Электризация тел

1. Электризация тел

Проделайте опыт. Положите на стол небольшие кусочки бумаги. Затем проведите по сухим волосам расческой и поднесите ее к этим бумажкам. Вы увидите: кусочки бумаги притянулись к расческе. Так как бумажка поднялась вверх против действия силы тяжести, то можно утверждать, что на нее подействовала другая сила, направленная вверх. Что это за сила?

Явление притяжения натертым телом других тел было обнаружено в Древней Греции. Еще тогда люди увидели, что кусочек янтаря, потертый о шерсть, притягивает к себе маленькие тела. Это явление использовали для удаления пыли с дорогих одежд, которые вытряхивать было нельзя, иначе можно повредить пурпурную краску, которой они были выкрашены. (Слово «янтарь» по-гречески — электрон.)
Явления, связанные со взаимодействием тел, которые были приведены в контакт друг с другом (расческа с волосами, янтарь с шерстью и т. д.), стали называть электризацией тел, а возникающие при этом силы — электрическими силами. Эти термины стали общепринятыми в науке.

Электризация наблюдается всегда при контакте двух разнородных тел. Так, если разгладить руками на листе плексигласа лист бумаги, например листы газеты, то обнаружится: газета и плексиглас прилипают друг к другу. Следовательно, эти тела электризуются, т. е. между ними возникают электрические силы притяжения. Также электризация наблюдается при контакте стекла и кожи, эбонита или резины и шерсти, плексигласа и шерсти и т. д.

2. Два рода электрических зарядов

Если тело электризуется, то говорят, что оно приобретает электрический заряд q. Электрический заряд всегда связан с каким-либо телом (или частицей) и не может существовать сам по себе, так как он характеризует определенные свойства частиц (или тел). Существует два рода электрических зарядов - положительные и отрицательные. Заряд наэлектризованной стеклянной палочки условно называют - положительным (+), а эбонитовой (янтарной) — отрицательным (-).

В процессе электризации плексигласовой палочки трением о шерсть плексиглас приобретает отрицательный заряд, а шерсть — равный по модулю, но положительный заряд. Точно так же при контакте стекла и кожи стеклянная палочка приобретает положительный заряд, а кожа — равный по модулю, но отрицательный заряд. Иными словами — электрические заряды не создаются и не исчезают, они лишь перераспределяются между контактирующими телами, т.е. в результате электризации трением электрический заряд приобретают оба тела. Если одно тело приобретает положительный электрический заряд, то второе тело тоже приобретает равный по модулю отрицательный заряд.

Явление электризации подчиняется закону сохранения электрического заряда. Во всех явлениях электризации тел в замкнутой системе суммарный электрический заряд сохраняется.

Многочисленными опытами установлено, что одноименно заряженные тела отталкиваются, разноименно заряженные тела притягиваются .

3. Электроскоп

Для изучения свойств заряженных тел издавна пользовались электроскопами (1). Конструкция их проста: в металлической оправе проходит металлический стержень, на конце которого закреплены два листика тонкой бумаги. Оправа с двух сторон закрыта стеклом. Для опытов с электричеством используют и другой, более совершенный прибор - электрометр (2). Здесь легкая металлическая стрелка заряжается от металлического стержня, отталкиваясь от него на тем больший угол, чем больше они заряжены.

1. 2.

Возьмем два электрометра и один из них зарядим. Соединяя электрометры металлической палочкой, убеждаемся, что электрический заряд передается от одного электрометра к другому. Тела, обладающие таким свойством, называются проводниками. К хорошим проводникам относятся металлы, растворы кислот, щелочей, солей и т.д. Если электрометры соединить каучуковой палочкой, то в этом случае заряд не передается. Такие вещества называются изоляторами (или диэлектриками). Диэлектриками являются фарфор, эбонит, стекло, резина, пластмассы, воздух и др.

4. Электрическое поле

Опыты, позволяющие обнаружить притяжение или отталкивание заряженных тел, убеждают нас в том, что электрические заряды взаимодействуют на расстоянии. Причем чем ближе друг к другу находятся наэлектризованные тела, тем взаимодействие между ними сильнее, чем дальше - тем слабее. Согласно учению английских физиков Фарадея и Максвелла вокруг заряженных тел существует среда, посредством которой осуществляется электрическое взаимодействие. Пространство, окружающее один заряд, воздействует на пространство, окружающее другой заряд и наоборот. Посредником в этом взаимодействии является электрическое поле. Главное свойство электрического поля заключается в его способности действовать на электрические заряды с некоторой силой. Направление сил, действующих в электрическом поле, зависит от знака заряда тела, вокруг которого существует поле, их значение - от расстояния рассматриваемой точки до заряженного тела. Вблизи заряженных тел создаваемое ими поле сильнее, а вдали слабее.

5. Дискретность электрического заряда

Дискретность электрического заряда была доказана опытами Иоффе и Милликена. А.Ф. Иоффе, изучая действие электрического поля на мельчайшие заряженные пылинки цинка, которые можно было наблюдать только в микроскоп, установил очень важную закономерность: заряд пылинок изменялся только в целое число раз (в 2, 3, 4, 5 и т.д.) от какого-то наименьшего его значения. Этот результат можно объяснить только так. К пылинке цинка присоединяется или от нее отделяется только наименьший заряд (или целое число таких зарядов). Был сделан вывод о существовании в природе частицы, имеющей наименьший заряд, который более не делится. Эту частицу назвали электроном.

Электрон обладает массой и энергией. Масса электрона составляет m=9,1 * 10^-31 кг. Значение заряда электрона определил американский ученый Р. Милликен. Он установил, что электрон имеет отрицательный заряд q = -1,6 * 10^-19 Кл. За единицу электрического заряда принят 1 кулон (Кл).

6. Строение атома

Английский физик Эрнест Резерфорд исследуя излучение радиоактивных веществ, особое внимание уделил излучению, состоящему из положительно заряженных частиц, называемых a-частицами. Он установил, что каждая a-частица, попадая на экран из сернистого цинка, вызывает вспышку света. Испытав рассеяние в золотой фольге, a-частицы ударялись затем в экран и регистрировались с помощью микроскопа. Анализируя результаты многочисленных опытов, Резерфорд предложил ядерную ("планетарную") модель атома: в центре атома находится ядро, состоящее из протонов (положительно заряженная частица) и нейтронов (частица, не имеющая заряда), а вокруг ядра движутся электроны (отрицательно заряженная частица).

В нормальном состоянии атом нейтрален, т.е. количество положительных и отрицательных частиц одинаково. Атом, потерявший один или несколько электронов, становится положительным ионом. И наоборот, лишний электрон может присоединится к нейтральному атому. В этом случае атом приобретает отрицательный заряд и становится отрицательным ионом.

7. Объяснение электризации тел на основе электронных представлений

Электризация тел - процесс перераспределения электрических зарядов, имеющихся в телах, в результате чего тела приобретают заряды противоположных знаков. При электризации заряды не порождаются, а лишь разделяются и перераспределяются между телами; при этом выполняется закон сохранения электрического заряда.

Дополнительные Интернет-ресурсы:

http://www.fizika.ru Сайт для учащихся и преподавателей физики

http://elkin52.narod.ru Занимательная физика в вопросах и ответах