Підручник Фізика 8 клас - Т.М. Засєкіна - Оріон 2017 рік

Розділ 2 ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ

§ 31 Механізми електризації тіл. Закон збереження електричного заряду

Ви дізнаєтесь

- Яким чином можна електризувати тіло

Пригадайте

- Поведінку провідників і діелектриків в електричному полі

Електризація дотиком. З’ясувавши особливості внутрішньої будови провідників і діелектриків, поведінку їхніх заряджених частинок в електричному полі, розглянемо особливості електризації цих речовин. Електризацію тіл тертям ми вже частково розглянули в § 27. Дослідами доведено, що на тілах, що контактують, утворюються однакові за величиною,але протилежні за знаком електричні заряди.

Слід зазначити, що електризація тіл відбувається під час дотику. Сам процес тертя не є визначальним для електризації. Однак під час тертя електризація є інтенсивнішою унаслідок збільшення площі дотику тіл.

Під час щільного контакту тіл з різних матеріалів, насамперед діелектриків, відбувається перехід електронів від одного тіла до іншого, а отже, одне тіло набуває електрони, а інше — втрачає. Якщо після контакту тіла роз’єднати, то вони будуть різнойменно зарядженими: те, що отримало електрони, стане негативно зарядженим, а те, що втратило, — позитивно зарядженим.

Електризація дотиком — це процес набуття тілами, що контактують, електричного заряду внаслідок обміну електронами.

Виявляється, що від дотику з різними речовинами одна й та сама речовина може набувати заряду різних знаків. Причиною такого явища є те, що в різних речовинах електрони по-різному притягуються до ядра: в одних сильніше, в інших — слабше. Ті атоми, у яких електрони містяться далі від ядра і слабше ними утримуються, легше їх втрачають і перетворюються на позитивні йони. Атоми речовин, які приймають електрони, перетворюються на негативні йони.

Електризація через вплив. Виконуючи досліди, ви могли помітити, що тіла починають взаємодіяти відразу після наближення до них електрично зарядженої палички. При цьому не обов’язково доторкуватись наелектризованою паличкою до цих тіл. Чому так відбувається? Як можуть електрони в цьому випадку переміститися з одного тіла на інше?

Розглянемо ще раз дослід взаємодії незарядженої гільзи з фольги зі скляною електризованою паличкою. Під дією електричного поля позитивно зарядженої палички вільні електрони на металевій гільзі перерозподіляються по її поверхні. Оскільки електрони мають негативний заряд, вони притягуються до позитивно зарядженої палички. Відповідно, з іншого боку гільзи нестача електронів приводить до того, що там переважають позитивно заряджені частинки (мал. 107). Отже, під час електризації через вплив електричного поля відбувається не втрата електронів тілом, а їх перерозподіл. Такий вид електризації називають електризацією через вплив.

Мал. 107. Електризація через вплив

Електризація через вплив — це перерозподіл електричного заряду в тілі, зумовлений дією на нього електричного поля зарядженого тіла.

З’ясувавши механізм електризації через вплив, ми можемо пояснити, чому металева гільза завжди притягується до тіла, що має електричний заряд, незалежно від його знака. Спробуйте описати дослід, якби ви його виконували з позитивно зарядженою паличкою.

Електризацією через вплив пояснюється і притягання папірців до наелектризованої палички (мал. 108, а). Як відомо, папір є неполярним діелектриком і, на відміну від металу, не містить електронів, які б могли вільно переміщуватись.

У неполярних діелектриків електрони зв’язані з ядром атома (мал. 108, б). Проте під дією електричного поля зарядженої палички електрони можуть зміщуватись в електронній хмарі атома, деформуючи її (мал. 108, в). У результаті на ближній до палички частині клаптика паперу утворюється заряд, який за знаком протилежний заряду палички, і тому папір притягується до палички.

У цьому разі також відбувається перерозподіл електричного заряду, але вже всередині атома.

Існують й інші способи електризації тіл. Наприклад, метал можна зробити позитивно зарядженим, якщо освітити його відповідним світловим потоком. У результаті взаємодії світла з металом відбувається вивільнення електронів з поверхні металу. Втрачаючи електрони, метал стає позитивно зарядженим.

Мал. 108. Пояснення електризації діелектрика: а — притягання клаптиків унаслідок дії позитивно зарядженої палички; б — зв’язані електрони в атомі; в — зміщення електронів

Проте, якщо ви будете тримати в руці металевий стержень, вам не вдасться електризувати його тертям. Оскільки і метал, і людський організм є добрими провідниками, то електрони, не зупиняючись, рухаються крізь людське тіло до Землі, яка теж є провідником. (Поміркуйте, у який спосіб усе-таки можна наелектризувати металевий стержень тертям).

Закон збереження електричного заряду. Ознайомившись із різними механізмами електризації тіл, можна зробити важливий висновок: за будь-якого способу електризації тіл електричні заряди не виникають і не зникають, а лише перерозподіляються між усіма тілами, які беруть участь у тому чи іншому процесі. Цю властивість описує закон збереження електричного заряду.

Повний заряд системи тіл або частинок, що утворюють замкнену систему, під час будь-яких взаємодій у цій системі залишається сталим:

q1 + q2 + ... + qn = const.

Математично закон збереження електричного заряду може бути сформульовано так: алгебраїчна сума електричних зарядів, що утворюють замкнену систему, під час будь-яких взаємодій у цій системі дорівнює нулю. Термін «алгебраїчна сума» вживається тому, що електричні заряди є двох видів: позитивні та негативні. Математично позитивним зарядам приписується знак «+», негативним — знак «-».

Зверніть увагу! Як і у випадку закону збереження енергії, і у випадку закону збереження електричного заряду тіла, що взаємодіють, мають утворювати замкнену систему. Тобто вони мають взаємодіяти тільки одне з одним і не взаємодіяти з тілами, що не входять до цієї замкненої системи.

Як можна перевірити виконання закону збереження електричного заряду на досліді? У вже знайомий для вас спосіб натремо ебонітову паличку об вовняну тканину. Роз’єднаємо їх. Кожне з тіл набуло електричного заряду. З’єднаємо їх знову разом. Що, на вашу думку, відбуватиметься? Так, позитивні й негативні заряди компенсують один одного, і тіла «роз ряджаються». Пригадайте, як у математиці: -5 + 5 = 0.

Підбиваємо підсумки

- Під час електризації через дотик відбувається набуття тілами, що перебувають у контакті, електричного заряду внаслідок обміну електронами.

- Під час електризації через вплив відбувається перерозподіл електричного заряду в незарядженому тілі, зумовлений дією на нього електричного поля іншого зарядженоготіла.

- Повний заряд системи тіл або частинок, що утворюють замкнену систему, під час будь-яких взаємодій у цій системі залишається сталим:

q1 + q2 +...+ qn = const.

Я знаю, вмію й розумію

1. Що відбувається під час щільного контакту двох тіл, виготовлених із різних матеріалів?

2. Чим можна пояснити електризацію тіл під час тертя?

3. У чому суть електризації через вплив?

4. Назвіть відмінності в способах електризації дотиком та через вплив.

5. Сформулюйте закон збереження електричного заряду. Наведіть приклади явищ, у яких спостерігається збереження заряду.

ПОЯСНІТЬ

1. Якими способами можна наелектризувати шматок металу?

2. На шовковій нитці підвішена незаряджена гільза з алюмінієвої фольги. Якщо до неї наблизити наелектризовану скляну паличку, то гільза притягнеться до неї. Чому гільза одразу після дотикання до палички відштовхується від неї?

3. Чому метали внаслідок натирання їх вовною або шовком електризуються тільки позитивно?

4. Чи можна одночасно на кінцях скляної палички отримати два різнойменні заряди?

Вправа 15

1. Під час електризації тертям ебонітова паличка набула 4 ∙ 1012 електронів. Визначте електричний заряд на паличці. Як і на скільки змінилася маса палички? Маса електрона 9,1 ∙ 10-31 кг

2. Як можна визначити знак заряду металевої кульки, якщо у вашому розпорядженні є ебонітова паличка та вовняна хустинка?

3. Дві однакові заряджені легкі металеві кульки підвішені на шовкових нитках в одній точці (мал. 109). Як зміниться кут між нитками, якщо доторкнутись до однієї з кульок рукою?

4. Як пояснити, що електризацію тертям помітили на речовинах, які належать до діелектриків?

5. Якими за знаком і значенням є заряди маленьких кульок на малюнку 110?

6. Легка металева кулька висить на шовковій нитці, торкаючись електрично нейтральної металевої

палички. Коли до іншого кінця металевої палички, не торкаючись її, підносять кульку, що має електричний заряд, кулька на нитці відхиляється (мал. 111). Поясніть це явище.

Мал. 109. До завдання 3

Мал. 110. До завдання:

7. Запропонуйте досліди, які б дали змогу відрізнити провідник від діелектрика.

8. Порівняйте випадки електромагнітної взаємодії на малюнку 112, а і б. Які зміни відбулися із зарядом кульки 2 у випадку б? На підставі чого ви робите такі висновки?

Мал. 111. До завдання 6

Мал. 112. До завдання 8



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