by Το σχολικό βιβλίο της Φυσικής Γ΄ Γυμνασίου, στη σελίδα 17, γράφει τα παρακάτω:
Επίσης, στο σχολικό βιβλίο, η ηλέκτριση με τριβή αντιμετωπίζεται μόνο στην περίπτωση όπου τα σώματα που τρίβουμε μεταξύ τους είναι αρχικά ηλεκτρικά ουδέτερα. Τέλος, η ερμηνεία του φαινομένου στηρίζεται στα εξωτερικά ηλεκτρόνια και στην ενέργεια που προσφέρεται κατά τη διαδικασία της τριβής σε αυτά.
Πώς θα απαντήσουμε (σε έναν μαθητή Γ΄ Γυμνασίου) στα παρακάτω;
- Τί θα συμβεί εάν τρίψουμε δύο όμοια σώματα (για παράδειγμα δύο γυάλινες ράβδους) μεταξύ τους; Θα συμβεί μεταφορά ηλεκτρονίων από το ένα σώμα στο άλλο;
- Τί θα συμβεί εάν τρίψουμε δύο διαφορετικά σώματα μεταξύ τους (για παράδειγμα μία γυάλινη ράβδο με μεταξωτό ύφασμα) όταν ένα τουλάχιστον από τα δύο σώματα είναι αρχικά φορτισμένο;
Καλησπέρα Μίλτο
Συνεισφέρω μόνο με εμπειρικά δεδομένα για να προχωρήσει η συζήτηση που άνοιξες
Έτριψα επανειλημμένα δυο όμοια αφόρτιστα καλαμάκια το ένα πάνω στο άλλο φορώντας μονωτικά ελαστικά γάντια
Αυτά μετά την τριβική φόρτιση θεωρούμε ότι φορτίζονται αρνητικά
Μετά τη φόρτιση παρατήρησα να έλκονται μεταξύ τους
Δεν μπόρεσα να διακρίνω την αιτία για την οποία το ένα απ’ τα δυο έχασε και το άλλο απέκτησε ηλεκτρόνια
Καλημέρα Μίλτο, καλημέρα Γιώργο.
Εγώ δεν θα κάνω πείραμα, αλλά θα προτείνω να δούμε την ηλέκτριση με όρους «δυναμικής ισορροπίας» μεταξύ δύο τριβομένων επιφανειών.
Ας πάρουμε δύο υλικά Α και Β, όπου με συγκεκριμένο τρόπο τριψίματος, το Α αποκτά φορτίο +0,03μC και το Β -0,03μC. Αυτό σημαίνει ότι με βάση την μοριακή τους δομή ένα περίπου συγκεκριμένο πλήθος ηλεκτρονίων εγκαταλείπει την επιφάνεια Α και προσκολλάται στην Β. Με λίγο περισσότερο τρίψιμο θα αυξηθεί αυτό το πλήθος ηλεκτρονίων; Πρακτικά θα έλεγα ότι έχει αποκατασταθεί μια κατάσταση δυναμικής ισορροπίας, η οποία δεν θα διαταραχθεί ουσιαστικά.
Και να τρίψουμε τώρα δύο όμοιες επιφάνειες Α και Α με τον ίδιο τρόπο; Δεν βλέπω τον λόγο η μια να αποκτήσει θετικό και η άλλη αρνητικό φορτίο, παρά μόνο εντελώς με βάση την τυχαιότητα. Οι μοριακές δομές είναι ίδιες και δεν βλέπω καμιά τάση για αποβολή ή πρόσληψη ηλεκτρονίων. Συνεπώς πρακτικά θα παραμείνουν αφόρτιστες.
Και αν τώρα ξεκινήσουμε το τρίψιμο με αρχικές συνθήκες η επιφάνεια Α να έχει φορτίο +0,01μC ενώ η Β είναι αφόρτιστη, τι θα γίνει; Προφανώς και πάλι κάποια ηλεκτρόνια θα εγκαταλείψουν την επιφάνεια Α και θα περάσουν στην Β μέχρι να αποκατασταθεί μια δυναμική ισορροπία, όπου τι θα «μετρήσουμε»;
Η επιφάνεια Α θα έχει φορτίο όχι πια +0,03μC, αλλά περισσότερο, έστω +0,034μC, ενώ η επιφάνεια Β θα έχει φορτίο -0,024μC, έχοντας ξανά αποκατασταθεί μια δυναμική ισορροπία, όπου το παραπέρα τρίψιμο δεν θα επιφέρει κάποιο πρακτικό αποτέλεσμα.
Καλημέρα Μίλτο. Τι θα πει απολύτως όμοια; Ποιο μέρος της επιφάνειας του ενός θα έρθει σε επαφή με ποιο μέρος του άλλου; Μια προεξοχή με μια εσοχή; Είναι τυχαίο; Άρα θα υπάρξει μια μικρή ποσοτικά μεταφορά ηλεκτρονίων. Το αν ανιχνεύεται είναι διαφορετικό θέμα.
Και η Τριβοηλεκτρική σειρά ολοκληρωμένη
Καλημέρα Γιώργο, Διονύση και Ανδρέα. Ευχαριστώ πολύ για τη συμμετοχή!
Η ανάρτηση προέκυψε μετά από ερώτηση που μου έθεσε μαθητής. Η απάντηση που του έδωσα έχει αρκετές ομοιότητες με την τοποθέτηση του Διονύση, κατά την οποία έγινε αναφορά και στην “τυχαιότητα” που εάν κατάλαβα σωστά αναφέρεις κι εσύ Ανδρέα.
Σε κάθε περίπτωση όμως, ο τελικός κριτής είναι το πείραμα.
Το σχήμα δεν δείχνει όμοια σώματα, ο μαθητής θα σκεφτεί ότι πιάνει μια γάτα και την τρίβει με ένα μεταξωτό φόρεμα ή της το φοράει 🙂 (λόγω της παγκόσμιας τάσης το φόρεμα γίνεται unisex άρα είναι το κατάλληλο ρούχο).
Θα ήταν καλύτερο να υπάρχουν επιφάνειες στο σχήμα και πάνω από κάθε επιφάνεια το σχήμα με το κουνέλι ή την γάτα.
Νομίζω ότι στο επίπεδο που βρισκόμαστε (Γ Γυμνασίου) τα σώματα πρέπει να επιλεγούν όμοια (τα καλαμάκια στο πολύ ωραίο παράδειγμα του Γιώργου πρέπει να έχουν το ίδιο χρώμα και να βγουν από την ίδια πλαστική συσκευασία στην αρχή του πειράματος) για να μην εστιάσουν οι μαθητές στα καλαμάκια, αλλά στο τι συνέβη σε αυτά.
Τα ερωτήματα είναι ωραία, όσο αφορά το τι θέλει το υπουργείο να γνωρίζει ο μαθητής, είναι “στενά” τα όρια..
Στο έγγραφο “Προγραμμάτων σπουδών Φυσικής και Χημείας” αναφέρει: “Να αναφέρουν παραδείγµατα ηλέκτρισης µε όλους τους δυνατούς τρόπους και να τους ερµηνεύουν. Να ερµηνεύουν την ηλέκτριση – φόρτιση σαν αποτέλεσµα διαχωρισµού, και όχι παραγωγής, ηλεκτρικών φορτίων.”
Το σχολικό βιβλίο στην σελίδα 17: “Όσο πιο μακριά από τον πυρήνα βρίσκεται
ένα ηλεκτρόνιο, τόσο μικρότερη είναι η δύναμη που του ασκεί ο πυρήνας και επομένως τόσο λιγότερη ενέργεια απαιτείται για να αποσπαστεί από το άτομο. Τα πιο απομακρυσμένα από τον πυρήνα ηλεκτρόνια θα τα λέμε εξωτερικά ηλεκτρόνια. Είναι αυτά που μπορούν να αποσπαστούν σχετικά εύκολα από το άτομο.”
Το σχολικό βιβλίο στην επόμενη σελίδα την 18: “Κατά την ηλέκτριση με τριβή, λόγω της ισχύος της αρχής διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου, προκύπτει ότι τα δύο σώματα που τρίβονται αποκτούν ίσα και αντίθετα φορτία.”
Χαιρετισμούς σ’ όλους τους συμμετέχοντες
και στους αναγνώστες της ανάρτησης
ένα εμπειρικό δεδομένο που ενισχύει τα όσα γράφηκαν
Δοκιμάζοντας τα ελέγξω τους παράγοντες που επηρεάζουν την πολικότητα των δυο ακροδεκτών της ηλεκτροστατικής γεννήτριας
Wimshurst,
διαπίστωσα ότι αλλάζει η πολικότητα όταν τροποποιείται ελαφρά ο προσανατολισμός των φαινομενικά όμοιων ψυκτρών που οδηγούν τα φορτία στους ακροδέκτες
Μίλτο καλημέρα
Νομίζω οι απαντήσεις που δόθηκαν καλύπτει το ερώτημα του μαθητή.
Μίλτο την ερώτηση αυτή την δέχθηκα την προηγούμενη βδομάδα και εγω.
Aν θεωρήσουμε απολύτως όμοιες σφαίρες τότε δεν υπάρχει κάποιος λόγος να φορτιστεί η μία αντίθετα από την άλλη εξαιτίας της διμερής συμμετρίας. Θα μεταπηδούν ηλεκτρονια από τη μία στην άλλη με ίδιο ρυθμό ώστε η καθεμία να είναι ηλεκτρικά ουδέτερη. Ενδεχομένως με απότομο τρίψιμο και απομακρυνοντας την μία από την άλλη να προκύψει μία κατασταση όπως αναφέρει ο Γιώργος και θα το διακαιολογούσα εξαιτίας της καταστροφής της συμμετρίας. Θεωρώ ωστόσο ότι αν μείνουν για αρκετή ώρα σε επαφή θα επιστρέψουν στην ηλεκτρική ουδετερότητα.
Στην πραγματικότητα οι σφαιρες δεν ειναι απόλυτα συμμετρικές με αποτέλεσμα η ισορροπία να αποκατασταθεί άκόμη και αν οι σφαίρες δεν μείνουν ηλεκτρικά ουδέτερες. Επιπλέον σε όλα αυτά σημαντικό ρόλο παίζει και η θερμοκρασία.
Επιπλέον ένα υποθετικό ερώτημα. Αν έχουμε δύο απόλυτα όμοιες σφαίρες όπου η μία είναι ουδέτερη και η άλλη έχει πλεόνασμα 5 ηλεκτρονίων, πως θα είναι τα φορτία τους αν έρθουν σε επαφή και μετά απομακρυνθούν;
Το ερώτημα δεν έχει νόημα καθώς δεν μιλάμε για χωρισμό 5 ηλεκτρονίων αλλά για πολύ μεγαλύτερο αριθμό. Αν μιλάμε για αριθμούς σωματιδίων της τάξης 10^15 τότε μια διασπορά της τάξης 10^10 είναι πολύ μικρή. Παρόλα αυτά αν επιμένουμε τότε θα πάρει η κάθε σφαίρα από δύο ηλεκτρόνια και αυτό που περισσεύει θα μεταπηδά από τη μία σφαίρα στην άλλη δεδομένου ότι θα υπάρχει πάντα διαφορά δυναμικού.
Γεια σου Χρήστο.
Μου άρεσε το υποθετικό σου ερώτημα!