آیا بادکنک را می توان با الکترون باد کرد؟

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: Tehran, Qeytariyeh

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 925

سپاس: 595

جنسیت:

تماس:

آیا بادکنک را می توان با الکترون باد کرد؟

پست توسط rohamjpl »

من سوالی به فکرم زسید که آیا میشه بادکنک را می توان با الکترون باد کرد؟اگر از ژنراتور Van De Graff برای پمپ کردن الکترون ها به داخل بادکنک تخلیه شده استفاده کنم خوب در نهایت بار منفی در داخل بادکنک شروع به تجمع می کند. فرض کنید دهانه بادکنک بسته شده است تا هوا نتواند وارد یا خروجی بادکنک شود. الکترونها به یکدیگر فشار می آورند و از نظر من عمدتاً در امتداد سطح داخلی بادکنک ایجاد می شوند.
آیا این الکترونها آنقدر قوی به طرفین بادکنک فشار می آورند که بادکنک را باد کنند یا به دلایلی اینکار کامل غیرممکن است زیرا من نمی بینم که الکترونها به سرعت در دیواره های بالون حرکت می کنند تا جمع شوند؟فرض کنید که بادکنک به اندازه لازم ضخیم است.
من تصور می کردم که با پمپاژ بیشتر و بیشتر الکترون ها ، برخی از آنها با دیواره های بادکنک برخورد می کنند. این برخوردهای مداوم با دیواره های بادکنک باعث ایجادیک فشار بیرونی بر روی دیواره های بادکنک میشه و به همان ترتیب برخورد مولکول های هوا با دیواره های بادکنک باعث ایجاد فشار می شود. چرا بعد از رسیدن فشار نسبتاً کمی که برای باد کردن بادکنک ها لازم است بادکنک مانند هوا باد نمیشهو در ضمن من موافقم فشار برای افزودن الکترونها به سرعت افزایش می یابدخوب اما این باعث می شود که من فکر کنم با چند الکترون اضافه شده باد می کند.البته دوستان زیادی اینجا هستند و میتونند نظرات مختلفی بدند اقا رامین یا Player یا zika99 و خیلی دیگه خوب من اینجا متأسفم من به هیچ وجه ادعا نمی کنم که بادکنک باد می شود من فقط نمی فهمم چرا هوا کار می کند و الکترون ها کار نمی کنند. اگر دیواره بادکنک مقداری الکترون جذب کند ، آیا به سرعت بار منفی نمی شود و سپس مستقیماً با سایر دیواره های بادکنک و الکترونهای آزاد هنوز نیروی دافعه ای احساس می شود؟ سپس به جای برخورد غیرمستقیم الکترونها در دیواره های آن با نیروی مستقیم باد می شود.لکترونهای موجود در بادکنک می خواهند تا آنجا که ممکن است از یکدیگر فاصله بگیرند ، بنابراین بر روی سطح بادکنک فشار می آورند که باعث باد شدن آن می شود. برای آنچه می توانم ببینم ، موفقیت آزمایش به دو چیز بستگی دارد.
اولش آیا الکترونهای کافی در بادکنک وجود خواهد داشت تا نیروها به طور مساوی توزیع شوند؟ اگر نیروی بسیار قوی را در یک منطقه محدود قرار دهید اونوقت بادکنک را سوراخ می کنید.
دوم آیا چگالی بار به اندازه ای پایین است که بالن تخلیه نشود؟خوب من اونچه میونم کمی محاسبات میزارم
برای انجام برخی محاسبات شما فرض کنید که N الکترون در داخل بادکنک وجود دارد و آنها به طور مساوی در سطح کروی سطح آن با شعاع r توزیع شده اند.
با توجه به تقارن وضعیت هر الکترون یک نیروی شعاعی را تجربه خواهد کردو مساوی با آن در صورتی که بار $(N-1)q_e \simeq Nq_e$ در مرکز کره قرار گیرد.
فشار نیروی بر واحد مساحت است پس بنابراین
$p = \frac{N}{4\pi r^2}\frac{kNq_e q_e}{r^2} = \frac{kN^2q_e^2}{4\pi r^4}$
در حال حاضرخوب برای اینکه این وضعیت حتی قابل قبول باشد p باید از مرتبه فشار جوی 100 کیلو پاسکال باشد که قبل از برخورد با کشش سطحی ، بادکنک را باد می کند. r = 2.5 سانتی متر (حدس درست در شعاع یک بادکنک ) و حل تعداد الکترون های بدست آمده:
$N\simeq 5\times 10^{13}$
دادن تراکم عددی$\rho = 6\times 10^{15}~\mathrm{m^{-2}}$
اکنون می توانیم فرض های خودمو را بررسی کنیم. میانگین جداسازی بین دو الکترون از طرف یک مربع با مساحت $1/\rho$ ، یعنی حدود $10^{-8}~\mathrm{m}$ متر خواهد بود.
من برای ادامه به کمک نیاز دارم. این برای من به این معنی است که الکترونها به اندازه کافی چگال هستند به طوری که نیروها آنقدر متمرکز نیستند که بالن را به صورت مکانیکی پاره کنند.اصلا بادکنک پاره نمیشه اینو در نظر میگیریم
خوب محیط خارج از بادکنک. این می تواند هوا باشد یا خلاء تا زمانی که کل آزمایش بتواند داخل یک محفظه خلا قرار گیرد.
و اینجا دهانه بادکنک است. این دستگاه به نحوی محکم به قطب ژنراتور Van De Graff با مواد بسیار عایق متصل شده است. هدف این است که الکترون ها به سمت قطب حرکت نمی کنند و هوا نمی تواند وارد بادکنک شود و الکترون ها قادر به خروج نیستند.I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260
آخرین ویرایش توسط rohamjpl شنبه ۱۴۰۰/۶/۶ - ۰۷:۴۱, ویرایش شده کلا 1 بار
تصویر

نمایه کاربر
zika99

نام: Nathaniel Purasiond

محل اقامت: Bukan-iran

عضویت : چهارشنبه ۱۴۰۰/۵/۲۷ - ۲۳:۰۴


پست: 26

سپاس: 5

جنسیت:

تماس:

Re: آیا بادکنک را می توان با الکترون باد کرد؟

پست توسط zika99 »

راستش من در مورد الکترون هایی که میتوانند در سطح بادکنک جمع شوند و بخاطر نیروی دافعه، الکترون ها از هم فاصله بگیرند و بتوانند با این، کششی در سطح بادکنک ایجاد کنند فکر کردم.
و به نظر من این چیزی نیست که به توان با فرمول ها و نظرییه ها بتوان آن را اثبات کرد همان طور که دوست عزیز آقا رهام می دونی بخش بزرگی از علم فیزیک آزمایش کردن است.من می گم باید بادکنک را با دستگاه وان دوگراف یا چیزی که بتونه بار منفی زیادی را به سطح بادکنک انتقال بده(الکترون های زیاد) تا بتونیم مستقیم آن را مشاهده کنیم.و چند سوال مهم را در رابطه با این موضوع حل کنیم.
1-آیا الکترون ها در صورت تجمع و ایجاد کشش و دافعه باعث بادکردن بادکنک سر بسته می شوند؟ یا در صورت تجمع بیشتر، الکترون ها به فضای اطراف(هوا) می پرند؟ اگر بله در فضای خلا چطور؟
از لحاظ فرضی همان طور که خودتان گفتید این کار غیر ممکن است و با توزیحات بیشترتون این مسئله را به سمت ممکن بودن هل دادید.
برای بادکنکی که سر آن بسته نیست در این حالت با احتمال زیاد باعث کشش هوا به درون بادکنک می شود چون فشار زیاد الکترون ها به یک دیگر باعث کشش سطح بادکنک و در نتیجه باعث فشار کم در درون بادکنک و ورود هوا به داخل بادکنک می شود.ولی برای بادکنک سر بسته بدون وجود هوای اضافی و یک حجم مشخص از هوا درون بادکنک نیاز به آزمایش کردن و نتایج آن است و در واقع من نمی توانم جوابی براش پیدا کنم.

در آخر برای پست جالبتون تشکر می کنم.
انجیل: قرنتیان 8-13:4
عشق صبور است، عشق مهربان است. هرگز حسادت نمی‌کند، هرگز به خود نمی‌بالد، مغرور نیست. گستاخ نیست و خودخواه نیست، به سادگی خشمگین نمی‌شود، خطاهای دیگران را به خاطر نمی‌سپارد. عشق از همدمی با شیطان لذت نمی‌برد بلکه دوست دار حقیقت است. همواره حافظ است، همواره به دیگران اعتماد دارد، همواره امیدوار است و همواره پاینده است. عشق هرگز شکست نمی‌خورد.

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: Tehran, Qeytariyeh

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 925

سپاس: 595

جنسیت:

تماس:

Re: آیا بادکنک را می توان با الکترون باد کرد؟

پست توسط rohamjpl »

ابتدا من تعریفی از یک ژنراتور Van de Graaff یک ژنراتور الکترواستاتیک است که از یک تسمه متحرک برای تجمع بار الکتریکی در یک کره فلزی توخالی در بالای یک ستون عایق استفاده می کند و پتانسیل های الکتریکی بسیار بالایی ایجاد می کند. این برق جریان مستقیم ولتاژ بسیار بالا (DC) را در سطوح جریان پایین تولید می کند در مقابل موادی وجود دارند که به راحتی می‌توان الکترون‌های آن‌ها را آزاد کرد. میدونید توانایی یک ماده برای به دست آوردن یا از دست دادن الکترون با جدول تریبو الکتریک» (Triboelectric) مشخص می‌شود. هرچه مرتبه ماده‌ای در لیست تریبو الکتریک بالاتر باشد معلومه ماده به راحتی الکترون از دست می‌دهد و هرچه مرتبه در این لیست پایین‌تر باشد، یعنی جسم به راحتی الکترون‌ می‌گیرد و به سختی الکترون از دست می‌دهدمولد واندوگراف یک دستگاه الکترواستاتیک با جریان ثابت است. هنگامی که یک بار الکتریکی روی مولد قرار می‌گیرد، جریان الکتریکی تغییر نمی‌کند در حقیقت جریان الکتریکی ثابت است و تغییر بار باعث تغییر ولتاژ می‌شود. بدین معنا که هرچه از کره آلومینیومی یا فولادی (جنس کره مولد می‌تواند آلومینیومی یا فلزی باشد) به سمت پایین دستگاه حرکت کنیم، ولتاژ کاهش می یابد، ولی جریان ثابت است. به طور معمول مولدهای واندوگراف جریان بسیار کوچکی (از مرتبه میکروآمپر) تولید می کنند.یک موتورودو غلتک ویک تسمه دو شانه
ترمینال خروجی (معمولاً یک گوی فلزی یا آلومینیومی)با روشن شدن موتور، غلتک پایین شروع به چرخاندن تسمه می‌کند. از آنجا که تسمه از لاستیک ساخته شده و غلتک پایینی با نوار سیلیکونی پوشانده شده است، غلتک پایین دارای بار منفی و تسمه به صورت مثبت باردار می‌شود. اینجامیشه باردار شدن لاستیک و سیلیکون را به راحتی توضیح بدم که دو جسم در مجاورت یکدیگر قرار گرفته‌اند که در جدول تریبو الکتریک سیلیکون پایین‌تر از لاستیک است، به همین دلیل لاستیک به راحتی الکترون از دست داده و به صورت مثبت باردار می‌شود ولی در سیلیکون دقیقاً عکس این موضوع اتفاق می‌افتدغلتک بالایی از نایلون پوشیده شده است و بار مثبت تسمه را دفع می‌کند و به صورت منفی باردار می‌شودخوب توضیح دیگه من غلتک بالایی به شانه بالایی و کره فلزی متصل است پس بار مثبت الکتریکی در شانه و کلاهک فلزی واندوگراف القا می‌شود. زمانی که سطح کلاهک فلزی اشباع شد، با برخورد یک جسم خارجی به کره فلزی، تخلیه بار الکتریکی به صورت یک جرقه الکتریکی رخ می‌دهد.اگر از ژنراتور Van De Graff برای پمپ کردن الکترون ها به داخل بادکنک تخلیه شده استفاده کنم در نهایت بار منفی در داخل بادکنک شروع به تجمع می کند. فرض کنید دهانه بادکنک بسته شده است تا هوا نتواند وارد یا خروجی بادکنک شود. الکترونها به یکدیگر فشار می آورند و از نظر من عمدتاً در امتداد سطح داخلی بادکنک ایجاد می شوند.
آیا این الکترونها آنقدر قوی به طرفین بادکنک فشار می آورند که بادکنک را باد کنند یا به دلایلی این انجام کامل غیرممکن است زیرا من نمی بینم که الکترونها به سرعت در دیواره های بالون حرکت می کنند تا جمع شوند؟ خوب من میتونم که بادکنک به اندازه لازم ضخیم است.
من تصور می کردم که با پمپاژ بیشتر و بیشتر الکترون ها برخی از آنها با دیواره های بادکنک برخورد می کنند. این برخوردهای مداوم با دیواره های بادکنک باعث ایجاد "فشار" بیرونی بر روی دیواره های بادکنک می شود ، به همان نحوی که مولکول های هوا با دیواره های بادکنک برخورد می کنند ، فشار ایجاد می کند. چرا بعد از رسیدن فشار نسبتاً کمی که برای باد کردن بادکنک ها لازم است بادکنک مانند هوا باد نمی کند؟ من موافقم "فشار" برای افزودن الکترونها به سرعت افزایش می یابد ، اما این باعث می شود که فکر کنم با الکترون اضافه شده باد میشود.
هر جسمی دارای خود خازنی است. این بار بدن را به پتانسیل سطح آن نسبت به بی نهایت از طریق معادله معمولی خازن مربوط می کند:$Q = CV \tag{1}$
برای یک جسم کروی ، خود ظرفیت به راحتی محاسبه می شود زیرا قانون گاوس به ما می گوید که میدان نزدیک به سطح جسم همان میدان از جرم نقطه ای با بار مشابه در مرکز کره است. یعنی اگر R شعاع کره باشد ، پتانسیل فقط:
$V = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \frac{Q}{R} \tag{roham hesami}$
و مقایسه این با معادله (1) به این معنی است:
$C = 4\pi\epsilon_0 R$
به همین دلیل است که هنگام محاسبه تقریبی میزان شارژ ژنراتور Van de Graaff ، آن را به عنوان یک کره در نظر می گیریم. در اصل می توان برای سایر اشکال محاسبه کرد اما این امر پیچیده می شود زیرا ما دیگر تقارن کروی نداریم که به ما کمک کند.
الکترونهای موجود در بادکنک می خواهند تا آنجا که ممکن است از یکدیگر فاصله بگیرند ، بنابراین بر روی سطح بادکنک فشار می آورند که باعث باد شدن آن می شود.ما از فناوری پمپاژ هوای سرد در برابر گرادیان فشار برخوردار هستیم ، اما نه برای پمپاژ گاز الکترونی سرد ، بنابراین نمی توانیم این دو را از نظر پر کردن بالون با هم برابر کنیم. بنابراین استفاده از الکترون های داغ تنها گزینه ما است واقعا فکر نکنم باد بشه.I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260
تصویر

ارسال پست