Ви помічали, що коли знімаєте светр чи футболку летять іскри та чути потріскування? А коли ви виходите з машини і вас б'є струмом? Це статична електрика чи електризація тіл. Вона виникає внаслідок накопичення електричних зарядіврізних знаків на об'єктах із подальшою їх компенсацією. У цій статті ми коротко розглянемо дане явище, причини його виникнення, а також способи застосування як у побуті, так і в промисловості.
Визначення
Електризацією називається процес поділу електричних зарядів та накопичення їх у певних місцях предметів та тіл. Явище відбувається в результаті тертя, дотику тіл або внаслідок електростатичної індукції. Простими словамиколи поруч розташований якийсь предмет, що володіє електричним полем.
Нагадаємо: у фізиці виділяють два роди зарядів – позитивні та негативні, або протони та електрони. Між ними виникає. Одноіменні заряди притягуються, а різноіменні відштовхуються.
Явище спостерігається на джерелах харчування і не лише. На діелектриках накопичуються заряди, всі бачили це у дослідах, що ілюструють явище з ебонітовими та скляними паличками, які демонстрували на уроках фізики у школі.
Спочатку всі атоми, з них складається все, що нас оточує, електрично нейтральні. Через війну явища електризації лежить на поверхні предметів з'являються позитивні чи негативні заряди. Нагадаємо шкільний досвід: якщо потерти ебонітову паличку вовняною тканиною, після припинення тертя паличка залишиться зарядженою. Тоді кажуть, що тіло електризоване.
Таким чином, під час тертя електрони переходили з одного предмета на інший. У результаті після припинення тертя надлишкові електрони залишилися «не на своїх» тілах і вийшов надлишковий заряд, і воно перестало бути нейтральним. Внаслідок тертя палички об шерсть або хутро на її поверхні утворився негативний заряд.
Умови виникнення явища та способи передачі зарядів
Ми розповіли, як пояснюється це явище в природі, а тепер розглянемо, як можна наелектризувати тіла. Відразу зазначимо, що виконання всіх умов необов'язково – електризація може відбуватися з тих чи інших причин, розділимо їх на дві основні групи:
Перша – це механічна взаємодія. При терті відстань між предметами можна порівняти з відстанню між молекулами в ній. Так як електрони в одному з тіл слабше пов'язані з ядром - вони переходять вириваються на інше тіло. Іншими способами електризації є удар та зіткнення.
Друга група - електризація впливом, тобто явище спостерігається при впливі на тіло зовнішніх сил, серед яких:
- Електричні поля. Внаслідок впливу поля на провідник на його поверхні з'являються заряди, причому чим менше радіус вигину поверхні – тим більше зарядів тут накопичиться. Так на вістрі буде найбільше зарядів, докладніше це питання ми розглядали у статті та тут
- Вплив світлом. Відкрито професором О.Г. Столетовим в 1888 року, у тому, що з впливом світлом на цинк, алюміній, цезій, натрій, свинець, калій та інші метали вони втрачають електрони і стають зарядженими позитивно.
- Теплом. При нагріванні металу електронам повідомляється достатня енергія для того щоб залишити межі металу, в результаті він набуває позитивного заряду.
- Хімічна реакція За наявності двох електродів із різних металів відбуваються окислювально-відновлювальні реакції, в результаті один з них стає зарядженим позитивно, а другий негативно. Докладніше ми це розглядали у статті про .
- Під тиском. У п'єзоелектриках (кварц, сегнетова сіль, фосфат амонію), при механічному впливі (стисканні або розтягуванні), на гранях утворюються позитивні та негативні заряди.
Це і є основні види електризації.
Які закони фізики пов'язані з електризацією
Явище електризації пов'язане з такими фізичними законами як:
- . Описує силу, з якою взаємодіють заряди. Таким чином, можна визначити, як сильно наелектризовані тіла притягуються один до одного.
- . У ньому сказано, що сума алгебри зарядів у замкнутій системі незмінна. Це говорить про те, що надмірні заряди на електризованих предметах не з'являються з нізвідки, а переходять із тіла на тіло.
Ми вже розглядали ці закони, ви можете ознайомитись докладніше у відповідних статтях, на які ми послалися.
Застосування на практиці
Явище електризації має як позитивні та негативні прояви. Приклади позитивного застосування:
Також є низка застосувань для очищення, сортування, фільтрації, а також у медицині для прискорення лікування.
Негативний вплив електризації може призвести до фатальних наслідків:
- Виникнення іскор при зіткненні заряджених предметів. До таких випадків можна віднести іскри в побуті, які проскакують, коли ви знімаєте светр, коли вас б'є струмом при виході з машини. Наприклад, літак у польоті електризується і при підведенні до нього трапу можуть проскочити іскри, а через це можливе займання, тому спочатку знімають заряд з літака. Також відомі випадки займання нафтових танкерів через електризацію.
- Явище призводить до появи великих електричних зарядів, можуть призвести до виходу з ладу електронних компонентів у техніці, як із виробництві техніки, і у процесі експлуатації чи ремонту. Це відбувається внаслідок розрядки інструменту на друковану плату. Тому майстри з ремонту електроніки повинні працювати у заземлених електричних браслетах та заземленими паяльниками та іншим. У сучасній елементній базі є низка технічних рішень щодо мінімізації впливу електризації на їхню роботу. Наприклад, установка діодів Зенера паралельно ланцюгу ЗАТВОР-ВИТОК польових транзисторів.
Цікаво!Відомий випадок, коли при покритті друкарськими платами після монтажу електронних компонентів, спостерігалася велика відбраковування, при тому, що всі вироби проходили перевірку до покриття лаком. Виникло питання: як позбутися проблеми електризації? Проблема вирішилася заземленням фарбопульта.
ПИТАННЯ ДЛЯ ПОВТОРЕННЯ ДО ЕКЗАМЕНУ З ДИСЦИПЛІНИ
_____________________ФІЗИКА_________________________
Електризація тел. Методи електризації тел. Закон Кулону. Діелектрична проникність середовища.
Наелектризувати тіло зарядити.
Способи:
Тертя (дотик)-тіла заряджаються однойменно.
Вплив-заряджаються різноіменно
Опромінення: ультрафіолет, рентген і т.д.
Сила взаємодії двох точкових зарядів прямо пропорційна добутку величин цих зарядів, обернено пропорційно квадрату відстані між ними, залежить від середовища, спрямована вздовж прямої, що з'єднує ці заряди
ε=F_0/F_ср
У скільки разів сила взаємодії двох точкових зарядів у вакуумі більша, ніж їхня взаємодія в середовищі.
ε=ε_ср/ε_0
Електричне поле як особливий вид матерії. Графічне зображення електричного поля. Напруженість електричного поля. Однорідне поле.
Електричне поле-особливий вид матерії, з якого взаємодіють статичні заряди.
Властивості:
Створено зарядом
Діють на заряд
Пов'язано із зарядом
Виявляти одиничним позитивним пробним зарядом
Воно безмежне
Поширюється у будь-якому середовищі
Зображується силовими лініями
E=F/q
Напруженість електричного поля в даній точці чисельно дорівнює F, що діє на одиничний позитивний пробний заряд вміщений в дану точкуелектричне поле.
СІ:
[E]=Н/КЛ
Однорідне електричне поле це поле, у кожній точці якого напруженість однакова.
Робота електричного поля під час переміщення заряду. Потенційна енергіязаряду. Потенціал. Різниця потенціалів та напруга. Зв'язок між напруженістю поля та напругою.
φ=А_(1→∞)/q
Потенціал електричного поля в точці чисельно дорівнює А, яку здійснює електричне поле над одиничним позитивним зарядом пробним при переміщенні з однієї точки в нескінченність.
φ=Е_р/q
СІ:
[φ] = Дж / Кл = В
Напруга-різниця потенціалів двох точкових зарядів електричного поля.
U=A_(1→2)/q
Потенціал електричного поля в точці чисельно дорівнює А, яку здійснює електричне поле над одиничним позитивним пробним зарядом при переміщенні з цієї точки до іншої.
A=E*q*l
A=U*q
U*q=E*q*l
U=E*l
Провідник у електричному полі. Еквіпотенційна поверхня. Діелектрика в електричному полі. Поляризація діелектрика. Електростатистичний захист.
У наелектризованого провідника заряди знаходяться на поверхні. Наелектризований провідник знищує Е_зовніш (ϵ_(ел.п) усередині провідника дорівнює нулю).
Еквіпотенційна поверхня-поверхня рівного потенціалу.
Поляризація діелектрика-поворот диполя в електричному полі.
Електростатичний захист - приміщення приладів, чутливих до електричного поля, всередину замкнутої оболонки, що проводить, для екранування від зовнішнього електричного поля.
Електроємність провідника. Конденсатори. Види та з'єднання конденсаторів. Енергія електричного поля зарядженого конденсатора.
Електроємність провідника-здатність провідника накопичувати заряди на своїй поверхні.
З = q/φ
Електроємність провідника чисельно дорівнює q який треба помістити на провідник, щоб φ=1В.
У СІ:
[C] = Кл / В = Ф
Поза системними одиницями:
1 пФ = 1 * 10 ^ (-12) Ф
1нФ = 1 * 10 ^ (-9) Ф
1мкФ=1*〖10〗^(-6)Ф
Конденсатор-система двох провідників, розділена діелектриком
Види конденсаторів:
Повітряний
Паперовий
Електролітичні
Слюїдний
Керамічні
Слідують один за одним. Наявність вузлових точок.
W_ел = (q * U) / 2
W_ел = (C * V ^ 2) / 2
Електричний струм та умова його існування. Сила та щільність струму. Одиниці їхнього виміру. Залежність сили струму з електронного погляду. Закон Ома для ділянки ланцюга.
Електричний струм-спрямований (упорядкований) рух заряджених частинок.
Умови існування:
-Наявність у середовищі вільних електричних зарядів
-Створення в середовищі електричного поля.
Сила струму це величина, що показує який заряд пройшов через поперечний переріз провідника за 1 секунду.
I=q/t
Сі: [I] = Кл / сек = А
Поза системними одиницями:
1мкА = 1 * 10 ^ (-6) А
1мА = 1 * 10 ^ (-3) А
1кА = 1 * 10 ^ 3 А
Щільність струму показує кількість зарядів на одиницю площі поперечного перерізу провідника.
j=I/S
СІ: [j] = A / м ^ 2
Поза системними одиницями:
1A/〖мм〗^2 =1*〖10〗^(6 А/м^2)
1А/〖см〗^2 =1*〖10〗^4 А/м^2
1А/〖дц〗^2 =1*〖10〗^2 А/м^2
Встановимо від чого залежить з електронної точки зору сила струму у провіднику
I=n_0*S*e*v
n_0-рід провідника
S-тонкий або товстий
e-вид провідника (тв, жид, газ).
Закон Ома:
I=U/R
Сила струму на ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі на кінцях цієї ділянки, обернено пропорційна опору цієї ділянки ланцюга.
Сі:
[R] = В / А = Ом
Поза системними одиницями:
1 ком = 1 * 10 ^ 3 Ом
1 мОм = 1 * 10 ^ 6 Ом
Замкнений електричний ланцюг. Зовнішній та внутрішній ділянки ланцюга. Електрорушійна сила джерела електричної енергії. Закон Ома для повного ланцюга з одним Е.Д.С.
Замкнений електричний ланцюг-споживач+джерело
Зовнішня ділянка ланцюга - це споживач ел.енергії
Внутрішня ділянка ланцюга - це джерело ел.енергії
ε=A_ст/q
ЕРС джерела чисельно дорівнює А, яку здійснюють сторонні сили під час переміщення одиничного заряду всередині джерела.
Закон Ома для замкнутого ланцюга
I=ε/(R+r)
Сила струму у всьому ланцюгу прямо пропорційна ЕРС джерела і обернено пропорційна сумі зовнішньої та внутрішньої ділянки ланцюга.
Опір провідника. Залежність опору від роду, розміру провідника та температури. Надпровідність. Питомий опір провідника та одиниці виміру.
1/(n_0+e+u)=p-питомий опір провідника
R=ρ*l/S
[p]=Ом*м
Надпровідність-це явище різкого падіння опору до нуля поблизу абсолютного нуля
Послідовне та паралельне з'єднання споживачів та джерел електричної енергії.
З'єднання споживачів
Послідовне Паралельне
I_заг=I_1=I_2=I_3 I_заг=I_1+I_2
U_заг=U_1+U_2+U_3 U_заг=U_1+U_2
R_заг=R_1+R_2+R_3 1/R_заг =1/R_1 +1/R_2
R_заг=(R_1*R_2)/(R_1+R_2)
Ознака: один за одним Ознака: наявність вузлових точок
З'єднання джерел
Послідовне паралельне
ε_б=ε_1+ε_2+ε_3=ε_1*nε_б=ε_1=ε_2=ε_3
r_б=r_1+r_2+r_3=r_1*n 1/r_б =1/r_1 +1/r_2 +1/r_3
I_б = (ε_1 * n) / (R + r_1 * n) I_б = ε_1 / (R + r_1 / m)
Робота та потужність електричного струму. Одиниці їхнього виміру. Теплова діяструму. Закон Джоуля - Ленца. Коротке замикання.
A_(ел.струм)=U*I*t=P*t
А_(эл.ток) залежить від сили струму, часу і залежить від цього, як вид енергії вона перетворюється
Од. вимірювання:
[A]=В*А*сек=Дж=Вт*сек
Поза системними одиницями:
1 Вт.ч = 3,6 * 10 ^ 3Дж
1 кВт.год = 3,6 * 10 ^ 6Дж
1 мВт.ч = 3,6 * 10 ^ 9Дж
Потужність-це фізична величина, Що показує одиницю роботу, скоєну за одиницю часу.
P=U*I
СІ:
[P] = Вт
Поза системними одиницями:
1кВт = 1 * 10 ^ 3Вт
1 мВт = 1 * 10 ^ 6Вт
Закон Джоуля Ленца
Q=I^2*R*t
Кількість теплоти, що виділилося у провідниках, прямо пропорційно квадрату сили струму, опору та часу проходження струму по провіднику.
I_кз = ε/r
Термоелектронна емісія. Робота виходу. Контактна різниця потенціалів. Термопара та її застосування. Термоелектрорушійна сила.
Явище виходу заряду з провідника під впливом високої температури називається емісією.
А_вих=e*∆φ
e=1,6*〖10〗^(-19)
Од. вимірювання: [А_вых]=Кл*В=Дж
Позасистемні одиниці: 1еВ = e * 1В = 1,6 * 10 ^ (-19) Дж
∆φ-контактна різниця потенціалів виникає:
При різній роботі виходу
При різній кількості e
Термопара-прилад, що складається із двох однорідних металів, кінці яких спаяні.
Застосування:
1.Джерело ел.енергії
2.Генератор «Ромашка»
3.Термометр
1.Якщо t_a=t_0, то ∆φ_1=∆φ_2, I=0
2. t_a>t_б, то ∆φ_1>∆φ_2, I≠0
Термо-ЕРС виникає в термопарі при нагріванні одного зі спаїв.
Електролітична дисоціація. Електроліз та його застосування. Закони Фарадея. Застосування електролізу.
Електролітична дисоціація - це розчин солей, кислот та лугів.
Електроліз-процес виділення речовини на катоді під час проходження ел.струму через електроліт.
Застосування:
Для отримання рафінованих металів
Гальваностегія-це покриття одного металу іншим
Гальванопластика-це отримання різних відбитків барельєфів.
Закони Фарадея:
m=k*I*t
Маса, що виділився речовини на катоді прямо пропорційно кількості електрики, що пройшов за одиницю часу через електроліт.
M/N_A *q_1=k
k-електрохімічний еквівалент.
Фіз.смисл:
k=m/q
Електрохімічний еквівалент чисельно дорівнює m реч-ва, яке виділилося на катоді після проходження q_ед^+ через електроліт.
СІ: [k] = Кг / Кл
k=1/F*x; k=e*N_A-число Фарадея
k~x
Число Фарадея показує, який заряд несе одновалетний іон, що міститься в 1 моле речовини.
F=9.7*〖10〗^4 Кг/моль
Електричний струм у газах при атмосферному тиску. Типи розрядів. Поняття про плазму. Електричний струм у розріджених газах. Поняття про катодні промені. Електричний струм у вакуумі. Дво-, триелектродна лампа. Електронно – променева трубка.
Газ при P_атм = діелектрик
Типи розрядів:
Типи розрядів:
Несамостійний самостійний
Уч. 0,1; 1,2 уч. 2,3
Наявність іонізатора (тихий) наявність високого U
Звук, світло
Плазма-речовина в такому стані, коли вона в цілому електрично нейтрально, але містить рівні кол-ва вільних позитивних та негативних зарядів.
Буває холодною (до 1000 ° ^ ° С-вогонь) і гарячою (понад 1 〖млн 〗 ^ ° С-Сонце)
Порівняльна характеристика провідників, напівпровідників та діелектриків. Власна та домішкова провідності напівпровідників.
Електронно – дірковий перехід. Напівпровідниковий діод. Пряме та зворотне включення P – Н - переходу.
Магнітне поле. Магнітна індукція. Взаємодія паралельних струмів. Магнітна проникність середовища. Магнітні поля прямого та кругового струмів та соленоїда. Сила Ампера. Правило лівої руки.
Магнітний потік. Напруженість магнітного поля. Дія магнітного поля на заряд, що рухається. Сила Лоренца. Поняття про ПЛАЗМ, перспективи її застосування.
Парамагнітні, діамагнітні, феромагнітні речовини. Крива первісного намагнічування феромагнетика. Крапка Кюрі.
Електромагнітна індукція. Закон електромагнітної індукції. Потокосцепление.Возникнення е.д.з індукції під час руху провідника в магнітному полі.
Напрямок індукційного струму. Правило Ленца. Вихрові струми, їх використання та заходи боротьби з ними.
Явлення самоіндукції. Індуктивність провідника. Умови, від яких залежить індуктивність провідника. Одиниця виміру індуктивності.
Умови виникнення вагань. Параметри коливального руху. Власні та вимушені коливання. Гармонічне коливання, його рівняння та графік.
Поширення коливань у пружному середовищі. Поперечні та поздовжні хвилі. Довжина хвилі. Механічний резонанс.
Природа світла. Хвильова та квантова теоріясвітла. Швидкість поширення світла у вакуумі, у різних середовищах. Визначення швидкості світла методом Майкельсон. Принцип Ґюйгенса.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ ПОВТОРЕННЯ
§ 9 № 14,18,20,21,24.
§10 №№ 15,20,30,41,43,48.
§ 11 № 8,24,27,35,38.
§ 12 № № 10,31,35,52,67,75,82,101,112,129,131,136.
§ 13 № 11,24,28,37,62,64.
§ 14 № 13,15,17,31,41,42.
§ 17 № 18,32,33,34.
У рамках сьогоднішнього заняття ми познайомимося з такою фізичною величиною, як заряд, побачимо приклади передачі зарядів від одного тіла до іншого, дізнаємося про поділ зарядів на два типи та взаємодію заряджених тіл.
Тема: Електромагнітні явища
Урок: Електризація тіл під час зіткнення. Взаємодія заряджених тел. Два роди зарядів
Цей урок є вступним у новий розділ «Електромагнітні явища», і на ньому ми обговоримо основні поняття, які з ним пов'язані: заряд, його види, електризація та взаємодія заряджених тіл.
Історія виникнення поняття «електрика»
Насамперед, слід розпочати з обговорення такого поняття, як електрика. У сучасному світіми постійно з ним стикаємося на побутовому рівні і вже не можемо уявити своє життя без комп'ютера, телевізора, холодильника, електроосвітлення тощо. Всі ці прилади, наскільки відомо, працюють завдяки електричного струмуі оточують нас повсюдно. Навіть спочатку не повністю залежать від електрики технології, такі як робота двигуна внутрішнього згоряння в автомобілі, починають повільно відходити в історію, і їхнє місце активно займають електродвигуни. То звідки пішло таке слово, як «електричний»?
Слово «електричний» походить від грецького слова «електрон», що в перекладі означає «бурштин» (викопна смола, рис. 1). Хоча слід, звичайно ж, одразу зазначити, що безпосереднього зв'язку між усіма електричними явищами та бурштином немає, і ми трохи пізніше зрозуміємо, звідки взялася така асоціація у давніх вчених.
Перші спостереження електричних явищ відносять до 5-6 ст до н. е. Вважається, що Фалес Мілетський (давньогрецький філософ та математик з Мілета, мал. 2) вперше поспостерігав за електричною взаємодією тел. Він провів наступний досвід: натер бурштин хутром, потім наблизив його до невеликих тіл (пилин, стружки або пір'я) і поспостерігав, що ці тіла стали притягуватися до бурштину без причини, що на той час пояснюється. Фалес був не єдиним вченим, який згодом активно проводив електричні досліди з бурштином, що призвело до виникнення слова «електрон» та поняття «електричний».
Мал. 2. Фалес Мілетський ()
Змоделюємо аналогічні досліди з електричною взаємодією тіл, для цього візьмемо дрібно нарізаний папір, скляну паличку та аркуш паперу. Якщо натерти скляну паличку об аркуш паперу, а потім підвести її до дрібно нарізаних папірців, то буде видно ефект тяжіння дрібних шматочків до скляної палички (рис. 3).
Цікавим є той факт, що вперше такий процес був досить повно пояснений лише у 16 столітті. Тоді стало відомо, що існує два види електрики і вони взаємодіють один з одним. Поняття електричної взаємодії виникло в середині 18 століття і пов'язане з ім'ям американського вченого Бенджаміна Франкліна (рис. 4). Саме він уперше запровадив таке поняття, як електричний заряд.
Мал. 4. Бенджамін Франклін ()
Визначення.Електричний заряд- фізична величина, що характеризує величину взаємодії заряджених тіл.
Те, що ми мали змогу поспостерігати на досвіді з тяжінням папірців до наелектризованої палички, доводить наявність сил електричної взаємодії, а величину цих сил характеризує таке поняття, як заряд. Те, що сили електричної взаємодії можуть бути різними, легко перевіряється експериментальним шляхом, наприклад, при натиранні однієї і тієї ж палички з різною інтенсивністю.
Для проведення наступного досвіду нам знадобиться та сама скляна паличка, аркуш паперу і паперовий султан, закріплений на залізному стрижні (рис. 5). Якщо потерти паличку аркушем паперу, а потім доторкнутися до залізного стрижня, то буде помітно явище відштовхування смужок паперу султана один від одного, причому, якщо повторити натирання і дотик кілька разів, то буде видно, що ефект посилюється. Спостережуване явище називають електризацією.
Мал. 5. Паперовий султан ()
Визначення.Електризація- розподіл електричних зарядів у результаті тісного контакту двох або більше тіл.
Електризація може відбуватися кількома способами, перші два ми сьогодні розглянули:
Електризація тертям;
Електризація дотиком;
Електризація наведенням.
Розглянемо електризацію наведенням. Для цього візьмемо лінійку і покладемо її на вершину залізного стрижня, на якому закріплений паперовий султан, після цього торкнемося стрижня, щоб зняти на ньому заряд, і розправимо смужки султана. Потім наелектризуємо скляну паличку тертям об папір і підведемо її до лінійки, результатом стане те, що лінійка почне обертатися на вершині залізного стрижня. При цьому скляною паличкою торкатися лінійки не слід. Це доводить те, що існує електризація без безпосереднього зіткнення між тілами – електризація наведенням.
Перші дослідження значень електричних зарядів датуються пізнішим періодом історії, ніж відкриття та спроби опису електричних взаємодій тіл. Наприкінці 18 століття вчені дійшли висновку, що розподіл заряду призводить до двох принципово різних результатів, і було прийнято рішення умовно розділити заряди на два типи: позитивні та негативні. Для того щоб була можливість розрізняти ці два типи зарядів і визначати, який є позитивним, а який - негативним, домовилися використати два базові досвіди: якщо потерти скляну паличку об папір (шовк), то на паличці утворюється позитивний заряд; якщо потерти ебонітову паличку об хутро, то паличці утворюється негативний заряд (рис. 6).
Зауваження.Ебоніт- матеріал із каучуку з великим вмістом сірки.
Мал. 6. Електризація паличок двома типами зарядів ()
Крім того, що було введено поділ зарядів на два типи, було помічено правило їхньої взаємодії (рис. 7):
однойменні заряди відштовхуються;
Різноіменні заряди притягуються.
Мал. 7. Взаємодія зарядів ()
Розглянемо до цього правила взаємодії наступний експеримент. Наелектризуємо скляну паличку тертям (тобто передамо їй позитивний заряд) і доторкнемося до стрижня, на якому закріплений паперовий султан, в результаті побачимо ефект, який вже обговорювали раніше, - смужки султана почнуть відштовхуватися один від одного. Тепер можна пояснити, чому таке явище має місце – оскільки смужки султана заряджаються позитивно (одноіменно), то вони починають відштовхуватися, наскільки це можливо, і утворюють фігуру у формі кулі. Крім того, для наочнішої демонстрації відштовхування однойменно заряджених тіл можна натерту папером скляну паличку піднести до наелектризованого султана, і буде явно видно, як смужки паперу відхилятимуться від палички.
Одночасно два явища - тяжіння різноіменно заряджених тіл та відштовхування однойменно заряджених - можна поспостерігати на наступному досвіді. Для нього необхідно взяти скляну паличку, папір та гільзу з фольги, закріплену ниткою на штативі. Якщо натерти паличку папером і піднести до незарядженої гільзи, то гільза спочатку притягнеться до палички, а після дотику почне відштовхуватися. Пояснюється це тим, що спочатку гільза, доки не матиме заряду, притягнеться до палички, паличка передасть їй частину свого заряду, і однойменно заряджена гільза відштовхнеться від палички.
Зауваження.Однак залишається питання про те, чому спочатку незаряджена гільза притягується до палички. Пояснити це, використовуючи доступні нам на сьогоднішньому етапі вивчення шкільної фізики знання, складно, проте спробуємо, забігаючи вперед, це коротко зробити. Оскільки гільза є провідником, то, опинившись у зовнішньому електричному полі, у ній спостерігається явище поділу заряду. Воно проявляється в тому, що вільні електрони в матеріалі гільзи переміщуються у бік, який найбільш близький до позитивно зарядженої палички. В результаті гільза стає розділеною на дві умовні області: одна заряджена негативно (там, де надлишок електронів), інша – позитивно (там, де нестача електронів). Оскільки негативна область гільзи розташована ближче до позитивно зарядженої палички, ніж її позитивно заряджена частина, то переважатиме тяжіння між різноїменними зарядами і гільза притягнеться до палички. Після цього обидва тіла придбають однойменний заряд і відштовхнуться.
Докладніше це питання у 10 класі у темі: «Провідники і діелектрики у зовнішньому електричному полі».
На наступному уроці буде розглянуто принцип роботи такого пристрою як електроскоп.
Список литературы
- Генденштейн Л. Е., Кайдалов А. Б., Кожевніков В. Б. Фізика 8 / За ред. Орлова Ст А., Ройзена І. І. - М.: Мнемозіна.
- Перишкін А. В. Фізика 8. – М.: Дрофа, 2010.
- Фадєєва А. А., Засов А. В., Кисельов Д. Ф. Фізика 8. - М: Просвітництво.
- Енциклопедія Брокгауза Ф.А. та Єфрона І.А. ().
- YouTube ().
- YouTube ().
Домашнє завдання
- Стор. 59: питання №1-4. Перишкін А. В. Фізика 8. – М.: Дрофа, 2010.
- Кулька з металевої фольги була заряджена позитивно. Його розрядили, і кулька стала нейтральною. Чи можна стверджувати, що заряд кульки зник?
- На виробництві для уловлювання пилу чи зменшення викидів повітря очищають за допомогою електрофільтрів. У цих фільтрах повітря проходить повз протилежно заряджені металеві стрижні. Чому пил притягується до цих стрижнів?
- Чи існує спосіб зарядити хоча б частину тіла позитивно чи негативно, не торкаючись цього тіла іншим зарядженим тілом? Відповідь обґрунтуйте.
При терті тіл одне одного «труться» саме електронні оболонки атомів, у тому числі тіла складаються. Оскільки електрони слабо пов'язані з ядрами атомів, то електрони можуть відокремлюватися від «своїх» атомів і переходити інше тіло. У результаті ньому виникає надлишок електронів (негативний заряд), але в першому тілі – брак електронів (позитивний заряд).
Отже, електризація тертям пояснюється переходом частини електронів від одного тіла до іншого, внаслідок чого тіла заряджаються різноіменно. Тому тіла, наелектризовані тертям один про одного, завжди притягуються (див. § 8-б). Але, крім електризації тертям, існує електризація індукцією (лат. індукціо - наведення). Розглянемо її з досвіду:
На початку досвіду є дві металеві кулі, які стосуються один одного (а). До одного з них підносять, не торкаючись його, заряджену скляну паличку (б), після чого другий шар відсувають (в). Тепер паличку можна забрати, – кулі будуть різноіменно заряджені (г).
Пояснимо цей досвід із погляду електронно-іонної теорії.
Спочатку металеві кулі були заряджені. Це означає, що електронний газ був присутній у кулях у рівних кількостях (а). Оскільки паличка скляна ми вважаємо її заряд позитивним (див. § 8-б). Вона притягує негативно заряджені частинки електрони. В результаті електронний газ «перетікає» в ліву частину лівої кулі, і тут утворюється надлишок негативного заряду (б).
Всі позитивні іони металу міцно пов'язані один з одним (вони є метал), тому нікуди не «перетікають». Отже, у всіх інших частинах куль виникає нестача електронів, тобто позитивний заряд. І якщо в цей момент, не прибираючи паличку, розсунути кулі (в) і лише потім забрати її, кулі залишаться різноіменно зарядженими (г).
Отже, електризація індукцією пояснюється перерозподілом електронного газу між тілами (або частинами тіла), внаслідок чого тіла (або частини тіла) заряджаються різноіменно. Проте постає питання: чи всі тіла піддаються електризації індукцією? Можна зробити досвіди і переконатися, що пластмасові, дерев'яні або гумові кулі можна легко наелектризувати тертям, але неможливо індукцією. Пояснимо це.
Електрони у гумі, деревині та у всіх пластмасах не є вільними, тобто не утворюють електронного газу, який може перетікати в інші тіла. Тому для електризації тіл із цих речовин необхідно вдатися до їхнього тертя, що сприяє відокремленню електронів від «своїх» атомів і переходу на інше тіло.
Отже, за електричними властивостями всі речовини можна поділити на дві групи. Діелектрики– речовини, що не мають вільних заряджених частинокі тому ті, що не проводять заряд від одного тіла до іншого. Провідники – речовини з вільними зарядженими частинками, які можуть переміщатися, переносячи заряд в інші частини тіла або інших тіл. Це ілюструє малюнок з електроскопами, пластмасовою лінійкою та металевим дротом (див. вище).
Ще в давнину було відомо, що якщо потерти бурштин об шерсть, він починає притягувати до себе легкі предмети. Пізніше це властивість виявили в інших речовин (скло, ебоніт та інших.). Це називається електризацією; тіла ж, здатні притягувати себе після натирання інші предмети, - наэлектризованными. Явище електризації пояснювалося виходячи з гіпотези про існування зарядів, які набуває наэлектризованное тіло.
3.1.2. Взаємодія зарядів. Два види електричних зарядів
Прості досліди з електризації різних тіл ілюструють такі положення.
1. Існують заряди двох видів: позитивні (+) та негативні (-). Позитивний заряд виникає при терті скла про шкіру або шовк, а негативний - при терті бурштину (або ебоніту) про шерсть.
2. Заряди (чи заряджені тіла) взаємодіють друг з одним. Одноіменні заряди відштовхуються, а різноіменні заряди притягуються.
