Το ηλεκτρικό φορτίο ⚡
Σκέψου μια στιγμή που έβγαλες μια μπλούζα από συνθετικό ύφασμα και άκουσες ένα μικρό «τσιτ» ή είδες τα μαλλιά σου να σηκώνονται. Ή τη στιγμή που άγγιξες ένα μεταλλικό χερούλι πόρτας και ένιωσες ένα μικρό «τίναγμα». Ακόμα και ο κεραυνός, το πιο εντυπωσιακό φυσικό φαινόμενο μιας καταιγίδας, έχει την ίδια εξήγηση. Όλα αυτά τα φαινόμενα ανήκουν σε έναν κλάδο της Φυσικής που λέγεται στατικός ηλεκτρισμός, και η θεμελιώδης έννοια πάνω στην οποία στηρίζονται όλα είναι το ηλεκτρικό φορτίο.
Ένα πείραμα που αλλάζει τα δεδομένα 💧
Φαντάσου μια πλαστική ράβδο (σαν ένα στυλό ή ένα χάρακα) και μια πολύ λεπτή, κατακόρυφη ροή νερού από μια βρύση —σαν μια λεπτή κλωστή νερού που πέφτει σταθερά.
Αν πλησιάσουμε την πλαστική ράβδο στη φλέβα του νερού χωρίς να έχουμε κάνει τίποτα άλλο, δεν συμβαίνει απολύτως τίποτα. Το νερό συνεχίζει να πέφτει ίσιο, σαν να μην υπάρχει καν η ράβδος εκεί.
Ας δοκιμάσουμε όμως κάτι διαφορετικό: τρίβουμε πρώτα τη ράβδο πάνω σε ένα μάλλινο ύφασμα (όπως όταν τρίβεις τα χέρια σου σε ένα πουλόβερ) και μετά την ξαναπλησιάζουμε στη φλέβα του νερού. Αυτή τη φορά κάτι αλλάζει: η φλέβα εκτρέπεται, δηλαδή αλλάζει κατεύθυνση, και «λυγίζει» προς τη ράβδο σαν να την τραβάει κάποια αόρατη δύναμη.
Η τριβή δεν έκανε τη ράβδο απλώς πιο «γυαλιστερή» ή πιο ζεστή. Της έδωσε μια εντελώς καινούρια ιδιότητα: την ικανότητα να ασκεί δύναμη από απόσταση, χωρίς καν να αγγίξει το νερό. Αυτή ακριβώς η ιδιότητα ονομάζεται ηλεκτρικό φορτίο.
Τι είναι το ηλεκτρικό φορτίο 📘
Μπορούμε τώρα να δώσουμε έναν ακριβή ορισμό:
Ηλεκτρικό φορτίο ονομάζεται η χαρακτηριστική ιδιότητα της ύλης εξαιτίας της οποίας τα σώματα μπορούν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με δυνάμεις από απόσταση, τις λεγόμενες ηλεκτρικές δυνάμεις.
Δηλαδή, το ηλεκτρικό φορτίο δεν είναι κάτι που βλέπουμε με τα μάτια μας, όπως το χρώμα ή το σχήμα ενός αντικειμένου. Είναι μια ιδιότητα που αποκτά η ύλη —συνήθως με τριβή— και που κάνει τα σώματα ικανά να τραβούν ή να σπρώχνουν άλλα σώματα χωρίς να τα αγγίζουν καν.
Και η βαρύτητα είναι μια δύναμη από απόσταση —γι' αυτό πέφτουν τα πράγματα προς τη Γη χωρίς να τα σπρώχνει κανείς. Η βαρύτητα όμως υπάρχει σε κάθε σώμα με μάζα, όλη την ώρα. Το ηλεκτρικό φορτίο είναι διαφορετικό: ένα σώμα το αποκτά μόνο σε συγκεκριμένες συνθήκες, όπως όταν το τρίβουμε, και όχι όλα τα σώματα το εμφανίζουν με τον ίδιο τρόπο.
Ηλεκτρικές δυνάμεις: έλξη και άπωση 🧲
Οι ηλεκτρικές δυνάμεις είναι δυνάμεις από απόσταση —δεν χρειάζεται τα σώματα να ακουμπήσουν το ένα το άλλο για να αλληλεπιδράσουν. Ανάλογα με το πώς επηρεάζουν τα σώματα, μπορεί να είναι:
- ελκτικές — όταν τα σώματα έλκονται, δηλαδή τραβιούνται το ένα προς το άλλο,
- απωστικές — όταν τα σώματα απωθούνται, δηλαδή σπρώχνονται μακριά το ένα από το άλλο.
Ας δούμε ένα παράδειγμα που μπορείς να δοκιμάσεις κι εσύ. Πάρε δύο πλαστικά καλαμάκια. Όσο δεν έχουν τριφτεί σε τίποτα, αν τα πλησιάσεις το ένα στο άλλο, δεν συμβαίνει τίποτα —δεν αλληλεπιδρούν καθόλου. Αν όμως τρίψεις και τα δύο καλαμάκια πάνω σε ένα μάλλινο ύφασμα και μετά τα πλησιάσεις, θα παρατηρήσεις ότι απωθούν το ένα το άλλο: όσο τα φέρνεις κοντά, τόσο σαν να «ξεφεύγουν».
Αυτό το απλό πείραμα αποδεικνύει κάτι σημαντικό: τα καλαμάκια απέκτησαν ηλεκτρικό φορτίο λόγω της τριβής, και εξαιτίας αυτού του φορτίου εμφανίστηκε ανάμεσά τους μια ηλεκτρική δύναμη —σε αυτή την περίπτωση απωστική.
Μην βιαστείς να σκεφτείς ότι δύο φορτισμένα σώματα πάντα απωθούνται. Όπως θα δεις σε επόμενο μάθημα, το αν δύο σώματα έλκονται ή απωθούνται εξαρτάται από το είδος του φορτίου που έχει το καθένα. Εδώ κρατάμε απλώς ότι υπάρχουν και οι δύο δυνατότητες: έλξη και άπωση.
Πώς μετράμε το ηλεκτρικό φορτίο 📏
Παρατηρώντας διαφορετικά φορτισμένα σώματα, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι το πόσο δυνατή είναι μια ηλεκτρική δύναμη δεν εξαρτάται μόνο από την απόσταση των σωμάτων, αλλά και από την ποσότητα του ηλεκτρικού φορτίου που έχει το κάθε σώμα. Ένα σώμα με «περισσότερο» φορτίο ασκεί ισχυρότερες ηλεκτρικές δυνάμεις από ένα σώμα με «λιγότερο» φορτίο.
Επειδή λοιπόν το φορτίο έχει ποσότητα, χρειαζόμαστε έναν τρόπο να το μετράμε —όπως μετράμε το μήκος σε μέτρα ή τη μάζα σε κιλά.
Η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) είναι το Coulomb, με σύμβολο .
Το Coulomb πήρε το όνομά του από τον Γάλλο φυσικό Σαρλ Κουλόμπ, ο οποίος μελέτησε συστηματικά τις ηλεκτρικές δυνάμεις.
Από πού προήλθε η λέξη «ηλεκτρισμός» 📜
Το ταξίδι της λέξης «ηλεκτρισμός» ξεκινά χιλιάδες χρόνια πριν, στην αρχαία Ελλάδα.
Η λέξη «ηλεκτρισμός» προέρχεται από την ελληνική λέξη ήλεκτρον, που σήμαινε το κεχριμπάρι —μια αποξηραμένη, σκληρή ρητίνη από πεύκα, σαν ένα κιτρινωπό «πετράκι». Ο Θαλής ο Μιλήσιος (περίπου 624–540 π.Χ.), ένας από τους πρώτους φιλοσόφους της αρχαιότητας, παρατήρησε ότι όταν έτριβε ένα κομμάτι ήλεκτρο πάνω σε ξηρό ύφασμα, αυτό αποκτούσε την ικανότητα να έλκει πολύ ελαφριά αντικείμενα, όπως μικρά κομματάκια άχυρου. Χωρίς να το ξέρει, ο Θαλής είχε παρατηρήσει το ίδιο ακριβώς φαινόμενο με το πείραμα της ράβδου και της φλέβας νερού!
Αιώνες αργότερα, τον 17ο αιώνα μ.Χ., ο Άγγλος επιστήμονας Γουίλιαμ Γκίλμπερτ μελέτησε συστηματικά αυτά τα φαινόμενα και εισήγαγε τη λατινική λέξη «electricus» (δηλαδή «σαν το ήλεκτρο»). Από αυτή προήλθε η αγγλική λέξη «electricity» και, τελικά, η ελληνική λέξη «ηλεκτρισμός» που χρησιμοποιούμε σήμερα.
Ανακεφαλαίωση
Το ηλεκτρικό φορτίο είναι μια θεμελιώδης ιδιότητα της ύλης: όταν ένα σώμα την αποκτά —συνήθως μέσω τριβής— γίνεται ικανό να ασκεί δυνάμεις από απόσταση σε άλλα σώματα, τις ηλεκτρικές δυνάμεις. Αυτές οι δυνάμεις μπορεί να είναι ελκτικές (τραβούν τα σώματα κοντά) ή απωστικές (τα σπρώχνουν μακριά), και η ένταση τους εξαρτάται από την ποσότητα του φορτίου. Η ποσότητα αυτή μετριέται σε Coulomb (), τη μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων.