur.
Kısaca;
- Tüm malzemeler, atom olarak bilinen küçük “yapı taşlarından” oluşur .
- Doğal olarak oluşan tüm atomlar , hidrojenin protium izotopu ( 1 H 1 ) dışında elektron , proton ve nötron adı verilen parçacıkları içerir .
- Elektronlar negatif (-) elektrik yüküne sahiptir.
- Protonlar pozitif (+) bir elektrik yüküne sahiptir.
- Nötronların elektrik yükü yoktur.
- Elektronlar atomlardan proton veya nötronlardan çok daha kolay çıkarılabilir.
- Bir atomun çekirdeğindeki proton sayısı, kimliğini benzersiz bir element olarak belirler.
