29. Механізм електризації. Електроскоп - Бар'яхтар

• Назад до змісту

Контрольні запитання

1. Що і чому відбувається під час щільного контакту двох тіл, виготовлених із різних матеріалів?

При щільному контакті електрони переходять з однієї поверхні на іншу, через що обидва тіла отримують електричний заряд. Тіло, яке втратило електрони, стає позитивно зарядженим, а те, що їх отримало — негативно. Це стається тому, що різні речовини мають різну здатність утримувати електрони у своїх атомах.

2. У чому полягає відмінність провідників і діелектриків?

Провідники — це речовини, що мають безліч вільних електронів, які легко переміщуються по всьому об’єму тіла. У діелектриках (ізоляторах) вільні заряджені частинки майже відсутні. Через це з діелектриків заряд не стікає, і їх легко наелектризувати.

3. Що називають заземленням?

Заземлення — це технічний спосіб розрядити будь-яке наелектризоване тіло шляхом його з’єднання провідником із Землею. Оскільки Земля величезна, вона легко приймає або віддає необхідну кількість електронів для нейтралізації заряду тіла.

4. Як за допомогою негативно зарядженого тіла зарядити інше тіло позитивно?

Цього можна досягти за допомогою електризації через вплив: спочатку наблизьте негативно заряджене тіло до провідника, не торкаючись його. Далі на мить торкніться провідника рукою, щоб зайві електрони пішли в землю, після чого приберіть руку і віднесіть заряджене тіло. У результаті провідник залишиться з позитивним зарядом.

5. Які види електризації вам відомі? Наведіть приклади.

• Електризація тертям: наприклад, якщо потерти ебонітову паличку об вовну.
• Електризація дотиком: передача заряду від уже наелектризованого тіла до нейтрального.
• Електризація через вплив (індукція): відхилення смужок електроскопа при наближенні зарядженого предмета без контакту.

6. Для чого застосовують електроскоп? Як він сконструйований?

Електроскоп використовують для того, щоб виявити наявність електричного заряду в тіла. Прилад складається з металевої кульки (кондуктора), металевого стрижня та індикатора у вигляді двох легких паперових пелюсток. Стрижень відокремлений від металевого корпусу діелектриком, щоб заряд не зникав.

7. Чим електрометр відрізняється від електроскопа?

Електрометр, на відміну від електроскопа, обов’язково має металевий корпус, шкалу для порівняння значень зарядів та легку металеву стрілку замість паперових смужок.

Вправа № 29

1. Заряд якого знака матиме кулька, якщо під час досліду частина електронів «стекли» з її поверхні?

Кулька набуде позитивного заряду, оскільки вона втратила частину негативно заряджених електронів.

2. Чи може статися так, що після дотику до кондуктора зарядженого електроскопа якимось тілом електроскоп виявиться незарядженим?

Так, це можливо у двох випадках:

1. Якщо доторкнутися до кондуктора рукою або іншим заземленим провідником: людське тіло є провідником, тому надлишкові електрони “втечуть” через нього в Землю.
2. Якщо доторкнутися тілом, що має такий самий за значенням, але протилежний за знаком заряд.

3. У кожному з випадків А–Г на рис. 1 визначте знак заряду: електроскопа; кондуктора; паперових смужок.

• Випадок А: усі частини (електроскоп, кондуктор, смужки) заряджені позитивно (+).
• Випадок Б: усі частини мають негативний заряд (–).
• Випадок В: електроскоп нейтральний, кондуктор заряджений негативно, а смужки — позитивно.
• Випадок Г: електроскоп нейтральний, кондуктор позитивний, смужки мають негативний заряд.

4. Поясніть спостережуване явище (рис. 2). Запропонуйте предмети, якими можна замінити паличку в цьому досліді.

Явище пояснюється електризацією через вплив: заряджена паличка створює електричне поле, яке діє на молекули води, спричиняючи їх притягання до палички. Замінити паличку можна наелектризованим пластмасовим гребінцем, лінійкою або повітряною кулькою.

5. Електроскопу передали позитивний заряд (рис. 3, а). Потім до нього піднесли, не торкаючись, іншу заряджену паличку (рис. 3, б). Визначте знак заряду палички.

Паличка має позитивний заряд. Я так вважаю, тому що на рисунку 3, б кут розходження смужок електроскопа збільшився порівняно з рисунком 3, а. Це свідчить про те, що паличка відштовхнула ще більше позитивних зарядів із кондуктора вниз на смужки, що можливо лише тоді, коли паличка сама заряджена позитивно.

6. До незарядженої гільзи, що виготовлена з металевої фольги, піднесли, не торкаючись, скляну паличку, яка має позитивний заряд (рис. 4). Які з наведених тверджень є правильними?

• Твердження Б (Правильне): Гільза залишилася незарядженою (електрично нейтральною) в цілому, оскільки вона не торкалася палички й обміну зарядами не відбулося. Відбувся лише перерозподіл зарядів усередині неї.
• Твердження В (Правильне): Оскільки скляна паличка має позитивний заряд, вона притягує до себе негативно заряджені частинки. У металах такими частинками є вільні електрони. Паличка знаходиться знизу, тому електрони під дією електричного поля переміщуються по гільзі вниз (до палички).
• Твердження А (Неправильне): Частина гільзи, найближча до зарядженого тіла, завжди набуває протилежного заряду. Оскільки паличка позитивна, ближча частина гільзи стає негативною (надлишок електронів), а не позитивною.

7. Дві однакові провідні заряджені кульки торкнулись одна одної і відразу розійшлися. Обчисліть заряд кожної кульки після дотику, якщо перед дотиком заряд першої кульки дорівнював –3 ⋅ 10⁻⁹ Кл, а заряд другої кульки становив 9 ⋅ 10⁻⁹ Кл.

Дано:

Знайти:

Розв’язання:

За законом збереження заряду, після контакту однакових кульок загальний заряд ділиться між ними навпіл:

Обчислимо значення:

Відповідь: $3 \cdot 10^{-9} \text{ Кл}$ або 3 нКл.

8. Як за допомогою негативно зарядженої металевої кульки 1, не зменшуючи її заряду, позитивно зарядити незаряджену металеву кульку 2, а потім негативно зарядити незаряджену металеву кульку 3?

Треба заземлити кульку 2 і піднести до неї (без контакту) негативну кульку 1 — тоді кулька 2 стане позитивною. Далі приберіть заземлення і тільки потім віднесіть кульку 1. Після цього заземліть кульку 3 і піднесіть до неї вже заряджену позитивно кульку 2 — кулька 3 набуде негативного заряду за тим самим принципом.

9. Скориставшись додатковими джерелами інформації, підготуйте стисле повідомлення про Вільяма Гільберта (1544–1603).

Вільям Гільберт був видатним англійським лікарем і фізиком, який заклав основи вчення про магнетизм та електрику. У своїй праці «Про магніт» (1600 р.) він вперше довів, що Земля сама є величезним магнітом. Гільберт винайшов перший електроскоп для виявлення заряду та запровадив науковий термін «електрика».

Експериментальне завдання

Як стрижень електроскопа можна використати металеву спицю для плетіння, а замість смужок паперу — вузькі смужки фольги? Випробуйте виготовлений вами електроскоп.

Металева спиця добре проводить електрику, тому швидко передає заряд до індикатора. Смужки фольги набагато легші за папір, тому вони краще реагують на електричне поле і швидше відштовхуються одна від одної.

Виготовте з легкого паперу маленькі човники та пустіть їх на воду. За допомогою наелектризованого гребінця змусьте вашу «флотилію» рухатися.

На мою думку, цей дослід наочно демонструє взаємодію зарядженого тіла з незарядженими об’єктами через електричне поле. Коли гребінець наближається до човників, у папері відбувається перерозподіл зарядів (індукція), і вони починають притягуватися до гребінця. Це дозволяє керувати рухом човників на відстані