Что такое электризация тел и как она возникает?

Электризация тел и электрический заряд

Возьмём пластмассовую расчёску или авторучку и проведём ею несколько раз по сухим волосам или шерстяному свитеру. Как ни удивительно, но после этого действия пластмасса приобретёт новое свойство: начнёт притягивать кусочки бумаги, другие лёгкие предметы и даже тонкие струйки воды (см. рисунок). Подобные явления были известны ещё до нашей эры. Для опытов по электризации трением брали янтарь и натирали его шерстью. После этого янтарь и шерсть начинали притягивать к себе сухие травинки. Янтарь по-гречески – «электрон», от него и произошло слово «электричество».

Опыты показывают: наэлектризованное и ненаэлектризованное тела всегда притягиваются. Примеры: пластмассовая палочка и тонкая струйка воды, янтарь и сухие травинки. Опыты также показывают, что два тела, наэлектризованные трением друг о друга, всегда притягиваются. Например, наэлектризовавшись трением о наше тело, свитер или юбка «липнут» к телу.

Наэлектризованные тела (их также называют заряженными или имеющими заряд) могут не только притягиваться; они могут и отталкиваться. Проведём опыты. Натрём палочку из эбонита шерстяной варежкой, а палочку из стекла – шёлковым платком. Подвесив палочки на нитях, увидим, что эбонит и шерсть, а также стекло и шёлк притягивают друг друга (см. рисунок).

Теперь поменяем пары тел. Мы видим, что эбонит и шёлк, а также стекло и шерсть отталкивают друг друга (см. рисунок).

Есть и другие примеры отталкивания наэлектризованных тел.

Прежде учёные не делали различий между «стеклянным», «шерстяным», «шёлковым», «эбонитовым», «янтарным» и другими видами зарядов. Однако в 1733 году французский учёный Ш.Дюфэ проделал опыты и выяснил, что на электризуемых телах могут образовываться заряды только двух родов. Вот как он писал в своих научных трудах: «Один род я называю стеклянным электричеством, другой – смоляным. Тело, наэлектризованное стеклянным электричеством, отталкивает все тела со стеклянным электричеством и притягивает тела со смоляным электричеством». Сегодня два рода зарядов мы называем:

положительный заряд (так заряжается стекло, потёртое о шёлк; шерсть, потёртая об эбонит) + q
отрицательный заряд (заряд шёлка при трении о стекло; заряд эбонита при трении о шерсть) – q

Справа стоит символ ±q – физическая величина электрический заряд. Электрические заряды характеризуют модулем и знаком одновременно, выражая в специальных единицах, кулонах. Как можно измерить заряд и чему равен 1 кулон (1 Кл), мы узнаем в старших классах.

Многократно электризуя одни и те же тела, можно заметить, что сила их взаимодействия бывает различной: большей или меньшей. В физике это объясняют тем, что модуль заряда бывает большим или малым.

Для обнаружения заряженных тел и сравнения их зарядов применяют прибор электроскоп (см. рисунок). Металлический корпус 1 спереди закрыт стеклом 2. Внутрь прибора вставлен металлический стержень 3 с легкоподвижными лепестками 4. От корпуса стержень отделён круглой пластмассовой втулкой 5. Если верхней части стержня коснуться заряженным телом, то лепестки отклонятся друг от друга тем сильнее, чем больше модуль заряда тела. К сожалению, с помощью электроскопа невозможно определять знаки зарядов тел.

Источник

08-в. Объяснение электризации

  • Главная
  • Справочник
  • Физика
  • Книги, лекции и конспекты по физике
  • Физика 8 класс
  • Электронно-ионная теория
  • 08-в. Объяснение электризации

§ 08-в. Объяснение электризации

В § 8-а мы рассмотрели строение атома (положительно заряженное ядро и электронные оболочки) и строение металлов (положительно заряженные ионы и электронный газ). Это позволит нам объяснить явление электризации. Сделаем это.

При трении тел друг о друга «трутся» именно электронные оболочки атомов, из которых тела состоят. А так как электроны слабо связаны с ядрами атомов, то электроны могут отделяться от «своих» атомов и переходить на другое тело. В результате на нём возникает избыток электронов

(отрицательный заряд), а на первом теле –недостаток электронов (положительный заряд).

Итак, электризация трением

объясняется переходом части электронов от одного тела к другому, в результате чего тела заряжаются разноимённо. Поэтому тела, наэлектризованные трением друг о друга, всегда притягиваются (см. § 8-б). Но, кроме электризации трением, существует электризация индукцией (лат. «индукцио» – наведение). Рассмотрим её на опыте:

В начале опыта имеются два металлических шара, которые касаются друг друга (а). К одному из них подносят, не касаясь его, заряженную стеклянную палочку (б), после чего второй шар отодвигают (в). Теперь палочку можно убрать, – шары будут разноимённо заряжены (г).

Объясним этот опыт с точки зрения электронно-ионной теории.

Сначала металлические шары не были заряжены. Это значит, что электронный газ присутствовал в шарах в равных количествах (а). Поскольку палочка стеклянная, мы считаем её заряд положительным (см. § 8-б). Она притягивает отрицательно заряженные частицы – электроны. В результате электронный газ «перетекает» в левую часть левого шара, и в этом месте образуется избыток отрицательного заряда (б).

Все положительные ионы металла прочно связаны друг с другом (они и есть металл), поэтому никуда не «перетекают». Значит, во всех остальных частях шаров возникает недостаток электронов, то есть положительный заряд.

И если в этот момент, не убирая палочку, раздвинуть шары (в) и лишь затем убрать её, шары останутся разноимённо заряженными (г).

Итак, электризация индукцией

объясняется перераспределением электронного газа между телами (или частями тела), в результате чего тела (или части тела) заряжаются разноимённо. Однако возникает вопрос: все ли тела поддаются электризации индукцией? Можно проделать опыты и убедиться, что пластмассовые, деревянные или резиновые шары можно легко наэлектризовать трением, но невозможно индукцией. Объясним это. Электроны в резине, древесине и во всех пластмассах не являются свободными, то есть не образуют электронного газа, который может перетекать в другие тела.

Поэтому для электризации тел из этих веществ необходимо прибегнуть к их трению, способствующему отделению электронов от «своих» атомов и переходу на другое тело.

Итак, по электрическим свойствам все вещества можно разделить на две группы. Диэлектрики

– вещества, не имеющие свободных заряженных частиц и потому не проводящие заряд от одного тела к другому. Проводники– вещества со свободными заряженными частицами, которые могут перемещаться, перенося заряд в другие части тела или к другим телам. Это иллюстрирует рисунок с электроскопами, пластмассовой линейкой и металлической проволокой (см. выше). Электронно-ионная теорияФормулы Физика Теория 8 класс

Источник

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

1) равный нулю 2) положительный, равный по модулю заряду гири 3) отрицательный, равный заряду гири 4) положительный, больший по модулю заряда гири

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?

1) 0 2) ​\( \frac{q}{4} \)​ 3) \( \frac{q}{3} \) 4) \( \frac{q}{2} \)

7. От капли, имеющей электрический заряд ​\( -2e \)​, отделилась капля с зарядом ​\( +e \)​. Каков электрический заряд оставшейся части капли?

1) \( -e \) 2) \( -3e \) 3) \( +e \) 4) \( +3e \)

8. Металлическая пластина, имевшая отрицательный заряд \( -10e \), при освещении потеряла четыре электрона. Каким стал заряд пластины?

1) \( +6e \) 2) \( +14e \) 3) \( -6e \) 4) \( -14e \)

9. К водяной капле, имевшей электрический заряд \( +5e \) присоединилась кайля с зарядом \( -6e \). Каким станет заряд объединенной капли?

1) \( +e \) 2) \( -e \) 3) \( +11e \) 4) \( -11e \)

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

Электрический заряд. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона

Знакомство с явлениями электростатики лучше начинать в сухую погоду. Расчесывая волосы, снимая свитер можно наблюдать в темноте проскакивание крошечных искр и слабое потрескивание. Если потереть пластиковую расческу о волосы и поднести ее к мелким кусочкам бумаги, то они начнут притягиваться к расческе.

Электризация – физическое явление, которое приводит к возникновению взаимодействия (притяжения или отталкивания) двух тел , например, при приведении их в плотный контакт или при трении (стекло и кожа, плексиглас и шерсть, резина и шерсть). Обнаружено в Древней Греции при трении янтаря (по-гречески – «электрон») о шерсть.

Что такое электризация тел и как она возникает?

Взаимодействие наэлектризованных тел в состоянии покоя называется электростатическим взаимодействием.

Опыты по взаимодействию заряженных тел показали, что в природе существуют два вида заряда. Б. Франклин назвал один из них положительным, а другой – отрицательным. Разноименные заряды притягиваются, а одноименные – отталкиваются.

Различают следующие виды электризации:

  1. Трением.
  2. Соприкосновением.
  3. Через влияние
  4. При облучении.

При электризации тел трением всегда одновременно заряжаются оба участвующих в электризации тела (например, стекло и шелк). Причем одно из них приобретает положительный заряд, а другое – отрицательный. Если до электризации оба тела не были заряжены, то величина положительного заряда первого тела оказывается в точности равной величине отрицательного заряда второго тела.

Что такое электризация тел и как она возникает?

Современная теория объясняет электризацию твердых тел как перемещение электронов, входящих в состав атомов любых тел, с одного тела на другое.

В состав ядра входят положительно заряженные элементарные частицы – протоны. На теле, приобретающем отрицательный заряд, образуется избыточное число электронов по сравнению с числом протонов, а на положительно заряженном теле оказывается недостаток электронов по сравнению с числом протонов.

Электрический заряд – характеристика заряженного тела. Минимальный заряд обозначается буквой e и равен 1,6·10 –19 Кл. Такой заряд имеют электрон и протон. Первые, наиболее точные определения заряда электрона были выполнены американским ученым Р. Милликеном и русским физиком А. Ф. Иоффе.

Для обнаружения и измерения электрического заряда используют электрометр. По углу отклонения стрелки модно судить о величине заряда.

Уменьшение числа электронов в одном теле равно увеличению их числа в другом. При этом полный заряд такой системы не изменяется, оставаясь равным нулю.

Сохранение числа протонов и электронов на соприкасающихся телах объясняет подтверждающийся опытом закон сохранения заряда: в электрически замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов не меняется .

Что такое электризация тел и как она возникает?

Количественное исследование взаимодействия заряженных тел осуществил в 1785 году французский физик Ш. Кулон (1736-1806). Он исследовал взаимодействие небольших заряженных металлических шариков при помощи крутильных весов.

На тонкой проволоке была подвешена стеклянная палочка с двумя металлическими шариками на концах. Одному шарику сообщали электрический заряд. Рядом с ним помещали неподвижный заряженный таким же по знаку зарядом шар. По углу поворота стеклянной палочки Ш.Кулон определял силу взаимодействия. Расстояние измерялось между центрами шаров.

Модуль силы взаимодействия F12 между двумя неподвижными точечными электрическими зарядами q1 и q2 в вакууме пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния R12 между ними.

Точечный заряд – модель реальных заряженных тел, размер которых значительно меньше, чем расстояние между ними.

Если имеется система точечных зарядов, то сила, действующая на каждый из них, определяется как векторная сумма сил, действующих на данный заряд со стороны всех других зарядов системы. При этом сила взаимодействия данного заряда с каким-то конкретным зарядом рассчитывается так, как будто других зарядов нет.

Что такое электризация тел и как она возникает?

Сила взаимодействия точечных зарядов зависит от свойств среды, в которой они находятся:

Свойства среды определяет диэлектрическая проницаемость среды ε.

Границы применимости закона Кулона:

  • для точечных зарядов
  • для неподвижных зарядов
  • справедлив до расстояний не меньше 10 -15 м

Условия возникновения явления и способы передачи зарядов

Мы рассказали, как объясняется это явление в природе, а теперь давайте рассмотрим, как можно наэлектризовать тела. Сразу отметим, что выполнение всех условий необязательно – электризация может происходить по тем или иным причинам, разделим их на две основных группы:

Первая — это механическое взаимодействие. При трении расстояние между предметами сопоставимо расстоянию между молекулами в нём. Так как электроны в одном из тел слабее связаны с ядром – они переходят «вырываются» на другое тело. Другими способами электризации являются удар и соприкосновение.

Вторая группа — электризация влиянием, то есть явление наблюдается при воздействии на тело внешних сил, среди которых:

Электрическое поле. В результате воздействия поля на проводник на его поверхности появляются заряды, причем чем меньше радиус изгиба поверхности – тем больше зарядов здесь скопится. Так на острие будет больше всего зарядов, подробнее этот вопрос мы рассматривали в статье https://samelectrik.ru/kak-raspredelyayutsya-zaryady-v-provodnike-pri-protekanii-toka.html и здесь https://samelectrik.ru/chto-takoe-provodniki-poluprovodniki-i-dielektriki.html

  • Воздействие светом. Открыто профессором А.Г. Столетовым в 1888 году, заключается в том, что при воздействии светом на цинк, алюминий, цезий, натрий, свинец, калий и другие металлы они теряют электроны и становятся заряженными положительно.
  • Теплом. При нагревании металла электронам сообщается энергия достаточная для того чтобы покинуть пределы металла, в результате он приобретает положительный заряд.
  • Химическая реакция. При наличии двух электродов из разных металлов происходят окислительно-восстановительные реакции, в результате один из них становится заряженным положительно, а второй – отрицательно. Подробнее мы это рассматривали в статье про анод и катод.
  • Под давлением. В пьезоэлектриках (кварц, сегнетовая соль, фосфат аммония), при механическом воздействии (сжатии или растяжении), на гранях образуются положительные и отрицательные заряды.

Это и есть основные виды электризации.

Виды электрических зарядов

Позволяют ли полученные знания объяснить, каким образом тела получают заряд при трении? Пока нет. Нам потребуется провести еще несколько опытов. Воспользуемся способами получения статического электричества, известными уже с давних времен. Например, потрем стеклянную палочку о шелковую ткань или эбонитовую палочку о шерстяную ткань. Для проведения опыта нужно подвесить на нитках к штативу цилиндры из алюминиевой фольги. Их можно зарядить при помощи наэлектризованных тел. Для этого нужно дотронуться до них наэлектризованной стеклянной или эбонитовой палочкой. В зависимости от того, чем до них дотронулись, цилиндры будут либо взаимно притягиваться, либо взаимно отталкиваться

Также обратим внимание на то, что произойдет, если изменить расстояние между цилиндрами. 

Поскольку результаты опыта показали, что между заряженными телами имеется только два вида взаимодействия, можно сделать вывод, что существует два вида электрических зарядов, которые влияют на зарядку тел. Чтобы различать эти заряды между собой, один из них стали называть положительным зарядом. Его обозначают знаком «плюс» (+). Второй тип зарядов называется отрицательным зарядом и обозначается знаком «минус» (–). При этом такие названия вовсе не означают, что одни электрические заряды лучше, чем другие. Заряды одного вида называются одноименными зарядами, а разных видов — разноименными зарядами. Опыт показал, что разноименно заряженные тела притягиваются, а одноименно заряженные тела отталкиваются. Причина этого кроется во взаимодействии сил между электрическими зарядами. 

Что такое электризация тел и как она возникает?

Незаряженные тела не взаимодействуют между собой. Если тела имеют противоположный заряд (+ и –), то они притягиваются; одноименно заряженные тела (+ и + или – и –) отталкиваются 

Из результатов опыта также видно, что при увеличении расстояния между цилиндрами они притягиваются или отталкиваются слабее, чем тогда, когда находятся близко друг к другу. Поэтому можно предположить, что так же изменяется и сила взаимодействия, а именно: сила взаимодействия как между одноименными, так и между разноименными зарядами увеличивается, если расстояние между зарядами уменьшается, и уменьшается, если расстояние между зарядами увеличивается.

Что такое электризация тел и как она возникает?

Чем больше расстояние между заряженными телами, тем с меньшей силой они взаимодействуют между собой

Заряд первого тела

Заряд второго тела

Взаимодействие

+

притягиваютсяотталкиваются

+

+

притягиваютсяотталкиваются

притягиваютсяотталкиваются

+

притягиваютсяотталкиваются

Положительный заряд обозначают знаком +‒, а отрицательный заряд — знаком +‒.

Одноименно заряженные тела отталкиваютсяпритягиваются, а разноименно заряженные тела отталкиваютсяпритягиваются.

Чем больше расстояние между заряженными телами, тем с большейменьшей силой они взаимодействуют между собой.

Подумай!

  • Откуда мы знаем, что существует только два вида зарядов? 
  • Подвешенный на нитке цилиндр из фольги притягивается как к положительно, так и отрицательно заряженному телу. Какой заряд у самого цилиндра? 

Seotud sisu

Muud tegevused

  • Kopeeri link
  • Teata veast

Бизнес и финансы

БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиУправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги — контрольЦенные бумаги — оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудитМеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетикаАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством

Инструменты для эксперимента

Для подтверждения сил электродинамики проводят простые физические опыты при помощи подручных средств. Одними из таких послужат:

  • Два металлических диска.
  • Лоскут шерстяной ткани под размер.
  • Электроскоп. Либо собственное изобретение: примером может служить металлический стержень, соединенный проводником с одним из дисков. Последний устанавливается плоскостью горизонтально. Стержень же расположен вертикально, у основания на небольшом расстоянии можно наложить мелко изрезанные кусочки бумаги.

Что такое электризация тел и как она возникает?

Один из дисков нужно взять в руку. Обязательно использовать диэлектрические перчатки. На втором уложена ткань.

Определение

В физике электризацией называют процесс, при котором происходит перераспределения зарядов, на поверхностях разнородных тел. При этом на телах скапливаются заряженные частицы противоположных знаков. Наэлектризованные тела могут передавать часть накопленных заряженных частиц другим предметам или окружающей среде, контактирующей с ними.

Заряженное тело передаёт заряды при непосредственном контакте с ним нейтральных или противоположно заряженных предметов, либо через проводник. По мере перераспределения взаимодействие электрических зарядов уравновешивается, и процесс перетекания прекращается.

Важно помнить, что при электризации тел новые электрические частицы не возникают, а лишь перераспределяются уже существующие. При электризации действует закон сохранения заряда, согласно которому алгебраическая сумма отрицательных и положительных зарядов всегда равна нулю

Другими словами – количество отрицательных зарядов переданных другому телу при электризации равняется количеству оставшихся заряженных протонов противоположного знака.

Известно, что носителем элементарного отрицательного заряда является электрон. Протоны же обладают положительными знаками, но эти частицы прочно связаны ядерными силами и не могут свободно перемещаться при электризации (за исключением кратковременного высвобождения протонов в процессе разрушения атомных ядер, например, в различных ускорителях). В целом атом, обычно, электрически нейтрален. Его нейтральность может нарушить электризация.

Однако, отдельные электроны из облака, окружающего многопротонные ядра, могут покидать свои отдалённые орбиты и свободно перемещаться между атомов. В таких случаях образуются ионы (иногда называемые дырками), имеющие положительные заряды. См. схему на рис. 1.

Что такое электризация тел и как она возникает?

В твёрдых телах ионы связаны атомными силами и, в отличие от электронов, не могут изменить своё расположение. Поэтому только электроны являются переносчиками заряда в твёрдых телах. Для наглядности мы будем считать ионы просто заряженными частицами (абстрактными точечными зарядами), которые ведут себя так же, как и частицы с противоположным знаком – электроны.

Что такое электризация тел и как она возникает?

Физические тела в естественных условиях электрически нейтральные. Это значит, что их взаимодействия уравновешены, то есть, количество ионов заряженных положительно равно количеству отрицательно заряженных частиц. Однако, электризация тела нарушает это равновесие. В таких случаях электризация является причиной изменения баланса кулоновских сил.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: