Электризация наведением. Секреты электризации тел. Взаимодействие электрически заряженных тел

Культура взаимодействия - это взаимодействие культур.

Интерактивное изложение темы Электризация тел. Электрический заряд

Развлекались ли вы таким нехитрым фокусом: если потереть о сухие волосы надутый воздушный шарик, а потом приложить его к потолку, то он как бы "прилипает"?

Нет? Попробуйте! Не менее забавно потом торчат во все стороны волосы. Такой же эффект получается иногда при расчесывании длинных волос. Они торчат и липнут к расческе. Ну и всем знакомы ситуации, когда походив в шерстяных или синтетических вещах, прикасаешься к чему-то или к кому-то и чувствуешь резкий укол. В таких случаях говорят – бьет током. Все это примеры электризации тел. Но откуда возникает электризация, если мы все прекрасно знаем, что электрический ток живет в розетках и батарейках, а не в волосах и одежде? Посмотрите мультик

Явление электризации тел: способы электризации

Электризации тел при соприкосновении (трение эбонитовой или стеклянной палочки о мех или шелк). Потрите ручку о шерсть или мех, а затем поднесите к мелко нарезанным кусочкам бумаги, соломинкам или шерстинкам. Вы увидите, как эти кусочки притягиваются к ручке. То же произойдет с тонкой струей воды, если поднести к ней наэлектризованную ручку.

Два рода электрических зарядов

Впервые подобные эффекты были обнаружены с янтарем , потому и были названы электрическими от греческого слова «электрон» – янтарь. Янтарь. Время: 5:32 И способности тел притягивать другие предметы после соприкосновения, а натирание – это лишь способ увеличить площадь соприкосновения, назвали электризацией или приданием телу электрического заряда. Опытным путем установили, что существует два рода электрических зарядов. Если натереть стеклянную и эбонитовую палочки, то они будут притягиваться между собой. А две одинаковые – отталкиваться . И это происходит не потому, что они не нравятся друг другу, а потому, что у них разные электрические заряды. Электрический заряд стеклянной палочки условились называть положительным, а эбонитовой – отрицательным. Обозначаются они, соответственно, знаками «+» и «-». Имеется в виду, что они противоположны друг другу.

В наше время широко используют легко электризующиеся предметы – пластмассы, синтетические волокна, нефтепродукты. При трении таких веществ возникает электрический заряд, который иногда бывает как минимум неприятен, как максимум он может быть вреден. В промышленности с ними борются специальными средствами. В быту же самый простой способ избавиться от электризации – это смочить наэлектризованную поверхность. Если воды под рукой нет, то поможет прикосновение к металлу или земле. Эти тела снимут электризацию. А чтобы вообще не ощущать на себе эти неприятные эффекты рекомендуется пользоваться антистатиками.

Разряд тока между людьми, одетыми в шерстяную одежду, удивляет и веселит. Чтобы понять, почему так происходит следует ознакомиться, что такое электризация тел? Ответы на возникающие вопросы можно найти в разделе физики "Электродинамика". В нём описывается принцип накопления зарядов твердыми телами и действующие законы движения частиц.

Основные моменты

Чтобы определиться, что такое электризация тел, рассмотрим определения и закономерности движения заряженных частиц. Существует два противоположных вида: электроны (отрицательные) и протоны (положительные) заряды. При огромном их скоплении формируется электромагнитное поле. И чем ближе тела со статикой расположены друг к другу, тем более сильное воздействие оказывается.

После соприкосновения тел происходит обмен зарядами, выравниваются потенциалы (притяжение или отталкивание пропадает). Частицы одного знака стремятся отдалиться, разного наоборот притягиваются. Этим можно объяснить, что такое электризация тел: взаимное влияние электромагнитных полей, созданных электронами и протонами.

Попытаемся объяснить простым языком, что такое электризация тел: чтобы образовалось электромагнитное поле, нужно сначала осуществить действие, помогающее накопить заряд:

• трение;
• влияние магнитом;
• удар по предмету;
• химическая реакция;
• приложить к предмету через проводники источник питания (хотя бы батарейку).

Существует множество простых опытов, доказывающих на практике закономерности электродинамики.

Некоторые доказательства закономерностей

В качестве примеров можно провести простые опыты для детей:

• Берём обычную расчёску плоскую, лучше пластмассовую, но подойдёт и железная. Используем волосы или другие натуральные вещи: шубу, парик, шерстяной платок или свитер. Нужно несколько раз интенсивно натереть зубчики. Перед этим мелко измельчают бумагу и потом подносят к ней наэлектризовавшийся предмет. Кусочки моментально прилипают к расческе.
• можно провести камнем янтаря, натертым аналогичным образом. После он может притягивать сухие травинки и другие предметы. Если его поднести к тонкой струе воды, то увидим как она отклоняется в сторону камня.

Шерстяная и шелковая ткани

О шелковый платок натирают стеклянную палочку. После к ней может прилипать практически любой мелкий предмет. Хорошо это заметно, когда наконечник подносим к волосам или тонким лентам бумаги.

Предметы из эбонита хорошо электризуются при трении о шерстяную ткань. А стеклянные палочки натирают шёлком. Однако у этих предметов получается различный заряд. Доказательством этому служит опыт, приведенный ниже.

Натертый шерстью эбонит будет отталкивать от себя шёлк. Чтобы увидеть это, подвесим оба предмета на одну нить и будем постепенно их сближать так, чтобы они свободно свисали. В итоге увидим как ткань начнёт отклоняться в сторону.

Аналогичное явление произойдёт и при опыте со стеклянной палочкой и шерстью. Электризация тел при трении фактически происходит благодаря преобразованию одной энергии в другую.

В повседневной жизни

Вокруг нас постоянно происходит электризация тел. При трении некоторых предметов она становится настолько высокой, что к ним притягиваются даже габаритные тяжелые детали. В домашних условиях наблюдать процесс электризации можно следующим образом:

• Одеваем домашние тапочки матерчатые, только не с резиновой подошвой. Натираем длительно ногами по ковру или деревянному полу. И если коснуться кончиком пальцев с напарником, то получите разряд. В темноте будет видно как он сверкает.
• Часто незаземленные холодильники и стиральные машины тоже бились статическим электричеством. Это происходило по причине трения вращающихся частей.
• Электризуются ладони после трения их о ту же шерсть или шелк. Одежда на человеке притягивает разного рода пушинки, ворсинки по причине электризации. Девочки убирают её спреями-антистатиками, чтобы юбка не липла к ногам во время ходьбы.

Телевизоры по этой же причине притягивают пыль к экранам и корпусу. А воздушный шарик, натертый о волосы головы, можно надолго подвесить к потолку. Происходит притяжение заряженной поверхности к обоям или другому покрытию.

Обозначения в электродинамике

Для классификации и количественного обозначения явления заряженных частиц используется буква q. Положительные протоны указывают так - +q. Отрицательные электроны получили символ -q.

Для расчётов используют общее количество зарядов. Их складывают или отнимают для получения истинного уровня электризации предмета. В спокойном состоянии любой уровень частиц постоянен и имеет вид закона сохранения электрического заряда: q1+q2+...+qN= const.

А для подсчета энергии используется понятие "квант". Простым языком - это минимальное количество частиц разноименно заряженных, которые могут в единицу времени передаваться другому предмету. Этот уровень можно измерить специальным прибором — электрометром. Его работа основана на накоплении заряда металлической стрелкой, закрепленной на неподвижной оси. По мере увеличения уровня отклоняется, стрелка движется по циферблату.

Особенности расчётов:

• На заряды действуют силы притяжения. Но их стараются не учитывать при простейших расчетах. Ведь размеры частиц очень малы по сравнению с преодолеваемыми расстояниями.
• Для определения направления движения любой выбранной частицы нужно учесть все силы, действующие от окружающих элементов. Все расчеты проводятся графически: составляется векторная диаграмма.

Как определить энергию?

Электроскоп является прибором, при помощи которого фиксируется электризация тел. Электрический заряд накапливается металлическим стержнем в виде лепестков, установленным на диэлектрическом основании — пластиковой втулке. Вся конструкция помещена в стальной корпус так, что подвижная часть расположена спереди и закрыта прозрачным стеклом.

Чтобы определить уровень заряда, нужно поднести наэлектризованный предмет к верхней металлической части прибора. Чем больше частиц переходит, тем сильнее расходятся лепестки. Недостатком конструкции является невозможность фиксировать положительные или отрицательные значения, все величины отображаются без знака.

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.

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

Порядок действий

Суть эксперимента:

• Верхний диск плотно прикладывают через ткань к нижнему.
• Его проворачивают несколько раз и резко убирают вверх.
• Если все сделано правильно, заряд равномерно перераспределится между диском и стержнем.
• Кусочки бумаги налипнут на стержень.

Для того чтобы бумага упала, можно снять заряд просто прикоснувшись к металлической части диска рукой без перчатки.

Мы рассмотрели часто встречающиеся и наиболее простые способы электризации тел.

Еще в глубокой древности было известно, что если потереть янтарь о шерсть, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Позднее это же свойство было обнаружено у других веществ (стекло, эбонит и др.). Это явление называют электризацией , а тела, способные притягивать к себе после натирания другие предметы, наэлектризованными. Явление электризации объяснялось на основании гипотезы о существовании зарядов, которые приобретает наэлектризованное тело.

Простые опыты по электризации различных тел иллюстрируют следующие положения.

• Заряды существуют двух видов: положительные (+) и отрицательные (-). Положительный заряд возникает при трении стекла о кожу или шелк, а отрицательный $-$ при трении янтаря (или эбонита) о шерсть.
• Заряды (или заряженные тела) взаимодействуют друг с другом. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные $-$ притягиваются.

Состояние электризации можно передать от одного тела к другому, что связано с переносом электрического заряда. При этом телу можно передать больший или меньший заряд, т. е. заряд имеет величину. При электризации трением заряд приобретают оба тела, причем одно $-$ положительный, а другое $-$ отрицательный. Следует подчеркнуть, что абсолютные величины зарядов наэлектризованных трением тел равны, что подтверждается многочисленными экспериментами.

Объяснить, почему тела электризуются (т. е. заряжаются) при трении, стало возможным после открытия электрона и изучения строения атома. Как известно, все вещества состоят из атомов, которые, в свою очередь, состоят из элементарных частиц $-$ отрицательно заряженных электронов, положительно заряженных протонов и нейтральных частиц $-$ нейтронов. Электроны и протоны являются носителями элементарных (минимальных) электрических зарядов. Протоны и нейтроны (нуклоны) составляют положительно заряженное ядро атома, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные электроны, число которых равно числу протонов, так что атом в целом электронейтрален. В обычных условиях тела, состоящие их атомов (или молекул), электрически нейтральны. Однако в процессе трения часть электронов, покинувших свои атомы, может перейти с одного тела на другое. Перемещение электронов при этом не превышает межатомных расстояний. Но если после трения тела разъединить, то они окажутся заряженными: тело, которое отдало часть своих электронов, будет заряжено положительно, а тело, которое их приобрело, $-$ отрицательно.

Итак, тела электризуются, т. е. получают электрический заряд, когда они теряют или приобретают электроны. В некоторых случаях электризация обусловлена перемещением ионов. Новые электрические заряды при этом не возникают. Происходит лишь разделение имеющихся зарядов между электризующимися телами: часть отрицательных зарядов переходит с одного тела на другое.

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).

Все тела и вещества состоят из атомов, которые, в свою очередь, состоят из более мелких частиц, называемых электронами, протонами и нейтронами. Эти частицы взаимодействуют друг с другом с силой, которая убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между ними, но которая во много раз превосходит силу тяготения. Например, в атоме водорода электрон притягивается к протону, расположенному в ядре, с силой, которая в 10 39 раз превышает гравитационную силу.

Электрический заряд

Существует минимальное значение электрического заряда, которое называют элементарным зарядом - это 1,6 * 10 -19 Кл. В природе не существует тел, заряд которых не кратен элементарному. Элементарным зарядом обладают электроны, протоны, позитроны и другие частицы.
Протоны и электроны обладают электрическими зарядами одной интенсивности, но противоположными по знаку. Протоны - положительным зарядом, а электроны - отрицательным.
В атоме, в его естественном состоянии, число протонов равно числу электронов, что делает его электрически нейтральным. Однако, когда он теряет или получает электроны, то говорят, что атом электризуется.

Электризация наведением (электростатическая индукция)

Этот способ электризации означает, что вы подносите заряженный предмет к изолированному проводнику, но не прикасаетесь к нему. Тогда на проводнике появляются заряды, притом на той его части, которая ближе к предмету, эти заряды противоположного знака. А на дальнем конце образуется заряд того же знака, что и на заряженном предмете.

При удалении заряженного предмета заряды на проводнике пропадают. Но если до удаления предмета разделить проводник на две части, то заряды на них сохранятся.