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

Розділ 2 ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ

§ 32 Пільність електричного заряду

Ви дізнаєтесь

- За допомогою яких приладів можна спостерігати подільність електричного заряду

Пригадайте

- Що таке електричний заряд

- Що таке електризація

Електроскоп. Електрометр. Досліджувати та спостерігати електризацію тіл і прояви електромагнітної взаємодії можна за допомогою електроскопа й електрометра.

Електроскоп (мал. 113) — прилад для демонстрації наявності електричного заряду. Він складається з металевого стержня — електрода та підвішених до нього двох листочків фольги. Перед початком роботи стержень електроскопа не наелектризований, і заряджені мікрочастинки рівномірно розподілені по ньому (мал. 113, б). У результаті наближення позитивно зарядженої палички до металевого стержня електроскопа відбувається перерозподіл електрично заряджених частинок усередині самого стержня та листочків фольги (мал. 113, в). Листочки виявляються однойменно зарядженими і тому відхиляються один від одного (мал. 113, в, г). Для того щоб листочки фольги не коливалися від руху повітря, їх зазвичай поміщають у скляну посудину. Електроскоп як фізичний прилад зіграв важливу роль на ранніх етапах вивчення електрики.

Для вимірювань величини електричного заряду використовують електрометри (мал. 114, а). На верхній частині стержня електрометра закріплюють порожнисту металеву сферу.

Електричний заряд, наданий металевій сфері, передається металевому стержню і стрілці. У результаті взаємного відштовхування стрілка відхиляється від стержня. За кутом відхилення, що фіксується шкалою приладу, можна вимірювати величину наданого заряду (мал. 114, б).

Дискретність (подільність) електричного заряду. За допомогою електроскопа або електрометра можна дослідити подільність (дискретність) електричного заряду.

Мал. 113. Електроскоп: а — зовнішній вигляд; б, в — механізм електризації; г — принцип дії

Мал. 114. Електрометр: а — зовнішній вигляд; б — принцип дії

б

Мал. 115. Досліди з подільності електричного заряду: а — передача заряду одному з електрометрів; б — поділ електричного заряду

Розглянемо дослід. Візьмемо два однакові електрометри. Зарядимо один із них. При цьому його стрілка, як видно з малюнка 115, а, відхилилася на чотири поділки. З’єднаємо ці електрометри металевим провідником з ручкою, що виготовлена з діелектрика. У результаті з’єднання частина заряду із зарядженого електрометра переходить на незаряджений.

Зверніть увагу! З малюнка 115, б видно, що стрілка кожного електрометра відхилилася на дві поділки. Тобто початковий заряд зарядженого електрометра поділився на дві рівні частини.

Якщо роз’єднати ці електрометри й один із них розрядити, доторкнувшись до його кульки рукою, а потім, як і в першому випадку, з’єднати ці електрометри, то заряд зарядженого електрометра знову поділиться на дві рівні частини.

Можна зробити висновок: якщо заряджене тіло привести в контакт із точно таким самим тілом, але незарядженим, то заряд розподілиться між ними порівну.

Поміркуйте, що було б, якби під час проведення досліду металевий провідник поклали на кулі електрометрів голою рукою (без ручки із діелектрика).

Якщо заряджене та незаряджене тіла будуть різних розмірів, то виявиться, що електричний заряд поділиться таким чином, що провідник з більшою площею поверхні набуде більшого електричного заряду!

Ця особливість використовується для захисту електричних приладів від накопичення статичної електрики на їхніх корпусах. Оскільки розміри Землі більші за розміри будинків та електричних приладів, то майже весь заряд із тіл переходить на Землю. Для такого захисту застосовуються металеві провідники, з’єднані з добре провідними шарами ґрунту. Такий вид захисту називають заземленням.

Вимірювання елементарного електричного заряду. До кінця ХІХ ст. накопичений матеріал досліджень свідчив про існування носія елементарного (мінімального) негативного електричного заряду, який дістав назву «електрон». Проте це твердження було гіпотезою, оскільки не було підтверджено експериментально.

У 1910-1911 рр., незалежно один від одного, американський учений Роберт Міллікен і російський фізик Абрам Йоффе провели експерименти з вивчення дискретності (подільності) електричного заряду та визначення заряду електрона. У своїх дослідах вони застосовували дещо відмінні установки, які, проте, були схожими принципово.

Експериментальна установка, що зображена на малюнку 116, складається із закритої ємності (захисного кожуха) 2, з якої відкачали повітря до стану вакууму. Усередині ємності є дві металеві пластини 3, яким можна надавати певного заряду. Через розпилювач 1 в установку подавали дрібні краплинки олії. Поведінку краплинок можна було спостерігати через спеціальне віконце за допомогою мікроскопа 4.

У разі відсутності електричного поля заряджені краплинки у вакуумі рухалися донизу, проте цей процес можна було зупинити, якщо зарядити верхню пластину позитивно, а нижню негативно. Змінюючи величину заряду пластин, учені домоглися того, що краплинки зависли між пластинами.

Унаслідок опромінювання рентгенівськими або ультрафіолетовими променями із джерела 5 краплинки втрачали заряд і знову рухалися донизу. Їх знову зупиняли, змінюючи заряд пластин. Такий процес повторювали кілька разів, обчислюючи заряд краплинок за спеціальними формулами.

У результаті цих досліджень вдалося виявити, що заряд краплинок завжди змінювався на певну величину або ж був кратним цій величині. Так і було зроблено висновок про існування маленької частинки, що несе на собі неподільний електричний заряд. Цією частинкою є електрон, і його заряд дорівнює -1,6 ∙ 10-19 Кл. Заряд електрона не можна змінити, бо це його невід’ємна властивість.

Мал. 116. Схема експериментальної установки досліду Міллікена:

1 — спеціальний розпилювач масла; 2 — захисний кожух; 3 — паралельні заряджені пластини; 4 — мікроскоп; 5 — джерело світла (ліворуч від установки)

Підбиваємо підсумки

- Досліджувати та спостерігати електризацію тіл і прояви електромагнітної взаємодії можна за допомогою електроскопа й електрометра.

- Електроскоп фіксує наявність електричного заряду. Електрометром можна визначати й порівнювати величину електричного заряду.

- Якщо двома однаковими тілами, одне з яких заряджене, а друге — незаряджене, доторкнутися одне до одного, то електричний заряд розділиться між ними порівну.

- Якщо заряджене й незаряджене тіла будуть різних розмірів, то після контакту заряд ділитиметься нерівномірно: провідник з більшою площею поверхні набуде більшогоелектричного заряду.

Я знаю, вмію й розумію

1. Для чого застосовують електроскоп? Який принцип його дії?

2. Опишіть досліди, що підтверджують подільність електричного заряду.

3. Хто із вчених проводив досліди з вимірювання елементарного електричного заряду?

ПОЯСНІТЬ

1. Чому відхилення листочків фольги електроскопа не залежить від знака заряду?

2. Чи може тіло мати електричний заряд 1 ∙ 10-19 Кл; 3,2 ∙ 10-19 Кл?

Експериментальні й дослідницькі завдання

1. Дотикаються дві однойменно заряджені металеві кулі однакового діаметра. Одна з куль — порожниста. Як розподіляться заряди на кулях після дотику?

2. До кондуктора зарядженого електрометра піднесіть (не торкаючись його) заряджений металевий стержень. Поясніть, як зміниться відхилення стрілки.

3. На одній із двох однакових кульок є надлишок одинадцяти електронів. Кульки сполучили між собою провідником. Як розподіляться електрони? Умови електричної системи виключають їх коливання.

4. Зі скляної банки з капроновою кришкою виготовте електроскоп (мал. 117). Перевірте його в дії.

Мал. 117 До завдання 4



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