Если потереть стеклянную палочку шёлком, то она электризуется, приобретая положительный заряд, и стрелка электрометра при поднесении палки к его шару отклоняется, а при удалении палки — возвращается к неотклонённому состоянию. Если же в момент поднесения наэлектризованной палки к электрометру коснуться рукой его металлического корпуса и сразу же убрать руку, то после удаления палки отклонение стрелки сохраняется, хотя и меньшее по величине. Объясните, основываясь на известных физических законах и закономерностях, почему это происходит.
Электрометр (см. рис.) представляет собой металлический цилиндрический корпус, передняя и задняя стенки которого стеклянные. Корпус закреплён на изолирующей подставке. Через изолирующую втулку внутрь корпуса сверху входит металлическая трубка, заканчивающаяся внизу стержнем с установленной на нём легкоподвижной стрелкой, отклонение которой определяется величиной заряда. Стрелка может вращаться вокруг горизонтальной оси. Внутри корпуса установлена шкала электрометра, по которой определяется отклонение стрелки. Снаружи корпуса, наверху трубки прикрепляется металлический шар или тарелка, к которой подносят заряженные тела.
1) При поднесении наэлектризованной положительным зарядом стеклянной палки к шару электрометра в силу явления электростатической индукции и закона сохранения заряда в изолированной системе тел шар и стрелка электрометра заряжаются разноимёнными и равными по величине зарядами (шар — «–», стрелка — «+»). При этом часть металлического корпуса электрометра вблизи шкалы заряжается отрицательным зарядом в силу того же явления электростатической индукции, а остальная часть — равным ему по величине в силу закона сохранения заряда в изолированной системе тел положительным зарядом.
2) Стрелка электрометра отклоняется, так как одноимённые заряды на стрелке и на стержне отталкиваются, согласно закону взаимодействия зарядов.
3) При удалении наэлектризованной палки от электрометра одинаковые индуцированные заряды разных знаков на его шаре и на стрелке, а также меньшие по величине заряды на корпусе электрометра вблизи его шкалы и вдали от стрелки компенсируются, и отклонение стрелки прекращается.
4) Если коснуться корпуса электрометра рукой после поднесения к нему наэлектризованной палки и сразу убрать руку, то часть индуцированных на корпусе зарядов (положительных) стечёт на прикоснувшегося к нему человека, и на корпусе электрометра останется нескомпенсированный отрицательный заряд.
5) В силу явления электростатической индукции после удаления палки этот отрицательный нескомпенсированный заряд на корпусе электрометра вызовет появление положительного заряда на стрелке электрометра, расположенной вблизи шкалы, и отрицательного — на шаре электрометра, что и приведёт к отклонению стрелки, хотя и меньшему, чем при поднесении заряженной стеклянной палки к электрометру.
Критерии оценивания выполнения задания
Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ (в данном случае п.п. 1–5) и исчерпывающие верные рассуждения с указанием наблюдаемых явлений (в данном случае — упоминание явления электростатической индукции, закона сохранения заряда в изолированной системе тел и закона взаимодействия зарядов).
3
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении имеются следующие недостатки. В объяснении не указано или не используется одно из физических явлений, свойств, определений или один из законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим законом, свойством, явлением, определением и тому подобное).
Объяснения представлены не в полном объёме, или в них содержится один логический недочёт.
2
Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, но в нём не указаны два явления или физи ческих закона, необходимые для полного верного объяснения.
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки.
Электризация тел. Два вида электрических зарядов. Взаимодействие электрических зарядов. Закон сохранения электрического заряда
1. Если стеклянную палочку потереть о шёлк или бумагу, то она приобретёт способность притягивать лёгкие тела, например бумажки, волосы и пр. Тот же эффект можно наблюдать, если поднести к лёгким предметам эбонитовую палочку, потертую о мех. Тела, которые в результате трения приобретают способность притягивать другие тела, называют наэлектризованными или заряженными, а явление приобретения телами электрического заряда называют электризацией.
Подвесив на двух нитях лёгкие шарики из фольги и коснувшись каждого из них стеклянной палочкой, потёртой о шёлк, можно увидеть, что шарики оттолкнутся друг от друга. Если потом коснуться одного шарика стеклянной палочкой, потёртой о шёлк, а другого эбонитовой палочкой, потёртой о мех, то шарики притянутся друг к другу. Это означает, что стеклянная и эбонитовая палочки при трении приобретают заряды разных знаков, т.е. в природе существуют два рода электрических зарядов, имеющих противоположные знаки: положительный и отрицательный. Условились считать, что стеклянная палочка, потёртая о шёлк, приобретает положительный заряд, а эбонитовая палочка, потёртая о мех, приобретает отрицательный заряд.
Из описанного опыта также следует, что заряженные тела взаимодействуют друге другом. Такое взаимодействие называют электрическим. При этом одноимённые заряды, т.е. заряды одного знака, отталкиваются друг от друга, а разноимённые заряды притягиваются друг к другу.
На явлении отталкивания одноимённо заряженных тел основано устройство электроскопа — прибора, позволяющего определить, заряжено ли данное тело (рис. 77), и электрометра, прибора, позволяющего оценить значение электрического заряда (рис. 78).
Если заряженным телом коснуться стержня электроскопа, то листочки электроскопа разойдутся, поскольку они приобретут заряд одного знака. То же произойдёт со стрелкой электрометра, если коснуться заряженным телом его стержня. При этом, чем больше заряд, тем на больший угол отклонится стрелка от стержня.
2. Из простых опытов следует, что сила взаимодействия между заряженными телами может быть больше или меньше в зависимости от величины приобретённого заряда. Таким образом, можно сказать, что электрический заряд, с одной стороны, характеризует способность тела к электрическому взаимодействию, а с другой стороны, является величиной, определяющей интенсивность этого взаимодействия.
3. Электрон — частица, входящая в состав атома. В истории физики существовало несколько моделей строения атома. Одна из них, позволяющая объяснить ряд экспериментальных фактов, в том числе явление электризации, была предложена Э. Резерфордом. На основании проделанных опытов он сделал вывод о том, что в центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны. У нейтрального атома положительный заряд ядра равен суммарному отрицательному заряду электронов. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных частиц нейтронов. Заряд протона по модулю равен заряду электрона. Если из нейтрального атома удалены один или несколько электронов, то он становится положительно заряженным ионом; если к атому присоединяются электроны, то он становится отрицательно заряженным ионом.
Знания о строении атома позволяют объяснить явление электризации трением. Электроны, слабо связанные с ядром, могут отделиться от одного атома и присоединиться к другому. Это объясняет, почему на одном теле может образоваться недостаток электронов, а на другом — их избыток. В этом случае первое тело становится заряженным положительно, а второе — отрицательно.
4. Если потереть незаряженные стеклянную и эбонитовую пластинки друг о друга и затем внести их по очереди в полый шар, надетый на стержень электрометра, то электрометр зафиксирует наличие заряда и у стеклянной, и у эбонитовой пластинки. При этом можно показать, что пластинки будут иметь заряд противоположных знаков. Если в шар внести обе пластины стрелка электрометра останется на нуле. Подобное можно обнаружить, если потереть эбонитовую палочку о мех: мех, так же как и палочка, будет заряжен, но зарядом противоположного знака.
В результате трения электроны перешли со стеклянной пластины на эбонитовую, и стеклянная пластина оказалась заряженной положительно (недостаток электронов), а эбонитовая отрицательно (избыток электронов). Таким образом, при электризации происходит перераспределение заряда, электризуются оба тела, приобретая равные по модулю заряды противоположных знаков.
При этом алгебраическая сумма электрических зарядов до и после электризации остаётся постоянной: \( q_1+q_2+…+q_n=const \) .
В описанном опыте \( q_n \) алгебраическая сумма зарядов пластин до и после электризации равна нулю.
Записанное равенство выражает фундаментальный закон природы — закон сохранения электрического заряда. Как и любой физический закон, он имеет определённые границы применимости: он справедлив для замкнутой системы тел, т.е. для совокупности тел, изолированных от других объектов.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть 1
1. Если массивную гирю поставить на пластину из изолятора и соединить с электрометром, а затем несколько раз ударить по ней куском меха, то гиря приобретёт отрицательный заряд и стрелка электрометра отклонится. При этом кусок меха приобретёт заряд
2. Два точечных заряда будут притягиваться друг к другу, если заряды
1) одинаковы по знаку и любые по модулю 2) одинаковы по знаку и обязательно одинаковы по модулю 3) различны по знаку, но обязательно одинаковы по модулю 4) различны по знаку и любые по модулю
3. На рисунках изображены три пары одинаковых лёгких заряженных шариков, подвешенных на шёлковых нитях. Заряд одного из шариков указан на рисунках. В каком(-их) случае(-ях) заряд второго шарика может быть отрицателен?
1) только А 2) А и Б 3) только В 4) А и В
4. Ученик во время опыта по изучению взаимодействия металлического шарика, подвешенного на шёлковой нити, с положительно заряженным пластмассовым шариком, расположенным на изолирующей стойке, зарисовал в тетради наблюдаемое явление: нить с шариком отклонилась от вертикали на угол \( \alpha \) . На основании рисунка можно утверждать,что металлический шарик
1) имеет положительный заряд 2) имеет отрицательный заряд 3) не заряжен 4) либо не заряжен, либо имеет отрицательный заряд
5. Отрицательно заряженное тело отталкивает подвешенный на нити лёгкий шарик из алюминиевой фольги. Заряд шарика:
A. положителен Б. отрицателен B. равен нулю
Верными являются утверждения:
1) только Б 2) Б и В 3) А и В 4) только В
6. Металлический шарик 1, укреплённый на длинной изолирующей ручке и имеющий заряд \( +q \) , приводят поочерёдно в соприкосновение с двумя такими же изолированными незаряженными шариками 2 и 3, расположенными на изолирующих подставках.
Какой заряд в результате приобретёт шарик 2?
10. На рисунке изображены точечные заряженные тела. Тела А и Б имеют одинаковый отрицательный заряд, а тело В равный им по модулю положительный заряд. Каковы модуль и направление равнодействующей силы, действующей на заряд Б со стороны зарядов А и В?
1) \( F=F_А+А_В \) ; направление 2 2) \( F=F_А-А_В \) ; направление 2 3) \( F=F_А+А_В \) ; направление 1 4) \( F=F_А-А_В \) ; направление 1
11. Из перечня приведённых ниже высказываний выберите два правильных и запишите их номера в таблицу.
1) Сила взаимодействия между электрическими зарядами тем больше, чем больше расстояние между ними. 2) При электризации трением двух тел их суммарный заряд равен нулю. 3) Сила взаимодействия между электрическими зарядами тем больше, чем больше заряды. 4) При соединении двух заряженных тел их общий заряд будет меньше, чем алгебраическая сумма их зарядов до соединения. 5) При трении эбонитовой палочки о мех заряд приобретает только эбонитовая палочка.
12. В процессе трения о шёлк стеклянная линейка приобрела положительный заряд. Как при этом изменилось количество заряженных частиц на линейке и шёлке при условии, что обмен атомами при трении не происходил? Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями при этом. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.
ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА A) количество протонов на шёлке Б) количество протонов на стеклянной линейке B) количество электронов на шёлке
ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ 1) увеличилась 2) уменьшилась 3) не изменилась
Если потереть стеклянную палочку шёлком, то она электризуется, приобретая положительный заряд, и стрелка электрометра при поднесении палки к его шару отклоняется, а при удалении палки — возвращается к неотклонённому состоянию. Если же в момент поднесения наэлектризованной палки к электрометру коснуться рукой его металлического корпуса и сразу же убрать руку, то после удаления палки отклонение стрелки сохраняется, хотя и меньшее по величине. Объясните, основываясь на известных физических законах и закономерностях, почему это происходит.
Электрометр (см. рис.) представляет собой металлический цилиндрический корпус, передняя и задняя стенки которого стеклянные. Корпус закреплён на изолирующей подставке. Через изолирующую втулку внутрь корпуса сверху входит металлическая трубка, заканчивающаяся внизу стержнем с установленной на нём легкоподвижной стрелкой, отклонение которой определяется величиной заряда. Стрелка может вращаться вокруг горизонтальной оси. Внутри корпуса установлена шкала электрометра, по которой определяется отклонение стрелки. Снаружи корпуса, наверху трубки прикрепляется металлический шар или тарелка, к которой подносят заряженные тела.
1) При поднесении наэлектризованной положительным зарядом стеклянной палки к шару электрометра в силу явления электростатической индукции и закона сохранения заряда в изолированной системе тел шар и стрелка электрометра заряжаются разноимёнными и равными по величине зарядами (шар — «–», стрелка — «+»). При этом часть металлического корпуса электрометра вблизи шкалы заряжается отрицательным зарядом в силу того же явления электростатической индукции, а остальная часть — равным ему по величине в силу закона сохранения заряда в изолированной системе тел положительным зарядом.
2) Стрелка электрометра отклоняется, так как одноимённые заряды на стрелке и на стержне отталкиваются, согласно закону взаимодействия зарядов.
3) При удалении наэлектризованной палки от электрометра одинаковые индуцированные заряды разных знаков на его шаре и на стрелке, а также меньшие по величине заряды на корпусе электрометра вблизи его шкалы и вдали от стрелки компенсируются, и отклонение стрелки прекращается.
4) Если коснуться корпуса электрометра рукой после поднесения к нему наэлектризованной палки и сразу убрать руку, то часть индуцированных на корпусе зарядов (положительных) стечёт на прикоснувшегося к нему человека, и на корпусе электрометра останется нескомпенсированный отрицательный заряд.
5) В силу явления электростатической индукции после удаления палки этот отрицательный нескомпенсированный заряд на корпусе электрометра вызовет появление положительного заряда на стрелке электрометра, расположенной вблизи шкалы, и отрицательного — на шаре электрометра, что и приведёт к отклонению стрелки, хотя и меньшему, чем при поднесении заряженной стеклянной палки к электрометру.
Когда стеклянную палочку трут о шелк, она заряжается положительно, а шелк при этом — отрицательно. Это объясняется тем, что при трении электроны с палочки переходят на шелк, т. е. с того вещества, в котором силы притяжения к ядру атома меньше, на то вещество, в котором эти силы больше, в результате в стеклянной палочке будет недостаток электронов, а в шелке — избыток.
2. Почему при электризации трением на телах появляются равные по абсолютному значению, но противоположные по знаку заряды?
Заряды шерсти и эбонитовой палочки равны по абсолютному значению, ведь сколько электронов ушло с шерсти, столько же их прибавилось на эбоните, как в замкнутой системе.
3. Как передаётся гильзе заряд с тела, наэлектризованного отрицательно; положительно?
Пусть подвешена нейтральная гильза, и к ней подносят отрицательно заряженную палочку. В гильзе свободные электроны, попав в электрическое поле, переместятся в дальнюю от палочки сторону, после прикосновения электроны с палочки перейдут на гильзу, нейтрализовав, часть положительного заряда, в результате в целом гильза станет отрицательно заряженной. Если палочку подносят с положительным зарядом, то, наоборот, электроны с гильзы перетекут на палочку.
4. От чего зависит заряд, переходящий на ненаэлектризованное тело при соприкосновении его с наэлектризованным телом?
Когда заряд передается от заряженного тела к незаряженному, то величина переданного заряда зависит от соотношения величин этих тел. Чем больше незаряженное тело, тем больший заряд перетечет на него.
5. Почему при заземлении почти весь заряд тела уходит в землю?
Заземление основано на том, что огромная Земля перетягивает на себя практически весь заряд с наэлектризованного тела, поскольку ее величина несравнимо больше любого предмета на ней.
Сообщение на тему электризация полезна электризация вредна
ОГЭ 2021 по физике ›
1. Если стеклянную палочку потереть о шёлк или бумагу, то она приобретёт способность притягивать лёгкие тела, например бумажки, волосы и пр. Тот же эффект можно наблюдать, если поднести к лёгким предметам эбонитовую палочку, потертую о мех. Тела, которые в результате трения приобретают способность притягивать другие тела, называют наэлектризованными или заряженными, а явление приобретения телами электрического заряда называют электризацией.
Подвесив на двух нитях лёгкие шарики из фольги и коснувшись каждого из них стеклянной палочкой, потёртой о шёлк, можно увидеть, что шарики оттолкнутся друг от друга. Если потом коснуться одного шарика стеклянной палочкой, потёртой о шёлк, а другого эбонитовой палочкой, потёртой о мех, то шарики притянутся друг к другу. Это означает, что стеклянная и эбонитовая палочки при трении приобретают заряды разных знаков, т.е. в природе существуют два рода электрических зарядов, имеющих противоположные знаки: положительный и отрицательный. Условились считать, что стеклянная палочка, потёртая о шёлк, приобретает положительный заряд, а эбонитовая палочка, потёртая о мех, приобретает отрицательный заряд.
Из описанного опыта также следует, что заряженные тела взаимодействуют друге другом. Такое взаимодействие называют электрическим. При этом одноимённые заряды, т.е. заряды одного знака, отталкиваются друг от друга, а разноимённые заряды притягиваются друг к другу.
На явлении отталкивания одноимённо заряженных тел основано устройство электроскопа — прибора, позволяющего определить, заряжено ли данное тело (рис. 77), и электрометра, прибора, позволяющего оценить значение электрического заряда (рис. 78).
Если заряженным телом коснуться стержня электроскопа, то листочки электроскопа разойдутся, поскольку они приобретут заряд одного знака. То же произойдёт со стрелкой электрометра, если коснуться заряженным телом его стержня. При этом, чем больше заряд, тем на больший угол отклонится стрелка от стержня.
2. Из простых опытов следует, что сила взаимодействия между заряженными телами может быть больше или меньше в зависимости от величины приобретённого заряда. Таким образом, можно сказать, что электрический заряд, с одной стороны, характеризует способность тела к электрическому взаимодействию, а с другой стороны, является величиной, определяющей интенсивность этого взаимодействия.
Заряд обозначают буквой \( q \), за единицу заряда принят кулон: \( [q] \) = 1 Кл.
Если коснуться заряженной палочкой одного электрометра, а затем этот электрометр соединить металлическим стержнем с другим электрометром, то заряд, находящийся на первом электрометре, поделится между двумя электрометрами. Можно затем соединить электрометр с ещё несколькими электрометрами, и заряд будет делиться между ними. Таким образом, электрический заряд обладает свойством делимости. Пределом делимости заряда, т.е. наименьшим зарядом, существующим в природе, является заряд электрона. Заряд электрона отрицателен и равен 1,6·10-19 Кл. Любой другой заряд кратен заряду электрона.
3. Электрон — частица, входящая в состав атома. В истории физики существовало несколько моделей строения атома. Одна из них, позволяющая объяснить ряд экспериментальных фактов, в том числе явление электризации, была предложена Э. Резерфордом. На основании проделанных опытов он сделал вывод о том, что в центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны. У нейтрального атома положительный заряд ядра равен суммарному отрицательному заряду электронов. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных частиц нейтронов. Заряд протона по модулю равен заряду электрона. Если из нейтрального атома удалены один или несколько электронов, то он становится положительно заряженным ионом; если к атому присоединяются электроны, то он становится отрицательно заряженным ионом.
Знания о строении атома позволяют объяснить явление электризации трением. Электроны, слабо связанные с ядром, могут отделиться от одного атома и присоединиться к другому. Это объясняет, почему на одном теле может образоваться недостаток электронов, а на другом — их избыток. В этом случае первое тело становится заряженным положительно, а второе — отрицательно.
4. Если потереть незаряженные стеклянную и эбонитовую пластинки друг о друга и затем внести их по очереди в полый шар, надетый на стержень электрометра, то электрометр зафиксирует наличие заряда и у стеклянной, и у эбонитовой пластинки. При этом можно показать, что пластинки будут иметь заряд противоположных знаков. Если в шар внести обе пластины стрелка электрометра останется на нуле. Подобное можно обнаружить, если потереть эбонитовую палочку о мех: мех, так же как и палочка, будет заряжен, но зарядом противоположного знака.
В результате трения электроны перешли со стеклянной пластины на эбонитовую, и стеклянная пластина оказалась заряженной положительно (недостаток электронов), а эбонитовая отрицательно (избыток электронов). Таким образом, при электризации происходит перераспределение заряда, электризуются оба тела, приобретая равные по модулю заряды противоположных знаков.
При этом алгебраическая сумма электрических зарядов до и после электризации остаётся постоянной: \( q_1+q_2+…+q_n=const \).
В описанном опыте \( q_n \) алгебраическая сумма зарядов пластин до и после электризации равна нулю.
Записанное равенство выражает фундаментальный закон природы — закон сохранения электрического заряда. Как и любой физический закон, он имеет определённые границы применимости: он справедлив для замкнутой системы тел, т.е. для совокупности тел, изолированных от других объектов.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть 1
1. Если массивную гирю поставить на пластину из изолятора и соединить с электрометром, а затем несколько раз ударить по ней куском меха, то гиря приобретёт отрицательный заряд и стрелка электрометра отклонится. При этом кусок меха приобретёт заряд
2. Два точечных заряда будут притягиваться друг к другу, если заряды
1) одинаковы по знаку и любые по модулю 2) одинаковы по знаку и обязательно одинаковы по модулю 3) различны по знаку, но обязательно одинаковы по модулю 4) различны по знаку и любые по модулю
3. На рисунках изображены три пары одинаковых лёгких заряженных шариков, подвешенных на шёлковых нитях. Заряд одного из шариков указан на рисунках. В каком(-их) случае(-ях) заряд второго шарика может быть отрицателен?
1) только А 2) А и Б 3) только В 4) А и В
4. Ученик во время опыта по изучению взаимодействия металлического шарика, подвешенного на шёлковой нити, с положительно заряженным пластмассовым шариком, расположенным на изолирующей стойке, зарисовал в тетради наблюдаемое явление: нить с шариком отклонилась от вертикали на угол \( \alpha \). На основании рисунка можно утверждать,что металлический шарик
1) имеет положительный заряд 2) имеет отрицательный заряд 3) не заряжен 4) либо не заряжен, либо имеет отрицательный заряд
5. Отрицательно заряженное тело отталкивает подвешенный на нити лёгкий шарик из алюминиевой фольги. Заряд шарика:
A. положителен Б. отрицателен B. равен нулю
Верными являются утверждения:
1) только Б 2) Б и В 3) А и В 4) только В
6. Металлический шарик 1, укреплённый на длинной изолирующей ручке и имеющий заряд \( +q \), приводят поочерёдно в соприкосновение с двумя такими же изолированными незаряженными шариками 2 и 3, расположенными на изолирующих подставках.
Какой заряд в результате приобретёт шарик 2?
10. На рисунке изображены точечные заряженные тела. Тела А и Б имеют одинаковый отрицательный заряд, а тело В равный им по модулю положительный заряд. Каковы модуль и направление равнодействующей силы, действующей на заряд Б со стороны зарядов А и В?
1) \( F=F_А+А_В \); направление 2 2) \( F=F_А-А_В \); направление 2 3) \( F=F_А+А_В \); направление 1 4) \( F=F_А-А_В \); направление 1
11. Из перечня приведённых ниже высказываний выберите два правильных и запишите их номера в таблицу.
1) Сила взаимодействия между электрическими зарядами тем больше, чем больше расстояние между ними. 2) При электризации трением двух тел их суммарный заряд равен нулю. 3) Сила взаимодействия между электрическими зарядами тем больше, чем больше заряды. 4) При соединении двух заряженных тел их общий заряд будет меньше, чем алгебраическая сумма их зарядов до соединения. 5) При трении эбонитовой палочки о мех заряд приобретает только эбонитовая палочка.
12. В процессе трения о шёлк стеклянная линейка приобрела положительный заряд. Как при этом изменилось количество заряженных частиц на линейке и шёлке при условии, что обмен атомами при трении не происходил? Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями при этом. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.
ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА A) количество протонов на шёлке Б) количество протонов на стеклянной линейке B) количество электронов на шёлке
ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ 1) увеличилась 2) уменьшилась 3) не изменилась
Применение электризации
1.Электрофильтры.
Для очистки воздуха от пыли, например, при производстве цемента, очистки частиц дыма на ТЭС используют электрофильтры. Наэлектризованные частицы пыли притягиваются к заряженному элементу внутри фильтра.
2. Равномерное распыление краски краскопультом.
Электростатическая покраска используется для покрытия металлических поверхностей, например, в покрасочном цехе автомобильных кузовов. Для равномерного распыления краски на краскопульт подают отрицательный заряд, а кузову автомобиля сообщают положительный заряд. Отрицательно заряженные капельки краски равномерно распределяются по поверхности кузова, образуя прочный, ровный слой.
3. Изготовление наждачной бумаги.
4. Генератор высокого напряжения Ван де Граафа.
Электризация нашла практическое применение в науке и технике. До недавнего времени в ядерных исследованиях на ускорителях элементарных частиц широко применялся генератор Ван-дер-Ваальса. С его помощью удавалось генерировать напряжение до нескольких миллионов вольт. Генератор разработан в 1929 году американским физиком Робертом Ван-дер-Ваальсом. Используется электризация трением. Заряд переносится на движущейся ленте и многократно снимается с нее на полый металлический проводник.
5. Очистка зерна.
6. Дактилоскопия.
7. Лазерный принтер и ксерокс.
Электризация тел при облучении нашла применение в ксерокопирование и лазерном принтере.
8. Медицина.
При работе люстры Чижевского образуется большое количество отрицательных ионов кислорода. При вдыхании воздуха ионы кислорода отдают электрические заряды эритроцитам крови, а затем – клеткам. Вследствие чего улучшается обмен веществ в организме.
Ответы
Электрическое поле. Действие электрического поля на электрические заряды. Проводники и диэлектрики →
← Плавление и кристаллизация
Электризация тел. Два вида электрических зарядов. Взаимодействие электрических зарядов. Закон сохранения электрического заряда
Электризация тел и электрический заряд
Слова «электричество» и «электрический ток» знакомы сейчас каждому человеку. Электрический ток используется на транспорте, в наших домах, на заводах, фабриках, в сельском хозяйстве и т. д. Но чтобы понять, что он собой представляет, надо ознакомиться сначала с большим кругом явлений, называемых электрическими.
Некоторые из этих явлений были открыты еще в глубокой древности. Древнегреческий ученый Фалес (VII—VI вв. до н. э.) заметил, что натертый шерстью янтарь начинает притягивать к себе легкие кусочки других материалов (соломинки, шерстинки и т. п.). (Янтарь представляет собой затвердевшую смолу хвойных деревьев, которые росли на Земле около 50 миллионов лет назад.) Через две тысячи лет английский физик У. Гильберт (1544—1603) обнаружил, что аналогичной способностью обладает не только натертый янтарь, но и алмаз, сапфир, стекло и некоторые другие материалы. Все эти вещества он назвал электрическими, т. е. подобными янтарю (поскольку греческое слово «электрон» означает «янтарь»).
Впоследствии про тело, которое после натирания приобретало свойство притягивать к себе другие тела, стали говорить, что оно наэлектризовано, или что ему сообщен электрический заряд. А процесс сообщения телу электрического заряда стали называть электризацией.
Единица электрического заряда в СИ называется кулоном (1 Кл) в честь французского физика Ш. Кулона (1736—1806). Определение этой величины будет дано в § 10.
Тело, у которого q ≠ 0, называют заряженным, а тело, у которого q = 0,— нейтральным (незаряженным).
Обратимся к опыту. Возьмем стеклянную палочку и поднесем ее к маленьким кусочкам бумаги. Мы увидим, что ничего не произойдет. Это говорит о том, что в обычном состоянии стекло (как и большинство других тел) электрически нейтрально. Теперь потрем палочку о лист бумаги и снова поднесем ее к кусочкам бумаги. Мы увидим, как они тут же к ней притянутся (рис. 1). Это означает, что в результате трения о бумагу палочка наэлектризовалась: ее электрический заряд стал отличным от нуля (q ≠ 0).
Аналогичное явление можно наблюдать и при расчесывании сухих волос. Притяжение волос к расческе также представляет собой результат электризации. Приблизив наэлектризованную палочку к тонкой струйке воды, можно убедиться в том, что притягиваться способны не только твердые тела, но и жидкие (рис. 2).
Поднеся к руке наэлектризованный предмет или поместив руку вблизи экрана работающего телевизора, на поверхности которого тоже имеются электрические заряды, можно услышать легкое потрескивание, а в темноте иногда удается увидеть даже маленькие искорки. Это тоже проявление электричества.
Электрические заряды, возникающие при электризации трением, иногда называют статическим электричеством. Чаще всего оно является безобидным (например, когда вы снимаете через голову одежду из синтетического материала, шаркаете ногами по ковру или ерзаете на стуле во время урока). Но иногда оно бывает и опасным. Например, электризацию жидкости при трении о металл, по поверхности которого она течет, следует учитывать при переливании бензина из цистерны. Если не предпринимать специальных мер предосторожности, направленных на снятие электрического заряда, то это может привести к воспламенению бензина и взрыву.
Следует помнить, что в результате электризации трением электрический заряд приобретают оба тела. Например, при соприкосновении стеклянной палочки и резины электризуется и стекло, и резина. Резина, как и стеклянная палочка, начинает притягивать к себе легкие тела (рис. 3).
Чтобы наэлектризовать тела, одного касания, как правило, недостаточно. Тела следует, плотно прижав, тереть друг о друга. Делается это для того, чтобы уменьшить расстояние между телами и одновременно с этим увеличить площадь соприкосновения между ними.
Стеклянная палочка, потертая о шелк, притягивает к себе легкие предметы (например, кусочки бумаги). Те же кусочки будут притягиваться и к эбонитовой палочке, потертой о мех. (Эбонит — твердый материал, получаемый из каучука с большим количеством серы.) Означает ли это, что заряды, приобретенные этими телами, ничем не отличаются друг от друга?
Обратимся к опытам. Наэлектризуем трением о мех эбонитовую палочку, подвешенную на нити. Приблизим к ней другую такую же палочку, наэлектризованную трением о тот же кусочек меха. Мы увидим, что палочки оттолкнутся (рис. 4). Так как палочки одинаковые и наэлектризовали их трением об одно и то же тело, можно утверждать, что на них были заряды одного рода. Опыт показал, что тела, имеющие заряды одного рода, отталкиваются друг от друга.
Теперь поднесем к наэлектризованной эбонитовой палочке, подвешенной на нити, стеклянную палочку, потертую о шелк. Мы увидим, что они притянутся (рис. 5). Если бы на стеклянной палочке был заряд того же рода, что и на эбонитовой палочке, то они оттолкнулись бы. Мы же наблюдаем притяжение. Это означает, что заряд, образовавшийся на стекле, потертом о шелк, другого рода, чем на эбоните, потертом о мех. Опыт, показанный на рисунке 5, говорит о том, что тела, имеющие заряды разного рода, притягиваются друг к другу.
Приближая к подвешенной наэлектризованной эбонитовой палочке заряженные тела из различных веществ: резины, плексигласа, пластмассы, капрона и т. д.,— мы увидим, что в одних случаях палочка от них отталкивается, а в других притягивается.
Все эти опыты показывают, что в природе существуют два рода электрических зарядов.
Заряд того рода, который возникает на стекле, потертом о шелк, назвали положительным (+), а заряд того рода, который возникает на янтаре, потертом о шерсть, назвали отрицательным (–).
В результате опытов по электризации было установлено, что все вещества можно расположить в ряды, в которых предыдущее тело электризуется при трении о последующее тело положительно, а последующее при этом — отрицательно. Вот, например, один из таких рядов: кроличий мех, стекло, кварц, шерсть, шелк, хлопок, дерево, янтарь, каучук. Описанные выше опыты показывают, что характер взаимодействия заряженных тел подчиняется простому правилу: тела, имеющие электрические заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются, а тела, имеющие заряды противоположного знака, взаимно притягиваются. Более кратко это правило формулируют так: одноименные заряды отталкиваются друг от друга, а разноименные притягиваются.
. 1. Что называют электризацией? 2. От какого греческого слова происходит термин «электричество»? 3. Одно или оба тела электризуются при трении? 4. Какие два рода электрических зарядов существуют в природе? Из каких опытов следует, что их действительно два? 5. Сформулируйте правило, описывающее характер взаимодействия заряженных тел. 6. Кусочек дерева потерли о шелк. Какие заряды (по знаку) появились на кусочке дерева и какие на шелке? 7. Как называется единица заряда? 8. Выполнив экспериментальные задания, опишите опыты, изображенные на рисунке 6.
Экспериментальные задания. 1. Надуйте детский воздушный шарик, после чего потрите его о шерсть, мех или свои волосы. Почему шарик начинает прилипать к различным предметам и даже к потолку? 2. Оберните карандаш металлической фольгой и осторожно снимите с карандаша образовавшуюся гильзу. Подвесьте ее на шелковой или капроновой нити, как показано на рисунке 7. Коснитесь гильзы наэлектризованным телом, знак заряда которого известен. Затем наэлектризуйте другие тела (пластмассовую ручку, расческу, стеклянный стакан и т. п.) и, поднося их к гильзе, определите знак заряда этих тел. Результаты опытов запишите в тетрадь.
