بار الکتریکی

بار الکتریکی خاصیت فیزیکی ماده است که باعث می شود وقتی در میدان الکترومغناطیسی قرار می گیرد نیرویی را تجربه کند. بار الکتریکی، دو نوع است: بار مثبت و بار منفی. بین دو ماده یا جسم با بارهای هم‌نام نیروی رانش(دافعه) ایجاد می‌شود و برعکس اگر غیر همنام باشند بین آن‌ها ربایش(جاذبه) ایجاد می‌شود. در کنش میان اجسام باردار، دانش الکترومغناطیس کلاسیک کافی است و از اثرهای کوانتومی صرف نظر می‌شود.

ازمایش‌هادر قرن بیستم، توضیحی کوانتومی از بار الکتریکی ارائه کرده‌اند (این عمل را کوانتومی‌کردن می‌نامند)، به عبارت دیگر دانشمندان دریافته‌اند که بار الکتریکی خود از واحد کوچک‌تری با نام بار بنیادی تشکیل شده‌است.

بار الکتریکی یک ویژگی حفظ شده است. بار خالص یک سیستم جدا شده، مقدار بار مثبت منهای مقدار بار منفی، نمی تواند تغییر کند. بار الکتریکی توسط ذرات زیر اتمی حمل می شود. در ماده معمولی بار منفی توسط الکترون ها حمل می شود و بار مثبت توسط پروتون های هسته اتم ها حمل می شود. اگر تعداد الکترون‌ها از پروتون در قطعه‌ای از ماده بیشتر باشد، بار منفی، اگر کمتر باشد، بار مثبت و اگر اعداد مساوی باشد، خنثی خواهد بود. شارژ کوانتیزه می شود.

واحد بار الکتریکی مشتق شده از SI کولن (C) است که به افتخار فیزیکدان فرانسوی شارل آگوستین دو کولن نامگذاری شده است. در مهندسی برق نیز استفاده از آمپر ساعت (Ah) رایج است. در فیزیک و شیمی استفاده از بار اولیه (e) به عنوان یک واحد رایج است. شیمی همچنین از ثابت فارادی به عنوان بار روی یک مول الکترون استفاده می کند. علامت کوچک q اغلب نشان دهنده بار است.

به سه شیوه ی القای بار الکتریکی، رسانش و اصطکاک یا مالشی می توان تعادل بارهای مثبت و منفی در اجسام را به هم زد و آن ها را به اصطلاح باردار کرد

روش‌های انتقال بار:

مالش:معمولاً برای اجسام نارسانا انجام می‌شود وقتی ما دو جسم را به هم مالش می‌دهیم دارای بار الکتریکی می‌شود؛ یکی دارای الکترون می‌شود (منفی) و دیگری الکترون از دست می‌دهد (مثبت).

تماس:معمولا برای اجسام رسانا انجام می‌شود؛ وقتی دو جسم رسانا را به هم تماس می‌دهیم بارها را به یکدیگر به نسبت حجم شان انتقال می‌دهند.اگر جسم رسانا باشد الکترون ها خیلی سریع و در تمام ان توزیع میشود اگر جسم نارسانا باشد الکترون ها خیلی کند توزیع می شوند و در نقطه ی تماس می مانند

اجسام رسانا اجسامی هستند که دارای الکترون‌های آزاداند.اجسام نارسانا اجسامی که فاقد الکترون‌های آزاداند.

القا:این روش هم برای اجسام رسانا انجام می‌شود. ما این کار با یک یا دو کره عایق می‌توانیم بار را القا کنیم؛ برای مثال یک میله با بار منفی برداشته و به کره نزدیک می‌کنیم بر اساس قانون الکترواستاتیک (الکتریسیته ساکن) منفی‌ها دور می‌شوند و کره عایق‌مان را با استفاده از یک سیم رسانا به زمین اتصال می‌دهیم؛ بارهای منفی از کره خارج و بعد سیم را قطع و بعد میله را از آن دور می‌کنیم.

ویژگی بار الکتریکی

مواد با بار مشابه همدیگر را دفع می کنند درحالیکه مواد با بارهای مخالف همدیگر را جذب می کند. واحد مورد استفاده برای بار الکتریکی کولن است . در حالی که ماهیت دقیق بارالکتریکی یا شارژ هنوز در سطح اساسی ناشناخته است .

الکتریسیتهٔ ساکن و جاری دو پدیدهٔ جداگانه و در اثر بار الکتریکی‌اند، که می‌توانند هم‌زمان در یک جسم رخ دهند. الکتریسیتهٔ ساکن منبعی برای بار الکتریکی جسم است و اگر دو جسم که در تعادل الکتریکی نیستند را به هم بچسبانیم تخلیهٔ الکتریکی بین آن‌ها اتفاق می‌افتد. تخلیهٔ الکتریکی در بار الکتریکی هر دو جسم تغییر ایجاد می‌کند. در مقابل الکتریسیتهٔ جاری، جریان یافتن بارهای الکتریکی در یک جسم است که موجب از دست دادن یا گرفتن هیچ‌گونه باری در آن جسم نمی‌شود. البته در تخلیهٔ الکتریکی هم بارها از یکی به سمت دیگری جاری می‌شود اما این جریان خیلی کوتاه است که بخواهیم آن را جریان الکتریکی بخوانیم.

ترکیب بار چیست؟

یک ساختمان مسکونی را فرض کنید که سازه این ساختمان طبیعتاً باید توانایی تحمل نیروی وزن المان‌های آن مانند تیر، ستون، دیوار، سقف، تجهیزات و…، به طور کلی بارهای مرده را داشته باشد. علاوه بر این موارد، بایستی توانایی تحمل بارهای زنده شامل افراد ساکن در آن و غیره را نیز داشته باشد. این احتمال با درصد وقوع بسیار بالایی به خصوص در کشور ما وجود دارد که در طول عمر مفید این ساختمان زلزله‌ای هم رخ دهد، لذا این ساختمان علاوه بارهای مرده و زنده‌ای که قبلاً اشاره شد بایستی بتواند در برابر بار ایجاد شده توسط نیروی زلزله نیز مقاومت کرده و حداقل، فرونریزد. در لحظه وقوع زلزله این سه بار (یعنی بار مرده + زنده + زلزله) به صورت همزمان به سازه اعمال می‌شوند لذا فلسفه وجودی ترکیب بار در طراحی، اعمال همزمان بارها به سازه و طراحی ساختمان بر اساس ایجاد یک حالت بحرانی (ترکیب بار بحرانی) در سازه می‌باشد.

علاوه براین که اعمال بارها به صورت همزمان با واقعیت موجود سازگاری بیشتری دارد حالت بحرانی در طراحی هم طبیعتاً زمانی ایجاد می‌شود که بارها به صورت همزمان به سازه اعمال شوند و نه به صورت جداگانه و تک‌به‌تک.