انسان از زمانهای دور با پدیده هایی مشابه آنچه شما دیدید آشنا بوده است. بررسی این پدیده ها برای درك علت آنها باعث پیشرفت دانش و فناوری بسیار گسترده ای در این زمینه شده است.

به این مبحث از دانش، الكتریسیته گفته می شود. واژه الكتریسیته از نام یونانی �الكترون� به معنای �كهربا� گرفته شده است.

برای بررسی الكتریسیته، ابتدا باید با كمیتی به نام �بار الكتریكی� آشنا شویم.

وقتی میله ای پلاستیكی را با پارچه پشمی مالش می دهیم، به علت مالش میله به پارچه، در میله تغییری ایجاد می شود و میله خاصیت جدیدی را پیدا می كند. از این رو تكه های كوچك كاغذ را جذب  می كند. در این صورت می گوییم میله دارای بار الكتریكی شده است. در واقع مالش سبب ایجاد بار الكتریكی در اجسام می شود.

نیرویی كه اجسام دارای بار به یكدیگر وارد می كنند، نیروی الكتریكی می نامیم.

بررسی و تحلیل مشاهدات بالا دو واقعیت مهم را نشان می دهد.

الف) نیروی الكتریكی موجود بین جسم هایی كه دارای بارالكتریكی هستند، گاهی ربایشی و گاهی رانشی است.

ب) دو نوع بار الكتریكی وجود دارد.

فرانكلین فیزیكدان آمریكایی برای تشخیص بارهای الكتریكی از یكدیگر آن ها را نامگذاری كرد:

او بار الكتریكی روی لاستیك و بادكنك (یا بارهای مشابه) را بار الكتریكی منفی و بار الكتریكی روی شیشه، پارچه پشمی و (بارهای مشابه آن) را بار الكتریكی مثبت نامید.

دو قاعده ی اساسی الكتریسیته درباره نیروهایی كه دو جسم باردار به یكدیگر وارد می كنند.

1- دو جسم كه بار الكتریكی همنام دارند(هر دو منفی، یا هردو مثبت) بر یكدیگر نیروی رانشی وارد     می كنند.

2- دو جسم كه بار الكتریكی غیر همنام (یكی منفی و دیگری مثبت) دارند، بر یك دیگر نیروی ربایشی وارد می كنند.

می دانیم كه همه مواد از اتم ساخته شده اند، هر اتم از تعدادی پروتون (p) و نوترون (n) كه هسته ی آن را می سازند و تعدادی الكترون (e) كه به دور هسته در حال چرخش هستند، ساخته شده است.

بار الكتریكی مثبت به پروتون ها و بار الكتریكی منفی به الكترون ها و بار صفر به نوترون ها نسبت داده می شود.

مقدار بار الكتریكی پروتون و الكترون یكسان است. بار الكتریكی الكترون و پروتون كه كوچكترین بارالكتریكی به شمار می آید بار پایه نامیده می شود و با نماد e نمایش داده می شود.

یكای اندازه گیری بارالكتریكی كولن (c) نام دارد و مقدار آن برابر است با:      

e = ۱/۶ x ۱۰^-۱۹ C              

بار الكترون با e- و بار پروتون با e+ نشان داده می شود.

در یك اتم در حالت عادی پروتون ها همیشه با تعداد الكترون ها برابر است،در نتیجه، چون اتم در حالت عادی دارای دو نوع بار الكتریكی مثبت و منفی به مقدار مساوی است، اتم از نظر بارالكتریكی خنثی است.

اتم چگونه دارای بار الكتریكی می شود:

الف) اگر از اتم، الكترونی جدا شود، چون تعداد پروتون های آن از تعداد الكترونهایش بیش تر می شود. دارای بار الكتریكی مثبت می شود.

ب) اگر تعدادی الكترون به یك اتم افزوده شود، چون تعداد الكترونهای آن از تعداد پروتون هایش بیش تر  می شود. دارای بارالكتریكی منفی می شود.

نكته: اگر جسمی بر اثر دادن یا گرفتن الكترون، بار الكتریكی پیدا كند می توان نوشت: q=n.e

q = بارالكتریكی بر حسب كولن

 n= تعداد الكترونهای مبادله شده

 e= باریك الكترون

مثال: برای آنكه در جسمی خنثی بار الكتریكی 4/6 میكروكولن ( ^6-10 � 4/6 كولن ) ایجاد شود، چه تعداد الكترون باید از آن گرفته شود؟

q = ۶/۴ x ۱۰^-۶ C

e = ۱/۶ x ۱۰^-۱۹ C

n = ?

تعداد الكترونهایی كه باید از اتم گرفته شود.

توجه: باردار شدن اتم ها فقط از طریق انتقال الكترون انجام می شود و پروتون ها در این كار نقشی ندارند، زیرا پروتون ها ذرات سنگینی هستند كه با نیروی بسیار زیادی در هسته ی اتم نگه داشته شده اند و نمی توان آن ها را به راحتی الكترون از اتم جدا كرد.

پایستگی بار الكتریكی:

می دانیم كه برای بارداركردن یك جسم باید تعدادی الكترون به آن بدهیم و یا از آن بگیریم. در این مبادله ی الكترون ها، هیچ گاه الكترونی تولید نمی شود و یا از بین نمی رود بلكه الكترون ها تنها از جسمی به جسم دیگر منتقل می شوند.

لذا با توجه به اینكه الكترون دارای مقدار معینی بار الكتریكی است، می توان گفت:

"بار الكتریكی به وجود نمی آید و از بین نمی رود، بلكه از جسمی به جسم دیگر منتقل می شود."

 این اصل "پایستگی بار الكتریكی" نامیده می شود.

مواد جامد را بر اساس رسانای الكتریكی آن به سه گروه رسانا، نیمه رسانا و نارسانا تقسیم بندی می كنند.

1- در بعضی از مواد جامد الكترونهای آخرین لایه هر اتم (الكترونهای آزاد) می توانند به آسانی با گرفتن اندكی انرژی از اتم خود جدا شده و در داخل ماده جامد آزادانه جابه جا شوند. جابه جایی الكترون موجب رسانش الكتریكی ماده می شود. این گونه مواد را رسانای الكتریكی می نامیم. جسم هایی مانند مس و سایر فلزات كه به علت داشتن الكترون آزاد، بار الكتریكی درون آن ها شارش می كند رسانا می نامند.

2- در مواد جامد دیگر، الكترون ها برای رها شدن از اتم یا مولكول خود، انرژی زیادی لازم دارند و چون معمولا این انرژی را به دست نمی آورند نمی توانند آزادانه جابه جا شوند، این گونه مواد را نارسانای الكتریكی (عایق یا دی الكتریك) می نامند.

جسم هایی مانند میله پلاستیكی و شیشه ای كه الكترون ها نمی توانند در آن ها آزادانه حركت كند و در نتیجه بار الكتریكی را از خود عبور نمی دهند، نارسانا می نامند.

3- دسته دیگری از مواد وجود دارند كه در آن ها مقدار كمی الكترون به دلیل ارتعاش های گرمایی یا عوامل دیگر، انرژی لازم برای رها شدن را به دست می آورند و در رسانش الكتریكی شركت می كنند. این مواد را نیمه رسانا می نامیم.

سیلیسیوم وژرمانیوم از این گروه مواد هستند. از نیم رسانا در ساختمان دیود، ترانزیستور و مدارهای الكتریكی استفاده می شود.

نكته: وقتی به یك جسم نارسانا بار التریكی داده می شود، بار در محل داده شده بـه جـسـم باقی       می ماند و در جسم جابه جا نمی شود ولی وقتی به جسم رسانا بارالكتریكی داده می شود آن بارالكتریكی در محل داده شده ساكن نمی ماند و در سطح خارجی جسم توزیع می شود. در یك جسم رسانای باردار در مكان های برجسته و تیز, تجمع بار بیش تر از سایر نقاط است.

الكتروسكوپ، آشكار ساز الكتریكی:

الكتروسكوپ وسیله ای است دارای یك ورقه ی طلا یا آلومینیوم كه روی یك تیغه فلزی قرار دارد. تیغه فلزی به یك كلاهك رسانا متصل شده است كه مجموع كلاهك، تیغه ی فلزی و ورق طلا در یك قاب عایق دارد.

الكتروسكوپ در موارد زیر مورد استفاده قرار می گیرد:

1- آیا جسم دارای بار الكتریكی است؟

2- جسم چه نوع باری دارد؟

3-جسم رساناست یا نارسانا؟

1) تشخیص وجود بار در اجسام به وسیله الكتروسكوپ

جسم را به آرامی به كلاهك الكتروسكوپ بدون باری نزدیك می كنیم و نزدیك كلاهك نگاه می داریم. اگر جسم دارای بار الكتریكی باشد،با نزدیك كردن آن الكترونهای آزاد الكتروسكوپ تحت تاثیر نیروهای رانش و ربایش آن جابه جا شده و ورقه ها بارهای همنام پیدا می كنند و از هم جدا می شوند. در صورتیكه جسم بدون بار الكتریكی باشد در ورقه ها هیچ تغییری مشاهده نمی شود.

2) تعیین نوع بارالكتریكی جسم

اگر الكتروسكوپ دارای بارالكتریكی باشد، وقتی میله ای با بارالكتریكی غیر هم نام به كلاهك الكتروسكوپ نزدیك كنیم، زاویه دو ورقه طلا كم می شود و اگر میله ای با بار الكتریكی هم نام به كلاهك الكتروسكوپ نزدیك كنیم، زاویه دو ورق طلا زیاد می شود.

3)جسم رساناست یا نارسانا

برای آنكه تعیین كنیم جسم رساناست یا نارسانا، هرگاه آن را به كلاهك الكتروسكوپ باردار تماس دهیم، اگر جسم رسانا باشد، قسمتی از بارهای الكتریكی الكتروسكوپ به جسم منتقل شده و فاصله، دو ورقه طلا از هم كم می شود و اگر جسم نارسانا باشد، بارالكتریكی به جسم منتقل نشده و فاصله ی ورقه ها از هم تغییری نمی كند.

ایجاد باردر الكتروسكوپ:

1- ایجاد بار توسط تماس:

وقتی میله ای باردار را به كلاهك الكتروسكوپ تماس می دهیم، قسمتی از بارهای الكتریكی به كلاهك دستگاه منتقل می شود.

در این صورت الكتروسكوپ دارای بارالكتریكی می گردد و بارهای الكتریكی در آن پخش می شود و ورقه های طلا دارای بارهای الكتریكی هم نام شده و یكدیگر را دفع می كنند و از هم دور می شوند.

2- ایجاد بار توسط القاء:

اجسام رسانا در اثر مالش باردار می شوند اما بار آن ها به راحتی می تواند به دست ما انتقال یابد و در آن ها باقی نمی ماند.

معمولا در اجسام رسانا از روش القا استفاده می شود. در این روش یك جسم رسانا را بدون تماس با آن باردار می كنیم.

باردار كردن دو كره رسانا از طریق القاء:

مراحل باردار كردن یك كره رسانا از طریق القا:

الف) با نزدیك میله پلاستیكی باردار الكترونهای آزاد كره به سمت راست حركت كرده و در سمت چپ كره بار مثبت به وجود می آید.

ب) با تماس كره به زمین، الكترونهای آزاد از كره به زمین جاری می شوند و بارهای مثبت به دلیل جاذبه بارهای منفی میله پلاستیكی جابه جا نمی شوند.

پ) تماس كره با زمین قطع می شود(در مجاورت میله باردار)

ت) با دور كردن میله پلاستیكی از كره بارهای مثبت در سطح كره پخش می شوند.

مراحل باردار كردن الكتروسكوپ به روش القاء:

آذرخش (صاعقه)، برقگیر:

ابرها به علت مالش به هوا یا كوه های بلند و یا القای الكتریكی، دارای بارمثبت و یا منفی می شوند. در بیش تر موارد، قسمت رو به پایین ابر (نزدیك زمین) دارای بارمنفی و قسمت بالای آن دارای بار مثبت   می شود، اگر دو ابر چنان به هم نزدیك شوند كه قسمت هایی از آن ها كه دارای بارهای ناهمنام است، مجاور هم قرار گیرند، امكان دارد تخلیه الكتریكی بین دو ابر صورت گیرد، كه معمولا با جرقه های بزرگ تولید گرما و صدا همراه است.
این عمل را تخلیه الكتریكی می نامند.

به تخلیه ی الكتریكی بین ابروزمین �آذرخش یا صاعقه� گفته می شود.

برق گیر یا رسانای آذرخش

آذرخش پدیده ی بسیار خطرناكی است. زیرا در اثر شارش ناگهانی و بسیار عظیم بارالكتریكی انرژی زیادی را آزاد می كند. این پدیده می تواند به ساختمان ها و ... خسارت های جدی وارد سازد.

برای حفاظت ساختمان ها در برابر آذرخش، از وسیله ای به نام برق گیر استفاده می كنند.

برق گیر كابل ضخیمی با نوك تیز است. قسمت نوك تیز برق گیر را در بالاترین نقطه ی ساختمان نصب  می كنند و انتهای كابل آن را در اعماق مربوط به زمین قرار می دهند، تیزی نوك كابل سبب می شود كه در صورت به وجود آمدن آذرخش، خسارتی به ساختمان وارد نشود.

رسوب دهنده ی الكتریكی

دودهای سیاه غلیظ و گرد و غباری كه از دودكش كارخانه ها بالا می روند را می توان توسط رسوب    دهنده ی الكتریكی از هوا جدا كرد و مانع ورود آن ها به هوا شد.

رسوب دهنده ی الكتریكی از توری فلزی نازكی با بارالكتریكی مثبت و دو تیغه فلزی كه به زمین متصل هستند تشكیل شده است. ذرات دود و گرد و غبار به هنگام عبور از میان توری فلزی  دارای بار مثبت     می شوند. ذره های دودباردار شده، از توری رانده می شوند وروی تیغه ها رسوب می كنند.به این ترتیب از هوا جدا می گردند، تیغه ها را گاه گاه بازدن ضربه می تكانند تا دوباره آماده ی كار شوند.