Підручник Фізика 8 клас - М. I. Шут - Перун 2016 рік

ЧАСТИНА II ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ

Розділ 4. ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА

• Електричні взаємодії навколо нас

• Як заряджаються хмари?

• Чи заряджаються тіла на відстані?

• Найменший заряд - який він?

• Чи можуть заряди зникнути?

• Атмосферна електрика - це небезпечно

• Чи проводить людина електричні заряди?

• Електричне поле - яке воно?

• Чи має електричне поле енергію?

• Для чого французький фізик Кулон зробив свої терези?

• Один кулон - це багато чи мало?

• Закон Кулона та його роль в електростатиці

§ 21. ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА. ЕЛЕКТРИЗАЦІЯ ТІЛ. ЕЛЕКТРИЧНИЙ ЗАРЯД.

Два роди електричних зарядів

1. Які явища відносяться до електричних? У попередніх розділах курсу фізики ми говорили про явища, які безпосередньо сприймаються нашими органами чуття - про рух, теплоту, звук, світло. Вивчення цих явищ пов’язане з багатьма труднощами, але їх існування не можна ставити під сумнів. Тепер ми переходимо до явищ, які не є такими очевидними - електричних і магнітних. Ці явища на перший погляд абсолютно різні, але вони нерозривно пов’язані між собою і є складовими одного класу фізичних явищ - електромагнітних.

Електромагнітною є взаємодія між ядрами та електронами в атомах, міжатомна взаємодія в молекулах, міжмолекулярна взаємодія. До електромагнітної природи відносяться сили пружності, тертя, сила наших м’язів; ними визначаються хімічні перетворення. Електромагнітні явища відіграють істотну роль у космосі: випромінювання електромагнітної енергії Сонцем і зірками впливає на земні процеси.

Отже, знайомство з електромагнітним явищами ми починаємо з вивчення найпростіших - електричних явищ. Електричні явища розглядаються в електростатиці.

Електростатика - це розділ фізики, в якому вивчаються властивості та взаємодії нерухомих електрично заряджених тіл або частинок, які мають електричний заряд.

Учення про електрику і магнетизм охоплює величезну сукупність явищ мега-, макро- і мікросвіту, які відбуваються внаслідок електромагнітної взаємодії.

Без електромагнітних явищ не можна уявити сучасне життя: це електричне освітлення, зв’язок, радіотехнічні і електротехнічні пристрої, електродвигуни, комп'ютери.

Електричні і магнітні явища були відкриті вже декілька тисяч років тому, проте пояснення їх виявилось досить складним. Лише в середині XIX століття з'явилась теорія, яка пояснила і передбачила безліч нових явищ і фактів.

Внаслідок різноманітності і багатства проявів електромагнітних явищ їх дослідження є важливим інструментом пізнання законів природи.

Цікаво, що ще давньогрецький філософ Фалес Мілетський за 600 років до нашої ери описав здатність янтарю, потертого об вовну, притягувати легкі предмети. До речі, як свідчать історичні трактати, цю здатність янтарю помітили ткалі під час своєї роботи, оскільки веретена в давнину виготовлялись з янтарю.

Електрика - від грецького слова elektron - смола, янтар, від якого надалі утворились слова «електричний», «електризація» тощо.

2. Прояви електричних явищ. Електризація тіл. Навколо нас завжди відбувається багато цікавих явищ, над якими ми навіть не замислюємось. А от у стародавні часи люди дуже уважно спостерігали за оточуючим світом і намагались пояснити все, що в ньому відбувалось.

Отже, пригадаємо і спробуємо пояснити найпростіші електричні явища, які всім вам добре відомі: якщо в суху погоду ви знімаєте одяг, то чуєте легке потріскування, а у темряві навіть бачите іскри; якщо розчісуєте сухе волосся пластмасовим гребінцем, то волосся притягується до гребінця.

Візьміть звичайне скло і потріть його листом паперу (або шовковою тканиною). Ви побачите, що скло набуде властивостей притягувати до себе дрібні папірці, пушинки, соломинки, нитки, навіть тонкі струмені води. Такі властивості внаслідок тертя набувають й інші речовини, зокрема ебоніт, потертий об вовну (або хутро). А наприкінці XVI століття англійський лікар і учений Уільям Гільберт описав понад 20 речовин, які мають аналогічні властивості. Саме Гільберт уперше ввів термін «електрика».

Отже, явище виникнення в натертих тіл властивості щодо притягання інших тіл називається електризацією, а самі натерті тіла - наелектризованими або зарядженими.

3. Що відбувається між наелектризованими тілами? Перевіримо, чи взаємодіють між собою наелектризовані тіла. З металевої фольги зробимо невеликий легкий циліндрик і підвісимо його до лапки штатива на шовковій нитці. Доторкнемось до циліндрика скляною паличкою, потертою об папір (або шовк). Ми побачимо, як циліндрик відштовхнеться від палички, відхилиться на деякий кут і залишиться у такому положенні (рис. 84 а). Очевидно, що циліндрик після взаємодії з паличкою теж став наелектризованим (зарядженим), причому зарядився він однаково з паличкою. Якщо тепер ми натремо ебонітову паличку об вовну (або хутро) і піднесемо її до циліндрика так, щоб між ними не було безпосереднього контакту, то циліндрик притягнеться до палички (рис. 84 б).

Ці досліди свідчать про те, що скляна і ебонітова палички зарядились по-різному. Саме тому різним виявився і характер взаємодії заряджених тіл - в першому досліді вони відштовхувались, а в другому - притягувались. Очевидно, що під час виконання цих дослідів ми використали два види електризації тіл - через тертя і через дотик.

Якщо продовжити досліди і доторкнутись до циліндрика ебонітовою паличкою, то циліндрик повернеться у вертикальне положення. А це означає, що він більше не є зарядженим. З цього можна зробити висновок: тіла, що заряджені по-різному, при доторканні гублять ті властивості, яких вони набули в результаті електризації.

Отже, ми з’ясували, що між наелектризованими тілами відбувається взаємодія.

Рис. 84 а. Циліндрик відштовхується від палички, відхиляється на деякий кут і залишається у такому положенні.

Рис. 84 б. Циліндрік притягується до палички

Така взаємодія називається електричною.

4. У чому полягає причина електричних явищ? Причина всіх розглянутих вище явищ полягає в тому, що в природі існують два роди електричних зарядів, які мають протилежні знаки: позитивні (+) та негативні (-). Всі наелектризовані тіла мають певний позитивний або негативний заряд. Набутий тілами внаслідок електризації електричний заряд називається статичною електрикою. Статична електрика утворюється не лише на Землі, але й в атмосфері (атмосферна електрика).

За величиною заряд може бути більшим або меншим. Це можна перевірити експериментально: якщо у розглянутому

вище досліді зарядити кульку від скляної (або ебонітової) палички двічі, то кулька відхилиться на більший кут. Це означає, що заряд визначається як знаком, так і числовим значенням.

Отже, електричний заряд - це фізична величина, яка визначає властивості заряджених тіл брати участь в електричній взаємодії і має додатне або від’ємне значення. Заряд позначається літерою q.

За одиницю електричного заряду прийнятий кулон (1 Кл). Ця одиниця названа на честь французького фізика Шарля Огюста Кулона, який встановив основний кількісний закон взаємодії електрично заряджених тіл.

Тіла, які мають електричні заряди одного знаку (однойменні) взаємно відштовхуються, а тіла, які мають заряди протилежного знаку (різнойменні) - взаємно притягуються. При взаємодії заряди протилежного знаку компенсуються (або нейтралізуються). Так було закладене підґрунтя учення про електрику.

Відмітимо ще одну дуже важливу особливість електричного заряду: заряд визначає електричні властивості тіла, а тому він не може існувати сам по собі і завжди пов’язаний з тілами (аналогічно до маси). Заряд - це одна з фундаментальних властивостей матерії.

Атмосферна електрика зумовлена тим, що в атмосфері завжди знаходяться заряди. Зокрема, у хмарах є позитивні і негативні заряди, що знаходяться в різних частинах хмари. Саме внаслідок атмосферної електрики виникає блискавка.

ПОГЛИБТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

Симетрія в природі. Причина існування такої універсальної властивості природи як наявність двох родів електричних зарядів невідома. Вважають, що це протилежні прояви однієї якості, так само, як «праве» і «ліве». В цьому виявляється фундаментальна властивість матерії - властивість симетрії.

В природі найчастіше спостерігається взаємна компенсація електричних зарядів на макроскопічних тілах, внаслідок чого тіла стають електрично нейтральними і не беруть участь в електричних взаємодіях. Наш Всесвіт - добре зрівноважена система позитивних і негативних зарядів.

Електрофорна машина. Цікаві і наочні досліди із статичної електрики можна виконати за допомогою електрофорної машини, яка є в кожному фізичному кабінеті (рис. 85). Електрофорна машина, в якій використовується електризація тертям, складається з двох дисків із скла, ебоніту або органічного скла, вільно насаджених на горизонтальну вісь. За допомогою рукоятки 2 диски приводяться в обертальний рух у протилежних напрямках. Під час обертання диски труться об щіточки, за рахунок чого на кульках електрофорної машини накопичуються заряди. Коли їх стає достатньо, між кульками проскакує електрична іскра.

Рис. 85. Електрофорна машина

Із історії фізики: вчені і факти

Електростатична машина Отто фон Геріке. У XVII - на початку XVIII століття проводились численні досліди з наелектризованими тілами. Важливим етапом в розвитку вчення про електрику були досліди німецького ученого Отто фон Геріке (1602 - 1686). Він побудував першу електростатичну машину, яка являла собою кулю із сірки, насаджену на металеву вісь (рис. 86).

Рис. 86. Електростатична машина

Кулю можна було обертати. Якщо при цьому до неї прикладалась долоня, то це спричиняло електризацію кулі і проскакування іскор. Наелектризована куля притягувала шматочки золота, срібла, паперу. Геріке експериментально показав, що крім електричного притягання існує і електричне відштовхування.

Від теорії до практики

Атмосферна електризація і літаки. В авіаційний промисловості необхідно враховувати вплив атмосферної електрики при експлуатації літаків, оскільки в процесі польоту з великою швидкістю корпус літака зазнає сильної електризації внаслідок тертя об повітря. Дослідженнями цього питання займаються спеціалісти лабораторій атмосферної електрики та геофізичних обсерваторій.

Розширте науковий кругозір

Янтар - закам’яніла смола. В давнину на Землі було дуже багато покладів янтарю. Тому з нього виготовлялись прикраси, предмети побуту та деякі знаряддя для праці.

Янтар - це викопна смола особливого виду сосни третинного періоду. Колір янтарю може бути медово-жовтим, бурим, червоно-бурим, чорним, білим. Інколи в шматках янтарю зустрічаються комахи, які в свій час зав’язли у смолі і закам’яніли в ній.

Сьогодні янтар застосовується для виготовлення прикрас, лаків в хімічній промисловості тощо. Україна багата на поклади бурштину. Перші розробки бурштину в Україні відомі біля Києва (район Міжгір’я та Вишгорода), а також на Рівненщині та Волині (Клесівське родовище). Сьогодні у Клесівському родовищі добувається щорічно більше 100 кг бурштину.

Подумайте і дайте відповідь

1. Які тіла називаються наелектризованими або зарядженими?

2. Якими способами можна наелектризувати тіло?

3. Що називається електричним зарядом?

4. Які два роди електричних зарядів існують в природі?

5. Як взаємодіють тіла, заряджені однойменно? різнойменно?

Розв’яжіть задачі та оцініть результати

Вправа 21.

1. Виготовте кульку з тонкого та легкого паперу або серветки (всередину кульки для зручності виготовлення покладіть шматочок вати) і підвісьте її на шовковій нитці. Піднесіть до кульки пластмасову лінійку, заряджену через тертя об папір. Спостерігайте взаємодію між кулькою і лінійкою. Тепер приберіть лінійку і піднесіть до кульки гребінець, потертий об волосся. За характером взаємодії кульки і гребінця визначте, однойменні чи різнойменні заряди виникли на лінійці та гребінці. Як визначити знаки цих зарядів? Виконайте в зошиті рисунок досліду.

2. Відкрийте водопровідний кран і відрегулюйте його так, щоб струмінь води був тонким. Наелектризуйте пластмасову ручку об папір і піднесіть її до струменю води. Спостерігайте, що відбудеться зі струменем і поясніть це явище.

3. Поясніть, чому інколи одяг прилипає до тіла, а при його зніманні ви відчуваєте легке поколювання і чуєте слабкий тріск.

4. Для запобігання явища, описаного в попередньому завданні, використовуються так звані антистатики у вигляді ополіскувачів та аерозолів. Ополіскувані використовуються безпосередньо під час прання, а аерозолі наносяться на сухий одяг. Поясніть механізм їх дії.

Підготуйте повідомлення

Використання взаємодії наелектризованих тіл в техніці:

— при фарбуванні окремих деталей, кузовів автомобілів (наприклад, кузов автомобіля заряджають позитивним, а частинкам фарби надають від’ємний заряд);

— уловлювачі пилу (наприклад, очистка промислових газів);

— змішування дисперсних речовин (наприклад, на хлібзаводах позитивно заряджені частинки муки повітряним потоком, подаються в камеру, де вони зустрічаються з від’ємно зарядженими краплинками води).





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити