Электризация тел
Макроскопическому телу можно сообщить заряд любого знака. Этот процесс называется электризацией. Существуют разные способы электризации тел, то есть превращения электрически нейтральных тел в заряженные; в частности, это можно осуществить путем трения тел друг о друга (электризация трением). Например, если надутый небольшой воздушный шар потереть о шерсть, мех или свои волосы, то шар будет прилипать к телу, о которое его потерли. Если янтарь потереть куском ткани, то он будет притягивать легкие предметы. То же можно наблюдать, если потереть тканью эбонитовую или стеклянную палочку. В этих случаях объект приобретает электрический заряд благодаря трению, то есть происходит электризация трением, а силы, действующие при этом, называются электрическими силами. Опыты показывают, что два тела, наэлектризованные трением друг о друга, притягиваются.
Известно, что наэлектризованные эбонитовая и стеклянная палочки обладают различным видом зарядов. Условились считать заряд, появляющийся при электризации трением на эбонитовой палочке или янтаре отрицательным, а на стеклянной палочке – положительным.
В настоящее время электризацию тел объясняют с помощью представления о переносе электронов с одного вещества на другое. Наружные электроны атомов вещества часто очень слабо привязаны к своему ядру и при трении, обеспечивающем максимальный контакт поверхностей трущихся веществ, они могут переходить от одного вещества к другому. Тело, получившее избыток электронов, заряжается отрицательно. Тело, потерявшее электроны – положительно.
В таблице 1.1 указаны виды зарядов, возникающих у тел при их электризации трением. Названия материалов, электризующихся при взаимном трении, расположены построчно в разных столбцах.
Таблица 1.1
| ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ЗАРЯДЫ | ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ЗАРЯДЫ |
| Шерсть, мех | Янтарь, смолы, сургуч, воск, сера, резина, пластмассы |
| Стекло, горный хрусталь, драгоценные камни | Шелк, бумага |
Кроме электризации трением, существует также и электризация индукцией. Рассмотрим ее на опыте (рис. 1.1). Имеются два незаряженных металлических шара.
| |||
| а) | б) | в) | г) |
| Рис. 1.1 |
Сначала они касаются друг друга (а). Затем к одному из них подносят (не касаясь) наэлектризованную палочку (б), после чего второй шар отодвигают (в). В результате оказывается, что оба шара зарядились (г).
| |||
| а) | б) | в) | г) |
| Рис. 1.2 |
Повторим опыт с шарами немного иначе (рис. 1.2). Возьмем два незаряженных металлических шара, касающихся друг друга (а). Поднесем палочку к шарам (б), затем уберем ее и только после этого раздвинем шары (в). Удивительно, но теперь шары окажутся незаряженными (г).
Если же для опыта использовать не металлические, а пластмассовые или резиновые шары, то наэлектризовать индукцией (то есть действием на расстоянии) нам их не удастся ни при каком способе раздвигания!
Рис. 1.3
|
Объяснить электризацию индукцией можно на основе микроструктуры вещества. В металлах, которые относятся к классу проводников, – веществ, хорошо проводящих электрический ток, – имеются свободные электроны, которые могут свободно двигаться. Когда к незаряженному металлическому шару подносят заряженное тело, электроны сдвигаются либо к подносимому заряженному телу, либо от него, в зависимости от знака его заряда. В других веществах, таких как пластмасса или резина, относящихся к классу изоляторов, ни положительные, ни отрицательные заряды не могут свободно перемещаться. Но, когда заряженное, например, положительно, тело подносят к пластмассовому стержню, конфигурация молекул стержня искажается таким образом, что его поверхность, обращенная к заряженному телу, окажется заряженной отрицательно, и наоборот.
Для обнаружения наэлектризованных тел служат специальные приборы – электроскопы. Внешний вид прибора приведен на рис 1.3. Цилиндрический корпус (1) закрыт стеклом (2). Внутрь прибора вставлен металлический стержень (3) с легкоподвижными лепестками (4). От металлического корпуса прибора стержень отделен пластмассовой втулкой (5). При соприкосновении заряженного тела со стержнем электроскопа электрические заряды одного знака распределяются по стержню и стрелке. Силы электрического отталкивания вызывают поворот стрелки на некоторый угол, по которому можно судить о заряде, переданном стержню электрометра (рис. 1.4).
Рис. 1.4
|
Проделайте опыты!
1. Отрежьте от тетрадного листа полоску бумаги шириной 1 см. Положив полоску на тетрадь, проведите по ней несколько раз пластмассовой ручкой с лёгким нажимом. Затем возьмите в одну руку полоску, а в другую – ручку, и сближайте их. Бумажная полоска изгибается в сторону ручки, следовательно, между ними возникают силы притяжения.
2. Положите две бумажные полоски рядом на тетрадь, проведите по ним ручкой несколько раз с лёгким нажимом. Возьмите полоски в руки и сближайте их. При сближении полоски изгибаются в противоположные стороны, следовательно, между ними действуют силы отталкивания.
3. Надуйте воздушный шарик и потрите его о шерсть или мех, или, лучше всего, о свои волосы, и вы обнаружите, что шар будет прилипать к телу, о которое вы его потёрли, и ко всем остальным окружающим его телам.
4. Возьмите кусочек рыхлой гигроскопической ваты массой 3–5 мг. Хорошо наэлектризуйте эбонитовую палочку и опустите на нее ватку. Она притянется и наэлектризуется. Рывком палки в сторону оторвите вату и быстро подведите палку под вату, а далее можно управлять ее движением.