Electricitatea statica


Inceputul: strania atractie


Acum 40-60 de milioane de ani o specie de pini, azi disparuta, forma paduri ce acopereau Pamintul. Rasina produsa de acesti pini s-a acumulat si a fost acoperita de straturile de sedimente. Din ea, la temperaturi si presiuni mari, s-a format chihlimbarul. Descoperit si considerat o "piatra" pretioasa, chihlimbarul a fost folosit, din cele mai vechi timpuri, la fabricarea bijuteriilor.

   

Se stie cu siguranta ca in Grecia antica, cu cel putin 400 de ani inainte de Cristos, oamenii observasera ca, dupa ce era frecat cu o blana de animal, chihlimbarul capata o proprietate extraordinara: atragea corpuri mici si usoare ca fire de par, frunze uscate etc.. Pentru ca sa ridici un corp, se stia ca trebuie atins si impins (sau tras) in sus de catre alt corp. Chihlimbarul actiona, insa, la distanta, fara sa atinga corpurile pe care le atragea.

Efectul chihlimbar nu era, insa, singura actiune la distanta descoperita atunci: in aceeasi perioada se cunostea si proprietatea unor minereuri de a atrage copurile din fier. Acest efect va fi numit magnetic, dupa numele "Magnesia" al unei provincii grecesti unde se gasea acest minereu.

Dupa circa 2000 de ani de la descoperirea acestui efect, pe la 1600, savantul englez Wiliam Gilbert a facut primele experimente sistematice. El a descoperit ca multe alte substante au aceeasi proprietate. De asemenea, el a constatat ca aceasta atractie este altceva decit fortele produse de magneti. Pentru ca chihlimbarul se numea in greaca veche "electron", Gilbert a denumit electrice toate materialele care dobindeau prin frecare proprietatea de a atrage corpuri usoare. Asa a inceput istoria electricitatii si magnetismului. Iluminatul electric, telegraful, telefonul, radioul, magnetofonul, televiziunea, calculatorul electronic si multe altele sunt toate produse de aceasta ramura a fizicii care a schimbat adinc modul in care traim.

 
 

In filmul de mai jos puteti vedea o reconstituire moderna a experimentelor lui Gilbert.


Cu materialele fabricate azi este mult mai usor sa facem experimente de acest fel. Frecati insistent un pai de plastic pentru bauturi cu o bucata de tesatura de lina. In lipsa acesteia, puteti incerca si cu alte obiecte, cum sunt servetelele de hirtie. Apropiati apoi incet paiul de bucatele mici de hirtie asezate pe masa. Fara sa fie atinse, bucatelele de hirtie sunt atrase de pai si ridicate de pe masa impotriva fortei de atractie a Pamintului. Cind ajung suficient de aproape de pai, ele se ataseaza de acesta si ramin acolo. Daca incercam acelasi experiment cu un alt pai, martor, care a fost lasat neperturbat mult timp, efectul de atractie nu se intimpla. Este clar ca s-a intimplat ceva cu paiul de plastic; dupa frecare el nu mai este la fel ca paiul martor. Spunem ca, prin frecare, paiul a acumulat sarcina electrica, s-a incarcat electric, sau ca a fost electrizat. Celelalte corpuri care nu sunt incarcate electric sunt numite neutre. Paiul martor, ca si corpurile mici pe care le atrage paiul electrizat, sunt neutre. In urma experimentelor putem formula, acum, urmatoarea concluzie

Corpurile neutre nu se atrag intre ele. Corpurile electrizate atrag corpurile neutre.

Faptul ca am stabilit niste nume, pentru a putea vorbi mai usor despre efectul respectiv, nu explica ce se intimpla. Ramine sa intelegem, in lectiile urmatoare, cum se transforma un corp neutru intr-unul electrizat si de ce intre corpurile electrizate si cele neutre apar forte de atractie.

Dupa electrizare, efectele produse de sarcina electrica devin din ce in ce mai slabe. Daca asteptati suficient de mult, intodeauna corpul care a fost electrizat redevine neutru. Starea de electrizare nu este permanenta ci una tranzitorie, care dispare fara sa intervenim.

Nu numai corpurile solide sunt atrase de catre corpurile electrizate. In filmul ce urmeaza veti vedea ce se intimpla cu un jet subtire de apa atunci cind se apropie un corp electrizat.



Datorita atractiei gravitationale exercitata de catre Pamint, Luna orbiteaza in jurul acestuia. In filmul de mai jos, picaturi neutre de apa se invirt, datorita atractiei electrice, in jurul unui ac de plastic electrizat. Experimentul este realizat in imponderabilitate, pe o statie orbitala.



Corpurile incarcate electric atrag corpurile neutre. Este atractia reciproca? Sunt atrase si corpurile electrizate de catre corpurile neutre? Pentru a afla raspunsul, intindeti pe masa o punga de plastic pentru frigider, proaspat desprinsa de pe rulou, si frecati-o cu un servetel de hirtie. Apropiati-o, apoi, de un perete. Punga electrizata va fi puternic atrasa de catre peretele neutru si va ramine lipita de acesta mult timp, in ciuda fortei gravitationale din partea Pamintului. Atractia intre corpurile electrizate si corpurile neutre este reciproca.

  Foloseste simulari cu calculatorul, ca sa intelegi mai bine 
Prin frecarea unui balon de un pulover, ambele obiecte capata sarcina electrica. Descarcati programul urmator si simulati acest experiment.

Cum recunoastem corpurile electrizate? Asa cum am vazut, corpurile incarcate electric atrag corpuri neutre. In schimb, corpurile neutre (cum este paiul martor) nu atrag alte corpuri neutre. Pentru ca atractia sa fie observata, corpurile atrase trebuie sa fie suficient de usoare. Ca sa recunoasca mai usor corpurile incarcate electric, Gilbert inventeaza un instrument pe care il numeste "versorium" (care se roteste - in limba latina). Acesta era o un ac metalic care se putea roti foarte usor, fiind asezat orizontal pe un virf ascutit.

Cind un corp incarcat electric era apropiat de acest "compas electric", compasul se rotea, orientindu-se cu unul dintre capete inspre corpul incarcat. Puteti si voi sa va construiti, cu mijloace simple, un compas electric.

Un compas electric simplu poate fi realizat si din hirtie, ca in filmul ce urmeaza.



Daca incarcarea electrica este foarte puternica, pot fi observate si alte efecte:

In filmul de mai jos puteti admira lumina produsa de corpuri electrizate puternic. Electrizarea nu este produsa prin frecare ci prin alte mijloace. Presiunea gazelor din tuburi e mult mai mica decit cea atmosferica.



  Foloseste simulari cu calculatorul, ca sa intelegi mai bine 

Cind aerul este foarte uscat, se intimpla sa va incarcati electric si sa produceti o scinteie cind va apropiati de o persoana sau un corp metalic. In simularea urmatoare, incercati sa frecati piciorul de covor si apropiati, apoi, mina de clanta usii.


John Travoltage

Pentru a rula simularea, dati un click pe imagine ca sa descarcati fisierul travoltage_en.jnlp. Lansati, apoi, in executie programul.


Scinteile provocate de electricitatea statica pot produce mai mult decit surpriza. Priviti ce se intimpla la o statie de benzina, daca soferul se incarca electric prin frecare de scaunul masinii !



  Verifica ce ai inteles 
  1. Cind desfasurati un rulou cu pungi de plastic pentru frigider si desprindeti una din pungi de pe rulou, punga desprinsa este atrasa de mina voastra. Este corpul vostru electrizat? Este punga electrizata? Cum puteti verifica daca ati raspuns corect?