Перейти к содержимому
RanimusВетвь разума
ВойтиРегистрация

Электризация. Электрическое поле

Два рода зарядов, электроскоп, проводники и диэлектрики, делимость заряда, строение атома, электрическое поле.

ДоступнаСложность: ★★☆☆☆Время: 55 минЗа прохождение: 53 (с первой попытки 63)
Пройти тест Пропустить тему

Пожаловаться

ТеорияТестДомашняя работа3Самоконтроль3

Зачем это нужно

Расчёсанные волосы тянутся за расчёской, воздушный шарик после трения о свитер прилипает к стене, свитер искрит при снятии, а молния бьёт из грозовой тучи. Всё это — электрические явления. С них началось изучение электричества, без которого невозможна современная жизнь: освещение, связь, компьютеры. Электростатику используют в ксероксах и лазерных принтерах, при покраске автомобилей, в фильтрах очистки дымовых газов. А понимание строения атома, которое возникает в этой теме, — основа всей современной физики и химии.

Электризация тел

Если потереть стеклянную палочку о шёлк или эбонитовую — о шерсть, палочки начинают притягивать мелкие кусочки бумаги. Говорят, что они наэлектризовались — приобрели электрический заряд.

Электризация — процесс сообщения телу электрического заряда. В электризации всегда участвуют два тела, и электризуются оба.

Опыты показывают, что существуют два рода зарядов:

  • положительный (+) — как у стекла, потёртого о шёлк;
  • отрицательный (−) — как у эбонита, потёртого о шерсть.

Взаимодействие заряженных тел: два шарика с одноимёнными зарядами на нитях отталкиваются, два шарика с разноимёнными зарядами притягиваются

Закон взаимодействия зарядов: тела с одноимёнными зарядами отталкиваются, с разноимёнными — притягиваются.

Электроскоп

Электроскоп — прибор для обнаружения электрического заряда. Металлический стержень с двумя лёгкими лепестками (или стрелкой) находится в корпусе. Если коснуться стержня заряженным телом, заряд распределится по стержню и лепесткам, они получат одноимённый заряд и разойдутся. Чем больше заряд, тем сильнее расхождение. Электрометр позволяет измерять заряд по шкале.

Проводники и диэлектрики

  • Проводники — вещества, по которым заряд может перемещаться: металлы, водные растворы солей, тело человека, земля.
  • Диэлектрики (изоляторы) — вещества, не проводящие заряд: стекло, эбонит, резина, пластмассы, сухой воздух, фарфор.
  • Полупроводники (кремний, германий) занимают промежуточное положение; из них делают транзисторы и микросхемы.

Поэтому металлический стержень, который держат в руке, наэлектризовать трением нельзя: заряд сразу уходит через тело в землю. А провода покрывают изоляцией.

Электрическое поле

Заряженные тела действуют друг на друга на расстоянии — через электрическое поле. Каждый заряд создаёт вокруг себя электрическое поле, и это поле действует на другие заряды с силой, которую называют электрической. Чем ближе к заряду, тем сильнее поле.

Делимость заряда. Электрон

Опыты физика Абрама Иоффе и американского учёного Роберта Милликена показали: заряд нельзя делить бесконечно. Существует наименьший заряд — заряд электрона:

e=1,6⋅10−19 Кл.e = 1{,}6 \cdot 10^{-19} \text{ Кл}.

Единица заряда — кулон (Кл). Электрон имеет отрицательный заряд и очень малую массу (9,1⋅10−319{,}1 \cdot 10^{-31} кг).

Строение атома и объяснение электризации

Атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него электронов. Ядро составлено из протонов (заряд +e+e) и нейтронов (без заряда). В целом атом нейтрален: число электронов равно числу протонов. Например, у атома водорода 1 протон и 1 электрон, у атома углерода — 6 и 6.

Если атом теряет электрон, он становится положительным ионом, если присоединяет лишний — отрицательным ионом.

Объяснение электризации: при тесном контакте электроны переходят с одного тела на другое. Тело, получившее лишние электроны, заряжается отрицательно, потерявшее — положительно. Заряды не создаются и не исчезают — они только перераспределяются. Это закон сохранения электрического заряда.

Разобранный пример 1

Эбонитовую палочку потёрли о шерсть, и она получила заряд −3,2⋅10−10-3{,}2 \cdot 10^{-10} Кл. Сколько лишних электронов на палочке и какой заряд у шерсти?

  1. N=3,2⋅10−101,6⋅10−19=2⋅109N = \frac{3{,}2 \cdot 10^{-10}}{1{,}6 \cdot 10^{-19}} = 2 \cdot 10^9 электронов.
  2. Шерсть отдала столько же электронов: её заряд +3,2⋅10−10+3{,}2 \cdot 10^{-10} Кл.

Разобранный пример 2

Два одинаковых металлических шарика с зарядами +6+6 нКл и −2-2 нКл привели в соприкосновение и развели. Какой заряд у каждого?

Общий заряд +4+4 нКл распределится поровну: по +2+2 нКл.

Статическое электричество в жизни

Электризация бывает и полезной, и опасной. В лазерном принтере барабан заряжают, луч лазера снимает заряд в нужных местах, и частицы тонера прилипают только к заряженным участкам. При окраске автомобилей капли краски заряжают, и они равномерно оседают на кузове. А вот на бензовозах электризация опасна: от трения бензина о стенки цистерны может проскочить искра, поэтому к ним крепят заземляющую цепь, касающуюся дороги. Молния — гигантская искра между заряженными облаками и землёй; от неё защищает молниеотвод, предложенный Бенджамином Франклином.

Типичные ошибки

  • Считать, что при электризации заряжается только одно тело. Заряжаются оба, равными по модулю и противоположными по знаку зарядами.
  • Думать, что при электризации переходят протоны. Переходят электроны; ядра остаются на месте.
  • Путать: одноимённые заряды отталкиваются.
  • Считать, что металл нельзя наэлектризовать вообще. Можно, если держать его за изолирующую ручку.
  • Считать, что заряд можно делить бесконечно.

Что дальше