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

ЧАСТИНА II ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ

Розділ 4. ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА

§ 24. ПРОВІДНИКИ, НАПІВПРОВІДНИКИ, ІЗОЛЯТОРИ. ЕЛЕКТРИЗАЦІЯ ЧЕРЕЗ ВПЛИВ

1. Які є види речовин залежно від їх здатності переміщувати електричні заряди? Виконуючи досліди з електризації, ми впевнились в тому, що:

• електричні заряди можуть переходити із зарядженого тіла на незаряджене (наприклад, з наелектризованої палички на електрометр);

• електричні заряди можуть переміщуватись вздовж самого зарядженого тіла (електрометр заряджався через дотикання наелектризованої палички до верхнього кінця металевого стержня, а відхилялась стрілка, яка знаходиться на його кінці).

У зв’язку з цим виникає питання: а чи переміщуються електричні заряди вздовж будь-якого тіла? Для відповіді на це питання виконаємо нескладний дослід. Поставимо поряд два електрометри, зарядимо один з них і з’єднаємо його з іншим за допомогою металевої палички (лінійки, дротини).

Побачимо, що стрілки обох електрометрів відхилились на однакові кути (рис. 92 а). Отже, вздовж металу заряди переміщуються.

Тепер повторимо дослід, але з’єднаємо заряджений і незаряджений електрометри скляною паличкою (ебонітовою, пластмасовою). При цьому стрілка другого електрометра залишиться нерухомою (рис. 92, б). Це означає, що вздовж скла заряди не переміщуються.

Отже, залежно від здатності щодо переміщення (проведення) електричних зарядів розрізняють три види речовин:

Рис. 92 а. Стрілки обох електрометрів відхилились на однакові кути

Рис. 92 б. Стрілка другого електрометра залишиться нерухомою

• провідники - речовини, по яких електричні заряди переміщуються (метали, водні розчини кислот, луг, солей, вода, тіло людини);

• діелектрики (ізолятори) - речовини, по яких електричні заряди не переміщуються (скло, повітря, дерево, гума, янтар, шовк, пластмаса);

• напівпровідники - речовини, по яких електричні заряди можуть переміщуватись лише за певних умов (кремній, фосфор, сірка).

З властивостями провідників, діелектриків і напівпровідників ви ознайомитесь під час вивчення розділу 5.

Електрони, як ви вже знаєте, є носіями електричного заряду, отже, вони і забезпечують переміщення зарядів вздовж провідника. На рис. 93 показана модель провідника. Точками на ній позначені електрони, а стрілками - напрямки їх руху. Як бачимо, напрямки руху електронів безладні.

В ізоляторах вільних електронів немає. Електрони в атомах ізоляторів рухаються навколо ядер, тому вони не можуть забезпечити переміщення зарядів вздовж провідника (рис. 94).

2. Чи можуть тіла електризуватися на відстані? Крім розглянутих нами способів електризації тіл (через тертя, через дотик) є ще один, з яким нам слід ознайомитись для більш глибокого розуміння механізму електричних явищ.

Отже, повернемось до першого досліду з електризації, в якому ми заряджали циліндрик з металевої фольги за допомогою наелектризованої палички. Але тепер трохи змінимо умови досліду: піднесемо позитивно заряджену скляну паличку до циліндрика, але торкатись його не будемо. Циліндрик все одно відхилиться від свого початкового положення і притягнеться до палички (рис. 95). Те ж саме відбудеться, якщо до циліндрика піднести негативно заряджену ебонітову паличку. При цьому за допомогою електрометра можна впевнитись в тому, що під час досліду циліндрик залишається нейтральним.

Розподіл речовин на провідники і діелектрики можна пояснити на основі знань про будову атома. Зокрема, в металах частина електронів, як ви знаєте, рухаються в атомах навколо ядер, але частина — є вільними. Вільні електрони безладно рухаються між атомами, утворюючи так званий електронний газ (до речі, рух вільних електронів можна порівняти з рухом криголама серед криг ). Така внутрішня будова притаманна лише металам і зумовлена тими процесами, які відбуваються при утворенні металів.

Рис. 93. Модель провідника

Рис. 94. Електрони в атомах ізоляторів рухаються навколо ядер

Рис. 95. Циліндрик відхилиться від свого початкового положення і буде притягуватись до палички

Що ж відбувається в металевому циліндрику, до якого піднесене заряджене тіло? Адже ви знаєте, що притягуються лише різнойменно заряджені тіла.

При піднесенні до циліндрика з металевої фольги позитивно зарядженої скляної палички негативно заряджені вільні електрони будуть притягуватись до палички і сконцентруються на тій частині циліндрика, яка знаходиться найближче до палички. Відповідно, на протилежній частині циліндрика виникне нестача електронів, тобто надлишок позитивного заряду, але в цілому циліндрик залишиться нейтральним (рис. 96). Після прибирання зарядженої палички циліндрик повернеться у вихідний стан.

Розглянутий спосіб електризації тіл називається електризацією через вплив.

Заряди, які з’являються на тілах в процесі електризації через вплив, називаються наведеними або індукованими (від латинського слова inductio — наведення).

Рис. 96. Циліндрик залишається нейтральним

ПОГЛИБТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

Як виникає блискавка? Після ознайомлення із властивостями провідників щодо перенесення електричного заряду можна пояснити механізм утворення блискавки. Ви вже знаєте, що у хмарах є позитивні і негативні заряди. Вони розміщені в різних частинах хмари. Найчастіше негативні заряди розміщені на нижній частині хмари, відстань від якої до поверхні Землі складає 1-2 км. Виникнення блискавки починається з появи каналу блискавки (так званого "лідеру"), який досягає поверхні Землі і немов з’єднує хмару і Землю провідником. Відповідно, канал блискавки спрямовується на такий об’єкт на Землі, на якому є надлишок позитивного заряду (вістря парасольок, високі сухі дерева, поодинокі предмети на відкритій місцевості). Через канал блискавки негативні заряди з хмари починають рухатись у напрямку до Землі, де вони нейтралізуються позитивними зарядами. При цьому спостерігається яскраве світіння, нагрівання повітря і виникнення ударної хвилі - грому.

ІЗ ІСТОРІЇ ФІЗИКИ: ВЧЕНІ І ФАКТИ

Заради науки. Російські вчені Михайло Ломоносов і Георг Ріхман, вивчаючи атмосферну електрику, довели, що блискавка має електричну природу. Георг Ріхман (1711 - 1753) досліджував блискавку за допомогою спеціальної «громової машини» - високої металевої жердини, яка проходила через дах приміщення для дослідів. Підчас сильної грози 6 серпня 1753 року, виконуючи свої досліди, Ріхман був убитий сильним грозовим розрядом. Але дослідження Ломоносова і Ріхмана мали величезне практичне значення - вони запропонували захист споруд за допомогою громовідводів.

Хто вкрав блискавку? Суттєвий внесок у розвиток учення про електрику зробив відомий американський політичний діяч, вчений і філософ Бенджамін Франклін (1706 - 1790). Він, зокрема, здійснив блискучий експеримент, пропустивши розряд блискавки по вологій мотузці від повітряного змія. Фактично Франклін добровільно міг стати провідником блискавки! Проте він не постраждав і здійснив ще багато корисного для розвитку фізики. Цікаво, що на могильному камені Франкліна вибито таку епітафію: «Він вкрав блискавку з небес».

Від теорії до практики

Де заховатись від грози? Тепер, коли ви дізнались, як виникає блискавка, можна з’ясувати правила безпечної поведінки під час грози. Отже, подивіться на рис. 95: очевидно, що найбільшої небезпеки зазнають люди, які намагаються заховатись під високими деревами або своїми парасольками. Якщо гроза застала вас на відкритій місцевості краще заховатись у невисоких кущах або взагалі лягти на землю.

Як утворюються грозові хмари?

У літній час ми часто бачимо, як в небі пливуть грозові хмари, але ні дощу, ні грози немає. Такі хмари є електрично нейтральними.

Один із способів утворення електричного заряду в грозовій хмарі можна представити наступним чином: великі дощові краплі біля основи хмари розбризкуються поривами вітру. При цьому більша частина краплі заряджається позитивно, а мільчіші бризки заряджаються від’ємно та потоками повітря піднімаються доверху.

Наступний спосіб - це розділення електричних зарядів в грозовій хмарі за рахунок енергії сонячного випромінювання. Дійсно, різні поверхні землі (болота, водойми, рілля) прогріваються Сонцем нерівномірно. Це викликає потужні висхідні потоки нагрітого повітря, що є причиною утворення потужних грозових хмар і гроз.

Подумайте і дайте відповідь

1. Назвіть три види речовин залежно від їх здатності щодо переміщення електричних зарядів.

2. Які речовини називаються провідниками, а які - діелектриками?

3. Як на досліді можна встановити, чи є тіло провідником або ізолятором?

4. Чи існують інші види електризації, крім електризації через тертя і через дотик?

5. Поясніть механізм електризації через вплив.

6. Поясніть, чому в досліді зображеному на рис. 97 при піднесенні до циліндрика з металевої фольги позитивно зарядженої скляної палички негативно заряджені вільні електрони притягуються до палички і концентруються на тій частині циліндрика, який знаходиться найближче до палички.

Рис. 97. Блискавка

Розв’яжіть задачі та оцініть результати

Вправа 24.

1. Виготовте дві легких кульки з металевої фольги і підвісьте одну них на шовковій нитці, а другу - на дуже тонкому металевому дроті (або металевій нитці), які з'єднані із землею. Спостерігайте, що відбудеться з кульками, якщо торкнутись кожної з них зарядженою скляною (або пластмасовою) паличкою. Виконайте в зошиті рисунок досліду і поясніть його результат.

2. Поясніть, чи можна, тримаючи у руці, зарядити скляну паличку? металевий стержень?

3. Чому громовідвід (блискавковідвід) виготовляють з металу?

4. На одній з двох однакових заряджених кульок є надлишок 10 електронів. Кульки сполучили між собою провідником. Як розподіляться електрони між кульками?

5. Чи можна зарядити тіло, не торкаючись до нього іншим зарядженим тілом? Як при цьому розподіляться заряди в тілі, що заряджається? Запропонуйте метод для експериментальної перевірки своєї відповіді. Виконайте в зошиті рисунок досліду.

6. Чим відрізняються провідники від діелектриків з точки зору їх внутрішньої будови?

7. Пояснiть, чому явище електризації через тертя відкрили за допомогою тіл, які не проводять електричних зарядів?





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