Карточки
Тесты
Зави
Электризация и электрический заряд
Электризация тел при соприкосновении. Взаимодействие заряженных тел
Каждый человек хотя бы раз сталкивался с необычными явлениями, связанными с электричеством. Например, иногда при снятии или надевании шерстяного свитера волосы начинают подниматься и «прилипать» к одежде. Или пластмассовая расческа после использования притягивает мелкие кусочки бумаги. Эти явления имеют общую причину — электризацию тел (рисунок 1).
Мы начинаем изучение нового раздела физики — «Электрические явления». На следующих уроках мы познакомимся с электрическим полем, строением атома, электрическим током и электрическими цепями. Но сначала нам необходимо разобраться, каким образом тела приобретают способность взаимодействовать друг с другом после соприкосновения и почему одни заряженные тела притягиваются, а другие — отталкиваются.
На данном уроке мы познакомимся с явлением электризации тел и выясним, при каких условиях она возникает. Также мы узнаем, что такое электрический заряд, рассмотрим два рода электрических зарядов и установим правила взаимодействия заряженных тел.
Явление электризации
Изучение электрических явлений началось очень давно. Еще в VI–V веках до нашей эры древнегреческий философ Фалес Милетский заметил необычное свойство янтаря.
Янтарь — это окаменевшая смола древних хвойных деревьев, которая образовалась миллионы лет назад. Янтарь часто используют для изготовления украшений и декоративных изделий (рисунок 2).
Если потереть кусочек янтаря о шерсть или мех, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Например, соломинки, пушинки или сухие листья.
Позже было установлено, что подобным свойством обладает не только янтарь. После натирания способность притягивать легкие предметы приобретают стекло, эбонит, пластмасса и некоторые другие материалы.
Эбонит — это твердый материал черного цвета, похожий на пластмассу (рисунок 3). Его получают из каучука — природного или искусственного материала, который используют для изготовления резины. Благодаря своим свойствам эбонит часто используют в опытах по электризации.
Именно поэтому многие столетия спустя все подобные явления стали называть электрическими. А само слово «электричество» произошло от греческого слова «electron», что означает «янтарь».
Опыт
Для того чтобы убедиться в существовании этого явления, рассмотрим простой опыт.
Потрем стеклянную палочку о лист бумаги. Затем поднесем ее к мелко нарезанным кусочкам бумаги. Мы увидим, что кусочки бумаги начинают притягиваться к палочке (рисунок 4).
Аналогичный результат получится, если использовать эбонитовую палочку, потертую о мех или сукно. К наэлектризованной палочке будут притягиваться не только мелкие кусочки бумаги, но и другие легкие тела, например пушинки, ворсинки и даже тонкая струйка воды (рисунок 5).
Итак, что мы увидели? До натирания палочка не притягивала бумажки. А вот после натирания, то есть после многократного соприкосновения с другим материалом, ее свойства изменились. Палочка приобрела способность притягивать легкие тела.
Говорят, что тело стало наэлектризованным. Такое явление называют электризацией.
Электризация при соприкосновении тел
Возникает вопрос: при каких условиях тело становится наэлектризованным? Для ответа рассмотрим еще один опыт.
Потрем эбонитовую палочку о мех. Проверим палочку — она начинает притягивать мелкие кусочки бумаги. Теперь проверим мех. Оказывается, он тоже начинает притягивать кусочки бумаги (рисунок 6).
Значит, после соприкосновения изменились свойства обоих тел. И палочка, и мех становятся наэлектризованными.
Можно подумать, будто электризация происходит только при трении. Но это не совсем верно. Трение лишь обеспечивает более тесное и многократное соприкосновение поверхностей. Именно поэтому при трении электризация проявляется особенно заметно.
Рассмотрим еще один опыт.
Снова потрем эбонитовую палочку о мех. Затем коснемся ею металлического шарика, подвешенного на нити. После этого проверим, способен ли шарик притягивать мелкие кусочки бумаги. Окажется, что теперь он тоже притягивает легкие предметы (рисунок 7).
Таким образом, электризация происходит при соприкосновении тел.
Электрический заряд
Мы установили, что после электризации тело приобретает новое свойство: оно начинает притягивать легкие предметы. Чтобы описать это свойство, физики ввели понятие электрического заряда (рисунок 8).
При электризации телу сообщается электрический заряд.
Электрический заряд — это физическая величина, характеризующая свойство тел, от которого зависит сила их электрического взаимодействия.
Электрический заряд обозначают буквой $q$.
Единицей измерения электрического заряда является кулон ($Кл$).
Пока мы не будем подробно рассматривать, почему возникает электрический заряд и какова его природа. К этим вопросам мы вернемся на следующих уроках, когда познакомимся со строением атома и узнаем, какие частицы входят в состав вещества.
На данном этапе нам важно понимать, что именно наличие электрического заряда объясняет появление у тел новых свойств после электризации. Заряженные тела могут притягивать легкие предметы и взаимодействовать друг с другом.
Два рода электрических зарядов
Все ли электрические заряды одинаковы?
На первый взгляд может показаться, что да. Ведь независимо от того, какую палочку мы натирали — стеклянную или эбонитовую, — обе после электризации притягивали мелкие кусочки бумаги.
Чтобы выяснить, все ли электрические заряды одинаковы, рассмотрим опыты, в которых будут взаимодействовать уже заряженные тела.
Возьмем две эбонитовые палочки и натрем каждую из них о мех. Одну палочку подвесим на тонкой нити, чтобы она могла свободно поворачиваться. Затем осторожно поднесем к ней вторую эбонитовую палочку. Мы увидим, что палочки не притягиваются, а отталкиваются друг от друга (рисунок 9).
Повторим опыт, используя две стеклянные палочки, потертые о бумагу. Результат окажется таким же — стеклянные палочки также будут отталкиваться (рисунок 10).
Теперь рассмотрим еще один опыт. Поднесем стеклянную палочку, потертую о бумагу, к эбонитовой палочке, потертой о мех. На этот раз мы наблюдаем противоположный результат. Теперь палочки притягиваются друг к другу (рисунок 11).
Мы выяснили, что между заряженными телами возможно не только притяжение, но и отталкивание. Такое взаимодействие заряженных тел называют электрическим взаимодействием.
Различие в поведении заряженных тел можно объяснить только тем, что электрические заряды бывают разных видов. Поэтому ученые пришли к выводу, что существует два рода электрических зарядов.
Положительный и отрицательный электрические заряды
Для удобства было принято условное обозначение двух видов электрических зарядов (рисунок 12).
- Заряд, который получает стеклянная палочка после натирания о бумагу, условились называть положительным и обозначать знаком «+».
- Заряд, возникающий на эбонитовой палочке после натирания о мех, условились называть отрицательным и обозначать знаком «−».
Названия «положительный» и «отрицательный» не связаны с какими-либо особыми свойствами зарядов. Они были приняты учеными по соглашению, чтобы различать два рода электрических зарядов.
Важно понимать, что положительный заряд не является «лучше», «сильнее» или «важнее» отрицательного. Оба вида зарядов совершенно равноправны и отличаются лишь характером своего взаимодействия.
После проведения многочисленных опытов было установлено, что все заряженные тела можно отнести только к одной из этих двух групп. Следовательно, существует только два рода электрических зарядов: положительный и отрицательный.
Каким именно зарядом электризуется тело при трении, зависит от того, какие материалы соприкасаются. Так, в наших опытах эбонитовая палочка, натертая о шерсть, заряжается отрицательно, а стеклянная палочка, натертая о бумагу, — положительно. Более подробно объяснить, почему тела при трении приобретают разные заряды, мы сможем после изучения строения атома.
Взаимодействие заряженных тел
Результаты всех рассмотренных опытов позволяют сформулировать важнейшее правило электрических взаимодействий.
Тела, имеющие электрические заряды одного знака, взаимно отталкиваются.
Тела, имеющие электрические заряды разных знаков, взаимно притягиваются.
Это правило обычно формулируют короче.
Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные — притягиваются.
Именно это правило необходимо хорошо запомнить, поскольку оно будет использоваться при изучении практически всех последующих тем раздела «Электрические явления».
Почему по притяжению нельзя определить вид заряда?
После знакомства с двумя родами зарядов часто возникает вопрос: если стеклянная и эбонитовая палочки имеют разные заряды, то почему обе притягивали кусочки бумаги?
Ответ заключается в том, что по одному лишь факту притяжения нельзя определить, какой заряд имеет тело.
И стеклянная палочка, и эбонитовая палочка одинаково хорошо притягивают легкие незаряженные предметы. Поэтому определить вид электрического заряда удалось только после опытов, в которых исследовали взаимодействие двух уже наэлектризованных тел. Именно эти опыты показали, что одинаково заряженные тела отталкиваются, а тела с различными зарядами притягиваются (рисунок 13).
Таким образом, именно опыты с отталкиванием и притяжением заряженных тел позволили установить существование двух различных родов электрических зарядов.
Упражнения
Упражнение № 1
На нити висит заряженная бумажная гильза (рисунок 14). Предложите способ определения рода заряда гильзы.
Посмотреть ответ
Скрыть
Ответ:
Наэлектризуем стеклянную палочку трением о бумагу. Теперь она имеет положительный заряд. Поднесем ее к заряженной бумажной гильзе. Если гильза будет отталкиваться от палочки, значит, она имеет положительный заряд (рисунок 15, а). Если гильза будет притягиваться к палочке, значит, ее заряд отрицательный (рисунок 15, б).
Таким же образом можно использовать эбонитовую палочку, натертую о мех. Она будет обладать отрицательным зарядом. Если гильза будет отталкиваться от палочки, то она имеет отрицательный заряд, а если притягиваться — положительный.
Упражнение № 2
На рисунке 16 показано взаимодействие заряженных тел. Найдите ошибки в рисунке и исправьте их.
Посмотреть ответ
Скрыть
Ответ:
а) верно: разноименные заряды притягиваются (рисунок 17),
б) ошибка: одноименные заряды должны отталкиваться,
в) ошибка: разноименные заряды должны притягиваться,
г) верно: одноименные заряды отталкиваются.
Упражнение № 3
Рассмотрите рисунок 18. Считая, что тело 1 заряжено, определите знак его заряда в каждом случае.
Посмотреть ответ
Скрыть
Ответ:
а) Тело 2 имеет положительный заряд. Тела притягиваются, значит, они заряжены разноименно. Следовательно, тело 1 имеет отрицательный заряд (рисунок 19).
б) Тело 2 имеет отрицательный заряд. Так как тела притягиваются, они заряжены разноименно. Значит, тело 1 имеет положительный заряд.
в) Тело 2 имеет положительный заряд. Тела отталкиваются, значит, они заряжены одноименно. Поэтому тело 1 имеет положительный заряд.
г) Тело 2 имеет отрицательный заряд. Так как тела отталкиваются, они заряжены одноименно. Следовательно, тело 1 имеет отрицательный заряд.
Часто задаваемые вопросы
Эбонитовые палочки отталкиваются, так как при трении о мех обе палочки приобретают заряд одного знака (отрицательный заряд).
Нужно поднести наэлектризованные палочки друг к другу. Если они притягиваются, значит, их заряды разного знака.
В природе существуют два рода электрических зарядов — положительный и отрицательный.
Тела, имеющие заряды одного знака, отталкиваются, а имеющие заряды разных знаков, притягиваются.
Электрический заряд обозначается буквой $q$ и измеряется в кулонах ($Кл$).
5
5
1
5
Получите полный доступ ко всем материалам и занимайтесь в удобном темпе — без ограничений.
- Более 700 000 учеников и 50 000 учителей по всей России.
- Повышение среднего балла по предмету до 20 % после месяца занятий.
- Всплеск интереса к учебе и более глубокое понимание предметов.
Создайте бесплатный аккаунт — и откройте больше возможностей:
- Отслеживайте прогресс освоения тем
- Получайте персональные подборки полезных уроков и заданий
- Проводите работу над ошибками после занятий