Трибоелектричен ефект и заряд

Предполагам, че ти се е случвало да натъркаш косата си с балон и когато дръпнеш балона, косата ти да настръхне. Ако не знаеш за това, може да обмислиш да опиташ да водиш по-пълноценен и забавен живот, но предполагам, че повечето от вас са правили това. И усещаш, че има нещо общо с балона или косата ти, някак си обменят заряд или едното ще е по-положително или по-отрицателно от другото и сега те някак се привличат. И ако мислиш за тези неща, по принцип мислиш правилно. Това, което изпитваш, след като натъркаш балона на косата си и после косата ти е привлечена към балона, това се нарича трибоелектричен ефект – нека запиша това, трибоелектричен ефект. И хората са наблюдавали това от много отдавна и то не задължително с балони на партита за рожден ден, а с други неща – натърквали са плат коприна върху стъкло и са виждали, че има някакъв вид привличане. Или може да видят, че ако правят това достатъчно дълго, единият обект може да се освободи от заряда си, когато докосне друг обект. Хората са наблюдавали неща като светкавици, при които изглежда има някакъв вид натрупване и някакъв вид потенциал, и после това се освобождава от заряда си и имаш тази светкавица, а после се получава гръмотевицата. Това е нещо, което хората са наблюдавали от доста време и учените, или хората с научно предразположен мозък, са се опитвали да го разберат от много дълго време и са се опитвали да впишат това, което се случва, в някаква рамка. За наше щастие сега имаме рамка, която обяснява това доста добре. И тази рамка за това, което става с този трибоелектричен ефект, е построена около заряда. Това е рамка, която имаме около заряда. И този начин да гледаме на света ни казва, че има някои неща, които имат свойство, наречено заряд. Някои неща имат положителен заряд – и това е произволно име, просто случайно го наричаме положителен. И някои неща имат това, което можем да кажем, че е противоположен заряд или отрицателен заряд. Можехме да наречем тези цикламен заряд и зелен заряд или хипопотамов заряд и щраусов заряд. И можеше да кажа, че хипопотамите винаги са привлечени към щраусите, но винаги отблъскват други хипопотами и обратното. Подобните заряди се отблъскват или подобните хипо.. Схващаш идеята. Но ще се придържам към думите, които хората са свикнали да използват. И ако кажем, че нещо има заряд, да кажем, положителен заряд, а нещо друго има отрицателен заряд, тогава в рамката, която поставяме, тези две неща ще се привличат. Противоположните заряди ще се привличат, докато подобните заряди ще се отблъскват. Ако имаш положителен заряд и имаш положителен заряд, тези неща ще ускорят надалеч едно от друго. Това е вярно не само за два положителни заряда, но и за два отрицателни заряда – тези две неща ще се отблъснат, понеже са подобни заряди. Много е интересно да мислим за това, понеже сме толкова свикнали да мислим по отношение на "заряд", особено когато става въпрос за електричеството – там имаш положителен и отрицателен терминал. Мислиш за зареждане на телефона си и такива неща. Че чак изглежда, че зарядът е просто нещо, което е фундаментално за Вселената. И това е вярно, но ще трябва да оцениш, че това са произволни думи и просто се използват за описване на свойство, което сме наблюдавали в света. И ако слезеш до атомно ниво, можем да слезем до фундаментално ниво, където се получава зарядът. Но отново, това са просто модели, чрез които мозъкът ни да опише – това са рамки и модели, чрез които мозъкът ни да успее да предвиди и опише това, което наблюдаваме в света. Но ако използваме този модел, можем да си представим, че на атомен мащаб ядрата на атомите са съставени от протони и неутрони. Ако имаш някакви протони и имаш някакви неутрони – ще направя по две от всеки – въз основа на тази рамка протоните имат положителен заряд. Протоните имат положителен заряд. Отново, тази общоприета практика да ги наричаме положителни и да поставяме "+" на тях – протоните нямат този "+" знак върху себе си... Можехме да кажем, че имат червен заряд, или дори не е било нужно да използваме думата "заряд", това е просто общоприетата практика, която сме решили да използваме. И казваме, че протоните имат положителен заряд, а често около ядрото имаш електрони, които трептят. Електроните имат много по-малка маса. Масата е друго интересно нещо. Свързваме масата като – това е просто нещо, което разбираме в ежедневието си, но дори масата е просто свойство на обектите, тя е свойство на материята и смятаме, че я разбираме, понеже разбираме идеи за неща като тегло и обем, но дори масата може да стане доста екзотична. Но цялата идея на това видео не е да говорим за масата, а да говорим за заряда. Но всички тези неща, за които говорим във физиката, са просто свойства, които ще ни помогнат да работим с тези идеи, тези поведения в различни рамки. Но нека се върнем обратно към този малък атом, който правех. Да кажем, че този атом има два електрона – и очевидно не е начертан в мащаб – и всеки от тези електрони има отрицателен заряд, и те си подскачат наоколо, трептят около ядрото на този атом. И причината този модел, дори слизането на атомен мащаб и мисленето с протони и електрони да е интересно, е, че това ни позволява да започнем да обясняваме какво се случва при трибоелектричния ефект. При трибоелектричния ефект, когато натъркаш балона към косата си, поради свойствата на балона, материала на балона, и материята на косата ти, когато влязат в контакт и се натъркат едно в друго, балонът взима електрони от косата ти. Балонът взима електрони от косата ти и става по-отрицателно зареден, а косата ти става по-положително заредена, или е изгубила тези електрони. И затова когато сега поставиш балона близко до косата си, спомни си, че подобните заряди се отблъскват Така че електроните в косата ти опитват да се отдалечат от тези други електрони, отрицателният заряд опитва да се отдалечи от отрицателния заряд. И, предполагам, можеш да кажеш, че връхчетата на косата ти ще станат по-положителни. И те ще бъдат привлечени от балона. Можем да помислим какво става по отношение на трансфера на електрони – точно това става. И когато размишляваш така, си казваш: "Добре, учени сме, това е хубав модел, можем да започнем да мислим какво се случва тук." Този модел обяснява доста поведения, които сме наблюдавали във Вселената, включително неща като светкавицата и статичния шок, който може да усетиш, когато докоснеш дръжка, след като потъркаш обувките си в килима. Но обичаме да определяме количествено нещата, така че да можем да видим колко много се отблъскват или колко много се привличат. Фундаменталната мерна единица за заряд, или една от фундаменталните мерни единици за заряд, или предполагам можеш да кажеш, елементарната мерна единица за заряд, е определена по отношение на заряда на един протон или един електрон. Елементарната единица за заряд е обозначена с буквата 'е' и това е зарядът на един протон, това е 'е' за елементарен, зарядът на един протон. И зарядът на един електрон, въпреки че електронът има много, много, много, много по-малка маса, отколкото един протон – повечето от масата на един атом е от протоните и неутроните – един електрон има много, много по-малка маса, отколкото протоните и неутроните, но има същия заряд като един протон, само че противоположен. Понякога практиката е да пишем -е или може би дори -1е, зависи от това дали искаш да гледаш на това като на реалния заряд, или предпочиташ да гледаш на него като на мерна единица, но тук ще го приема за реалния заряд. Можеш да приемеш -е за заряда на един електрон. И казваме, че нещо, което няма заряд, например един неутрон, е неутрално и затова са наречени неутрони – понеже са неутрални, нямат заряд. Това тук е един неутрон. Когато започнем да стигаме до по-голям мащаб и вече не сме на субатомен мащаб, когато говорим за електрони и протони, мерната единица за заряд, която обикновено използваме, е кулон. Кулон, и е наречена в чест на Чарлз Августин де Кулон, така че ако говорим за човека – той е френски физик от 18-ти век – ще използваме главно К, но ако говорим за мерните единици, ще използваме малко к, кулон. И един кулон – нека запиша това тук, използваме съкращението главно С – е равен на, приблизително – тук ще закръглим – това е приблизително равно на 6,24 по (10^18)е, или можеш да кажеш, ако става въпрос за големината, че е равен на заряда на 6,24 по 10^18 протона. Или, ако говорим за електрони, това ще е обратното – ще е 6,24 по 10^18 електрона. Ако искаш да направиш обратното – каква е големината на заряда на един протон в кулони, просто ще вземеш обратнопропорционалното на това. Можеш да кажеш, че 'е' е приблизително равно на обратнопропорционалното на това, което е 1,60 – предполагам, можеш да кажеш, реципрочното на това – 1,60 по 10^(-19) кулона. Надявам се, че от това разбираш поне на основно ниво какво е зарядът. И в определен смисъл това е все едно това е ежедневно нещо, свикнали сме да работим с електричество и ще говорим още повече за това в детайли. Но на някои нива това е едно от най-мистериозните неща във Вселената – как тези две частици знаят да се привлекат взаимно? Изглежда, че когато са на определено разстояние... Как незабавно прилагат сила едно върху друго? Как тези частици знаят веднага, че трябва да се отблъснат? Не е като да имат жица, която ги свързва, че някак си да си говорят. Или, след като стигнеш до квантова механика, може да се използва аргумента, че те някак си комуникират. Но в логическия смисъл на ежедневието ни, това е все едно – ами, при определено разстояние, как тези неща знаят, че трябва да се отблъснат или привлекат и какво всъщност е този заряд? Означили сме го с всички тези имена, за да ни помогнат да мислим за него, да имаме някаква рамка и да прогнозираме какво ще се случи. Но знаем ли какво е зарядът? На определено ниво е ясен и обикновен и има връзка с балони и коса, но на друго ниво е това задълбочено нещо за Вселената – тъмно свойство на материята, което можем да манипулираме и да прогнозираме, но все още е много фундаментално и донякъде мистериозно нещо.