Классы
Предметы

Электрические явления

Этот видеоурок доступен по абонементу
Подробнее об абонементе, платных и бесплатных уроках

У вас уже есть абонемент? Войти

Оплатить абонементот 150 руб. в месяц
У вас уже есть абонемент? Войти
Электрические явления

На уроке «Электрические явления» мы узнаем, что такое заряд и какими свойствами он обладает, изучим явление электризации тел и образования электрического поля.

Введение

Что такое утюг? Самое точное определение – это то, чем мы гладим одежду. То есть мы почти всегда определяем объект через его свойства. Похожая ситуация у нас уже возникала: мы не могли точно сформулировать, что такое энергия, но описывали ее через свойство: энергия – это то, что сохраняется в замкнутой системе.

Такие понятия, как «тело», «координата», «время», мы считаем базовыми, то есть не требующими точного определения (как точка или прямая в математике). Сложно строго сформулировать, что они значат, мы считаем их общеизвестными, общепонятными и через них определяем все остальные. Если каждое понятие определять через предыдущие, то рано или поздно придется остановиться и признать, что «предыдущих» не осталось.Сегодня мы познакомимся с еще одним таким базовым физическим понятием, которое называется «заряд». Мы опишем свойства заряда и заряженных тел, которые и будем использовать в практических целях.

Понятие и свойства заряда

До сих пор мы изучали в основном силы, которые возникают при контакте тел (трение, упругость, реакция опоры). Без непосредственного контакта мы говорили только о силах гравитации (два тела, обладающих массой, притягиваются друг другу). Но некоторые тела (например, потертые друг о друга волосы и пластиковая расческа, янтарь и шерсть и т. д.) взаимодействуют на расстоянии, причем это взаимодействие нельзя назвать гравитационным.

1) Сила гравитационного притяжения зависит только от массы и расстояния между телами, поэтому объяснить наличием этой силы притяжения волос к расческе нельзя (иначе мы бы наблюдали это притяжение и до расчесывания). Плюс возникающее притяжение сильнее гравитационного.

2) Между телами, обладающими массой, есть только силы гравитационного притяжения. Мы же, в ряде случаев, можем наблюдать отталкивание тел друг от друга. Значит, в приведенных примерах у тел есть нечто, благодаря чему они взаимодействуют. Такое взаимодействие назвали электрическим, а это «нечто» – электрическим зарядом.

Тела, обладающие зарядом, взаимодействуют между собой. Между ними пробегает искра, и они теряют заряд. Похожее явление можно наблюдать и в больших масштабах: молния – аналог искры между заряженными облаками и поверхностью Земли. Потертая о волосы расческа притягивает даже, казалось бы, незаряженные кусочки бумаги, пыль и т. д. Круг явлений широкий, и в этом нужно разобраться.

Заряд изучается по проявлениям, а проявляется заряд во взаимодействии тел. Возьмем воздушный шарик и потрем его о волосы. Волосы начнут притягиваться к шарику – волосы и шарик обладают зарядом. Если взять два таких заряженных шарика, между собой они будут отталкиваться. Установили два типа взаимодействия: притяжение и отталкивание. Причем, если взять два тела, которые одинаково себя ведут с третьим телом (оба к нему притягиваются или оба отталкиваются), друг от друга они отталкиваются. Есть два типа зарядов, и заряды одного типа (одноименные) отталкиваются, а разных типов (разноименные) – притягиваются.

Как обозначить эти типы зарядов? Оказалось, удобно обозначить их знаками плюс и минус: положительный и отрицательный заряд (см. рис. 1).

Рис. 1. Обозначение зарядов

Теперь можем сказать, что шарики обладают одноименными зарядами – они отталкиваются. А вот заряды шарика и волос разноименные – между собой они притягиваются.


 

Заряды или заряженные тела

Говоря о взаимодействии заряженных тел, часто само слово «тело» опускают. И просто говорят, что взаимодействуют заряды. То есть вы можете услышать фразу: «Одноименные заряды отталкиваются, разноименные заряды притягиваются». Нужно понимать, что под словом «заряды» тут имеются в виду не свойства тел, а сами заряженные тела.


Если взять два одинаковых шарика, но потереть о волосы разное время, то можно заметить: шарик, который терли дольше, будет притягивать больше волос и с большей силой. То есть заряда может быть много или мало. Но это слишком неточная оценка, нужно каким-то образом измерять заряд. Для этого вводят понятие величины заряда, которую, опять же, можно определить по наблюдаемому свойству – по силе взаимодействия.

Величину заряда (или часто говорят просто – «заряд») договорились измерять в кулонах (по фамилии ученого Шарля Кулона, изучавшего электричество), сокращенное обозначение – Кл. Обозначают заряд обычно буквой q. Теперь у нас есть инструмент, чтобы выразить заряд количественно и обозначить его тип: положительный или отрицательный. Например,  или .


 

1 Кл – это много или мало?

Чтобы измерить физическую величину, нужно сравнить ее с неким фиксированным эталоном, который мы называем единицей измерения. Можно измерять заряд в электронах – он как раз обладает элементарным зарядом. Но раз мы говорим о притяжении и отталкивании, то можно измерять с использованием силы. Здесь придется забежать вперед: мы будем оперировать понятием электрического тока, движения заряженных частиц. Скорость переноса заряда назвали силой тока – какой заряд переносится за одну секунду, единицу измерения назвали ампер (в честь ученого Андре-Мари Ампера, который ввел понятие тока). Как мы изучим позже, между проводниками, по которым течет электрический ток, проявляется еще один вид взаимодействия, который назвали магнитным. Так вот, за единицу силы тока, 1 А, приняли такую силу тока, при которой проводники на расстоянии 1 м взаимодействуют с силой  на каждый метр длины проводника. А заряд 1 Кл – это такой заряд, который проходит за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.

О силе тока и о магнитном взаимодействии мы поговорим на следующих уроках, а пока просто будем пользоваться единицей измерения заряда – 1 Кл.

Чтобы вы понимали, что это за величина, приведем такой пример.

Если взять два тела, каждое из которых имеет заряд 1 Кл, и расположить их на расстоянии 1 м, то они будут отталкиваться с такой силой, с помощью которой можно удержать груз массой почти 1 млн тонн. Это достаточно большой заряд, и мы чаще будем сталкиваться с намного меньшими зарядами.


Кроме величины заряда, на взаимодействие влияет еще и расстояние между телами. Когда шарик близко к волосам, он притягивает их. Но чем дальше мы будем отдалять его, тем слабее будет проявляться их притяжение.

Если вы хотите узнать о том, как рассчитать силу взаимодействия между заряженными телами, посмотрите ответвление.


 

Закон Кулона

При помощи эксперимента мы определили, что сила взаимодействия зарядов зависит от их величины и от расстояния между ними. Если исследовать эту зависимость, то окажется, что сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между заряженными телами. В итоге можем записать формулу для модуля силы взаимодействия  двух зарядов, которая называется законом Кулона:

где  – это величины взаимодействующих зарядов,  – расстояние между зарядами,  – коэффициент пропорциональности, приблизительно равный .

В формуле заряды стоят под знаком модуля. Это значит, что мы в этой формуле опускаем знаки зарядов, а они отвечают за направления сил: притяжение или отталкивание. То есть эта формула позволяет вычислить абсолютное значение силы, а куда она направлена – это мы определяем отдельно по знакам зарядов: одноименные они или разноименные.

Для применения данной формулы есть ограничения. Во-первых, она описывает силу взаимодействия неподвижных зарядов, которые находятся в вакууме или воздухе. Во-вторых, размеры этих заряженных тел должны быть гораздо меньше, чем расстояние между ними.

Рассчитать силу взаимодействия зарядов в остальных случаях сложнее. Кто-то, возможно, познакомится с решением таких задач в старших классах или в университете, но нам сейчас важно отметить, что общие закономерности выполняются всегда: электрическое взаимодействие пропорционально зарядам тел и обратно пропорционально расстоянию между ними.

Заряд относится к так называемым аддитивным величинам, т. е. тем, которые можно складывать. Возьмем два тела с зарядами в +1 Кл и расположим их рядом друг с другом. На некотором расстоянии от них поместим для примера отрицательно заряженное тело. Каждый из зарядов по +1 Кл будет притягивать его с силой F. Или мы можем сложить действия сил, они направлены вдоль одной прямой, получим 2F. Можем рассматривать это как притяжение к телу с вдвое большим зарядом, в +2 Кл. То есть два близко расположенных заряда q1, q2 действуют на удаленный от них заряд так же, как действовал бы на него заряд (q1+q2). Причем это утверждение верно независимо от того, какой знак был у зарядов q1 и q2 (см. рис. 2).

Рис. 2. Аддитивность заряда

Пусть один из двух рассматриваемых в предыдущем примере зарядов равен –1 Кл. Как теперь эти два заряда будут действовать  на третий? Каким бы он ни был по знаку, один заряд его будет отталкивать с силой F, а второй будет притягивать с той же по модулю силой. Сложив эти силы, мы получим 0. То есть наша система из двух зарядов не оказывает действия на третий.

Полученное тело (из двух зарядов +q и q) оказывается незаряженным, или, как его еще называют, электронейтральным. Хоть там и есть два разноименных заряда, можно считать заряд тела равным 0, потому что оно не взаимодействует с другим заряженным телом.


 

Ограничения модели сложения зарядов

Мы рассматривали действие двух зарядов на третий, когда первые два заряда расположены достаточно близко друг к другу и на некотором отдалении от третьего. Что значит «достаточно близко» и «на отдалении»?

Мы расположили заряды так, чтобы можно было считать, что силы, которые оказывают два заряда на третий, направлены приблизительно вдоль одной прямой и что они приблизительно равны по модулю (а это возможно, если расстояния от каждого из двух зарядов до третьего приблизительно равны).

Если заряды будут расположены по-другому, то наши условия выполняться не будут и заменить систему из двух зарядовq1 и q2 на заряд (q1+q2) уже будет нельзя – результаты взаимодействия с третьим зарядом в этих двух случаях будут разными.


 Тело, состоящее из двух тел с зарядами по +1 Кл, имеет заряд +2 Кл. Но верно и обратное: если у нас есть одно тело с зарядом +2 Кл, мы можем разделить его на 2 тела с зарядами +1 Кл и +1 Кл. Или может оказаться, что в теле, заряд которого равен нулю, могут быть заряды разных знаков, и его можно разделить на 2 тела с зарядами +1 Кл и –1 Кл. То есть зарядом тела мы будем считать сумму зарядов составляющих его частей.

Все тела состоят из атомов. Атомы состоят из более мелких частиц: протонов и нейтронов, которые находятся в ядре, и электронов, находящихся вокруг ядра. Протоны, нейтроны и электроны называют элементарными частицами, поскольку это наименьшие частицы, на которые удается разделить вещество. Протон – это положительно заряженная частица, электрон – отрицательно заряженная. Нейтрон не имеет заряда. Модуль зарядов электрона и протона называют элементарным зарядом, который равен . То есть протон имеет заряд , а электрон .

Любое тело мы можем разделить на огромное количество нейтронов, протонов и электронов. Значит, заряд любого тела – это сумма зарядов всех его протонов и электронов. Если их поровну, то заряд тела равен 0. Если электронов на 1 больше, то заряд тела будет . Если наоборот, больше протонов, то заряд тела положительный: . И так далее.

Получается, заряд любого тела всегда кратен элементарному заряду. Или, еще говорят так: заряд – дискретная величина (см. рис. 3).

Рис. 3. Дискретность заряда

То есть такая, которая может принимать не абсолютно любые значения, а только некоторые определенные. Но если мы рассматриваем тело с достаточно большим зарядом, то эту дискретность мы замечать не будем.


 

Почему мы не замечаем дискретность величин

Если мы смотрим на какое-либо тело, то мы воспринимаем его как единое целое. Хотя, как мы уже знаем, все тела состоят из частиц – атомов и молекул. Но эти частицы настолько малы, что мы не различаем их по отдельности. Картинку на экране своего монитора вы тоже воспринимаете как цельную и неразрывную, хотя, на самом деле, она состоит из множества отдельных точек – пикселей.

Эти составляющие: атомы, пиксели – очень малы, поэтому в больших масштабах мы их не различаем. Аналогично и с зарядом: все заряды кратны элементарному. Но если взять большое их количество, то эта дискретность не будет заметна. А вот если заряды будут порядка , то тут следует помнить об этой дискретности. Ведь не может встретиться частицы с зарядом, например,  или . То есть общее правило следующее: заряд тела может выражаться только такой величиной , для которой:  – некоторое целое число.


Итак, заряд тела связан с количеством протонов и электронов в этом теле. Если выделить замкнутую систему, заряд в ней будет сохраняться. Элементарные частицы, а значит, и заряд, не могут появиться из ниоткуда и не могут исчезнуть бесследно внутри замкнутой системы. Значит, не может измениться их общее количество, то есть и заряд.


 

Аннигиляция

На самом деле утверждение, что частицы не могут исчезнуть, не совсем верно. Существует такой процесс, как аннигиляция. Он происходит при столкновении элементарной частицы с ее античастицей. Античастицы обладают той же массой, но все другие характеристики, в том числе заряд, имеют противоположный знак. Например, античастица, соответствующая электрону, – позитрон, она положительно заряжена. При аннигиляции частица и античастица исчезают и выделяется некоторое количество энергии.

Хотя частицы и исчезают, но общий заряд системы, содержащей эти частицы, все равно сохраняется. До аннигиляции сумма зарядов частицы и античастицы равна нулю. А после частицы исчезли – суммарный заряд опять же равен нулю.

В лабораторных условиях если и получают античастицы, время их жизни мало: позитрон аннигилирует с первым попавшимся электроном, а, т. к. атомы всех веществ содержат электроны, надолго изолировать позитрон от контакта с электроном очень сложно.

Не путайте протон и античастицу электрона – позитрон. Протон и электрон не античастицы, и они не аннигилируют. Как так, ведь они имеют противоположные знаки и должны притягиваться, что их останавливает? Объяснение этого факта довольно сложное и выходит за рамки школьного курса, такими вопросами занимается специальный раздел физики – квантовая физика. Нам же пока придется поверить на слово, что мир устроен именно так.


 Обычно закон сохранения заряда формулируют так:

«В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов сохраняется». То есть если взять несколько тел, которые обмениваются зарядами только между собой (это и есть замкнутая система), то сумма зарядов всех тел данной системы не будет изменяться.

Обратите внимание, что для описания электрического взаимодействия мы ввели такую величину, которая сохраняется. Такая же ситуация была и с энергией.

Итак, мы ввели понятие заряда и определили его через его свойства, а именно:

  1. Заряд – это свойство тел, которое проявляется в электрических взаимодействиях.
  2. Носителями заряда являются электроны и протоны, заряд тела определяется количеством носителей заряда.
  3. Заряд тела кратен элементарному заряду (заряду электрона).
  4. Общий заряд замкнутой системы тел сохраняется.

Заряды перемещаются вместе со своими носителями. Нельзя зарядить электрон или протон, но можно зарядить расческу, передав ей некоторое количество электронов (например, потерев о волосы). То есть, у электрического взаимодействия есть носители, неотделимые от самого заряда, но которые вместе с зарядом могут передаваться от тела к телу.

Это для нас что-то новое: у гравитационного поля нет таких носителей, расческу нельзя «зарядить» массой, но ее достаточно потереть о волосы – и она приобретет заряд, а вместе с ним и новое свойство.

Попробуем на основе известных нам свойств заряда объяснить рассмотренный в начале пример: почему шарик и волосы приобрели заряд?

Теперь нам понятно, что при трении как-то должны перераспределиться заряженные частицы, но какие? Если вспомнить строение твердых тел, то становится понятно, что вряд ли это были протоны. Они находятся в массивном атомном ядре, и изменения внутри него – это ядерная реакция (то есть превращение одного вещества в другое). А вот электроны легкие, они вращаются вокруг ядра, и часть из них может покидать атом и свободно передвигаться в веществе. Такие электроны называют свободными. Остальные электроны называют связанными, поскольку они находятся вблизи ядра атома и им тяжелее его покинуть.

Поэтому можно сделать вывод, что именно перераспределение электронов отвечает за то, что тела приобретают заряд. И, если тело приобрело положительный заряд, это не значит, что в теле появилось какое-то количество дополнительных протонов – это значит, что оно потеряло какое-то количество электронов. С математической точки зрения разницы нет: отнять отрицательный заряд – это то же самое, что прибавить положительный: , но если нас интересует именно распределение частиц – оно вот такое.


 

Химические процессы

Химия, в числе прочего, изучает превращения веществ без преобразования атомов одних элементов в атомы других элементов. Такие процессы называются химическими реакциями. Так вот, химические реакции, как и возникновение химических связей между атомами, тоже связаны с переходами электронов от одного атома к другому, с их перераспределением, в то время как протоны остаются связанными в атомном ядре. Количество протонов в ядре определяет строение атома и его свойства.


Явление электризации

Итак, при трении шарика о волосы часть электронов с волос перешла на шарик. На шарике стало электронов больше – он зарядился отрицательно; на волосах их стало меньше – они зарядились положительно. Получили два тела с разноименными зарядами, они будут притягиваться.

Процесс, в результате которого тела приобретают заряды, называют электризацией. Можно выделить два основных способа электризации. Первый – это электризация прикосновением (трением). Суть ее заключается в том, что мы приводим в контакт два тела (для улучшения контакта лучше тела друг о друга потереть) и часть электронов переходит с одного тела на другое. Второй способ – это перераспределить отрицательные заряды внутри одного тела, а затем рассоединить части тела. Тогда одна часть окажется заряженной положительно, а другая – отрицательно. Такой способ называется электризацией влиянием, ведь для разделения зарядов нужно внешне повлиять на тело. Например, можно поднести к телу внешний заряд (см. рис. 4).

Рис. 4. Электризация влиянием

Если этот заряд отрицательный, то электроны тела будут от него отталкиваться, вследствие чего скопятся в этой части тела, она будет заряжена отрицательно, значит, оставшаяся – положительно. И если тело разделить на части, чтобы электроны не могли вернуться назад, то эти части останутся заряженными.

Проводники и диэлектрики

Не во всех веществах электроны одинаково легко покидают атомы, чтобы стать свободными электронами. Вещества, в которых мало свободных электронов, называют диэлектриками. К ним относятся стекло, резина, сухое дерево и пр. Воздушный шарик и волосы также относятся к диэлектрикам, в них мало свободных электронов. Поэтому для электризации мало просто прикоснуться шариком к волосам, необходимо потереть их друг о друга, чтобы электроны смогли перейти с одного тела на другое.

Вещества, у которых свободных электронов достаточно много, называют проводниками. К ним относятся различные металлы, земля. Кожа человека также является проводником. Поскольку в проводниках достаточно много зарядов, которые могут свободно передвигаться, их электризация происходит легче. По причине наличия свободных носителей заряда только в проводниках возможна электризация через влияние, поскольку она сопровождается перераспределением свободных электронов в теле. Кроме того, если передать заряд проводнику, то этот заряд распределится по всему объему проводника – одноименные заряды отталкиваются друг от друга, поэтому они не будут скапливаться в одной точке тела, они распределятся как можно дальше друг от друга, по всему телу.


 

Распределение заряда в металлическом теле

Рассмотрим металлический шар, заряженный, например, отрицательно. Это значит, что шар содержит избыточное количество электронов. В металле электроны могут свободно перемещаться. Понаблюдаем за их поведением. Предположим, что электроны распределены равномерно по объему шара. Т. к. они имеют одинаковый заряд, они будут отталкиваться друг от друга, поэтому распределятся равномерно по поверхности шара (если бы возникало скопление электронов, оно бы исчезало за счет отталкивания).

Если заряд шара положительный, это значит, что в нем недостаток электронов, их меньше, чем протонов. Если электроны были распределены равномерно по объему шара, то, притягиваясь положительным зарядом, они устремятся вглубь тела. Таким образом внутри тело будет нейтральным, а положительный заряд распределится снова по поверхности.

Заметим, что, если форма тела отличается от шара, распределение по поверхности не будет равномерным.


 А как предсказать, какой заряд приобретут тела при электризации? Допустим, у нас есть стеклянная палочка и шелк. Если мы уже потерли их друг о друга, мы можем определить, где какой заряд скопился: по взаимодействию с телом, знак заряда которого заранее известен. Но есть ли какое-то правило, по которому можно даже без опыта предсказать, что электроны перейдут именно со стекла на шелк, а не наоборот?

Для диэлектриков знак заряда определили опытным путем. Просто перепробовали разные пары веществ и составили так называемые трибоэлектрические ряды. При электризации тела, которые находятся ближе к положительному концу ряда, будут приобретать положительный заряд, ближе к отрицательному концу – отрицательный. При этом, по закону сохранения заряда, тела будет приобретать заряды, одинаковые по значению, но противоположные по знаку. Классические примеры:

1. Трение стеклянной палочки о шелк, при котором стекло приобретает положительный заряд, а шелк – отрицательный.

2. Трение эбонитовой палочки о шерсть. Эбонит приобретает отрицательный заряд, шерсть – положительный.

В случае с проводниками ситуация следующая: если привести в соприкосновение два одинаковых тела, то заряд перераспределится поровну. Если оба тела изначально электронейтральны, они такими и останутся. Но если есть ненулевой заряд хотя бы у одного тела, то заряд распределится. Например, два одинаковых шарика имели заряды 2 Кл и –6 Кл (см. рис. 5).

Рис. 5. Тела с различной величиной заряда

Шарики соприкоснулись. По закону сохранения заряда, общий заряд этих двух тел остался прежним (см. рис. 6):

Рис. 6. Распределение зарядов при соприкосновении тел с различной величиной заряда

При этом заряды шариков станут одинаковыми. То есть заряд каждого шарика станет равным .

В случае если один из проводников будет больше, чем другой, после прикосновения на больший проводник перейдет больший заряд (чтобы заряд был равномерно распределен по объему вещества). Планета Земля является проводником, причем очень больших размеров. Поэтому если соединить ее с заряженным проводником, то практически весь заряд с него перейдет в Землю. При работе электроприборов могут возникнуть ситуации, когда где-то скапливается нежелательный заряд, и вот таким способом, соединением прибора с Землей, от него можно избавиться. На этом основан принцип заземления.

Явление электризации. Электроскоп

Зная, из чего состоит вещество, как ведут себя электроны и протоны в веществе, мы можем объяснить многие явления.

Потрем стеклянную палочку о шелк. Мы уже знаем, что вследствие электризации прикосновением палочка приобретет положительный заряд. Поднесем палочку к маленьким кусочкам бумаги и увидим, что они притягиваются к палочке. Но почему, ведь бумаге мы не передавали заряд, она должна быть электронейтральной? Да, так и есть. Но вспомним, что нулевой заряд тела означает лишь то, что в нем одинаковое количество электронов и протонов. То есть даже в электронейтральном теле есть заряды, и оно может принимать участие в электрических взаимодействиях.

Объясним увиденное явление. Палочка, заряженная положительно, притягивает к себе отрицательно заряженные частицы и отталкивает положительно заряженные. Бумага – диэлектрик, большинство электронов в ней связанные, они не могут свободно переместиться к ближнему краю кусочка бумаги. Но все равно они немного смещаются и становятся ближе к палочке, чем положительное ядро (см. рис. 7).

Рис. 7. Взаимодействие связанных зарядов с положительными зарядами

Таким образом, в среднем отрицательный заряд будет находиться ближе к палочке, чем положительный. Поэтому притяжение разноименных зарядов будет преобладать над отталкиванием одноименных.

А если вместо диэлектрика-бумаги будет проводник-фольга? В диэлектрике заряды в основном связанные, и мы рассмотрели, как они сместились. А в проводнике есть достаточно много свободных электронов, поэтому ничто не мешает им не просто немного сместиться, а скопиться ближе к стеклянной палочке, и процесс будет еще более выраженным: кусочек фольги притянется к палочке.

Различные электрические явления удобно демонстрировать с помощью прибора, который называется электроскоп (см. рис. 8).

Рис. 8. Электроскоп

Он состоит из проводящего шара со стержнем, внизу которого прикреплены листочки фольги. Стержень и листочки помещены в стеклянный сосуд, чтобы предотвратить внешнее влияние на них. Рассмотрим несколько опытов с электроскопом.

1. Зарядим стеклянную палочку и прикоснемся ею к шару. Шар – проводник, поэтому достаточно простого касания, чтобы заряд перешел с палочки на шар. Шар со стержнем и листочками – это все один проводник, то есть заряд распределится по всему его объему. Листочки зарядятся одноименно и будут отталкиваться (см. рис. 9).

Рис. 9. Опыт с зарядом электроскопа

2. Еще раз зарядим стеклянную палочку и снова прикоснемся. Мы увидим, что листочки разойдутся сильнее (см. рис. 10).

Рис. 10. Опыт с добавлением заряда электроскопу

Это связано с тем, что мы увеличили их заряд, их отталкивание стало сильнее. И теоретически по углу, на который расходятся листочки, можно судить о величине заряда. Но точность такого прибора небольшая, поэтому чаще его используют для демонстрации самого наличия заряда и рассмотрения простых процессов (заряд увеличился или уменьшился).

3. Теперь просто поднесем заряженную стеклянную палочку к шару электроскопа. Листочки разойдутся еще сильнее. Объяснение следующее: электроны будут стремиться приблизиться к положительно заряженной палочке. Поэтому часть электронов перейдет с шара на палочку, а положительный заряд стержня с листочками увеличится.

4. Прикоснемся рукой к шару. И кожа человека, и шар – проводники, причем тело человека, очевидно, больше (см. рис. 11).

Рис. 11. Переход зарядов с электроскопа на кожу человека

Поэтому практически весь заряд перейдет на человека, листочки фольги вернутся в вертикальное положение.

Электрическое поле

Чтобы численно описать электрическое взаимодействие, удобно использовать модель электрического поля.

Что такое это «поле»? Представьте: у нас есть заряд в точке А. В точке Б находится другой заряд. Естественно, они будут взаимодействовать (см. рис. 12).

Рис. 12. Взаимодействие зарядов

Уберем из точки Б заряд и поместим туда другой. Опять же, заряд А будет действовать и на новый заряд Б.

Если убрать из точки Б заряды, то ничего не будет происходить. Но что мы можем сказать о точке Б? Мы точно знаем, что, если мы туда поместим заряд, на него будет действовать какая-то сила со стороны заряда А. Это можно считать свойством самой этой точки Б в пространстве рядом с зарядом А. Удобно считать, что пространство рядом с зарядом обладает некоторыми свойствами: если поместить туда заряд, на него начинает действовать сила (см. рис. 12).

Рис. 12. Действие электрического поля на заряд

Такую модель назвали полем. То есть: заряд в точке А создает вокруг себя электрическое поле. Если мы поместим в это поле другой заряд, то будет происходить взаимодействие.

Чем удобна такая модель? Тем, что сначала мы можем описать поле, которое создают заряды. А затем мы можем помещать другие заряды в это поле и смотреть действие на них. И нам не будет важно, каким частицами это поле создано. Часто даже говорят: «поле действует на заряд», то есть мы «обезличиваем» источники поля и говорим не об их действии, а о действии созданного ими электрического поля.

 

Список литературы

  1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. Физика 8. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И.– М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)
  2. Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)
  3. Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)

 

Домашнее задание

  1. Если заряженную стеклянную палочку держать вблизи конца изолированного металлического стержня, то электроны, в нем находящиеся, соберутся у одного из его концов. Почему же движение электронов прекращается, несмотря на то что в металлическом стержне их бесчисленное множество?
  2. Следует ли из закона сохранения заряда, что суммарные заряды всех положительно и всех отрицательно заряженных частиц должны, каждый в отдельности, сохраняться?
  3. Определите модуль сил взаимодействия двух одинаковых неподвижных точечных зарядов q1=q2=5 нКл, находящихся на расстоянии r=0,4 м друг от друга в вакууме.