فعالیت ۱-۸ فصل اول فیزیک دهم
دو قطعه ورقه آلومینیمی نازک به ابعاد $۴ \text{cm} \times ۳ \text{cm}$ را بمالید و به سرهای دو تکه نخ هم‌اندازه به طول $۳۰ \text{cm}$ وصل کنید و به شکلی بیاویزید. پس از آنکه جسم فلزی دوکی شکل را با مولد واندوگراف باردار کردید، یکی از آنها را مقابل نوک تیز و دیگری را مقابل بخش پهن دوک بیاویزید. چه مشاهده‌ای می‌کنید؟ مشاهده‌ی خود را توجیه کنید.
پاسخ تشریحی و گام به گام فعالیت ۱-۸ فصل اول فیزیک دهم
این فعالیت یک نمایش عملی برای درک پدیده‌ی **تخلیه‌ی بار از نقاط نوک‌تیز** و مفهوم **چگالی سطحی بار** است. ✨
---
## ۱. مشاهدات
1. **ورقه‌ی مقابل نوک تیز:** ورقه آلومینیمی که مقابل نوک تیز آویزان شده است، به شدت و با سرعت بیشتری **دفع** می‌شود یا حرکت ناگهانی از خود نشان می‌دهد.
2. **ورقه‌ی مقابل بخش پهن:** ورقه‌ی آلومینیمی که مقابل بخش پهن آویزان شده است، دفع **کمتر** یا **آرام‌تری** را تجربه می‌کند.
---
## ۲. توجیه فیزیکی (اثر نوک و تخلیه‌ی کرونا)
این پدیده با مفهوم **چگالی سطحی بار** $(\sigma)$ و پدیده‌ی **تخلیه‌ی کرونا** (Corona Discharge) توجیه می‌شود:
### الف) چگالی سطحی بار ($igma$)
* **تعریف:** چگالی سطحی بار، مقدار بار در واحد سطح رسانا است: $\sigma = Q/A$.
* **اصل فیزیکی:** در یک رسانای باردار، چگالی سطحی بار $(\sigma)$ در نقاطی که شعاع انحنا **کوچک‌تر** است (نقاط **نوک‌تیز** یا تیزگوشه)، **بیشتر** است.
* در دوک فلزی باردار شده با واندوگراف، **نوک تیز** دارای بالاترین چگالی سطحی بار است. $(\sigma_{\text{نوک}} \gg \sigma_{\text{پهن}})$
### ب) میدان الکتریکی و تخلیه (اثر نوک)
* **میدان قوی:** هرچه چگالی سطحی بار در یک نقطه بیشتر باشد، **میدان الکتریکی** در فضای اطراف آن نقطه **قوی‌تر** است: $E \propto \sigma$.
* **نوک تیز:** میدان الکتریکی اطراف نوک تیز، به شدت قوی می‌شود. این میدان قوی، مولکول‌های هوا اطراف نوک را **یونیزه** می‌کند.
* **جذب و دفع:** یون‌های هوا با علامت مخالف، به نوک جذب شده و خنثی می‌شوند. اما یون‌های هوا با علامت مشابه، به سرعت از نوک دفع شده و یک **جریان یونی** (باد الکتریکی) ایجاد می‌کنند (تخلیه‌ی کرونا).
* **نتیجه:**
* **مقابل نوک:** تخلیه بار از نوک بسیار شدید است و هوا در آنجا به شدت یونیزه و باردار است. این هوای باردار (و همچنین میدان بسیار قوی نوک) نیروی دافعه‌ی قوی و ناگهانی به ورقه‌ی آلومینیمی وارد می‌کند (که به احتمال زیاد بر اثر القاء بار مشابهی با نوک پیدا کرده است).
* **مقابل بخش پهن:** چگالی بار و در نتیجه میدان الکتریکی بسیار ضعیف‌تر است و نیروی دافعه‌ی وارد شده به ورقه آلومینیمی کمتر است.
**خلاصه:** ورقه مقابل نوک، نیروی دافعه‌ی قوی‌تری را به دلیل **میدان الکتریکی بسیار قوی‌تر** (ناشی از چگالی بار بالا) و **باد الکتریکی** ناشی از تخلیه‌ی کرونا، تجربه می‌کند. 💨
