Способы электризации. Электризация тел при соприкосновении

Культура взаимодействия - это взаимодействие культур.

Интерактивное изложение темы Электризация тел. Электрический заряд

Развлекались ли вы таким нехитрым фокусом: если потереть о сухие волосы надутый воздушный шарик, а потом приложить его к потолку, то он как бы "прилипает"?

Нет? Попробуйте! Не менее забавно потом торчат во все стороны волосы. Такой же эффект получается иногда при расчесывании длинных волос. Они торчат и липнут к расческе. Ну и всем знакомы ситуации, когда походив в шерстяных или синтетических вещах, прикасаешься к чему-то или к кому-то и чувствуешь резкий укол. В таких случаях говорят – бьет током. Все это примеры электризации тел. Но откуда возникает электризация, если мы все прекрасно знаем, что электрический ток живет в розетках и батарейках, а не в волосах и одежде? Посмотрите мультик

Явление электризации тел: способы электризации

Электризации тел при соприкосновении (трение эбонитовой или стеклянной палочки о мех или шелк). Потрите ручку о шерсть или мех, а затем поднесите к мелко нарезанным кусочкам бумаги, соломинкам или шерстинкам. Вы увидите, как эти кусочки притягиваются к ручке. То же произойдет с тонкой струей воды, если поднести к ней наэлектризованную ручку.

Два рода электрических зарядов

Впервые подобные эффекты были обнаружены с янтарем , потому и были названы электрическими от греческого слова «электрон» – янтарь. Янтарь. Время: 5:32 И способности тел притягивать другие предметы после соприкосновения, а натирание – это лишь способ увеличить площадь соприкосновения, назвали электризацией или приданием телу электрического заряда. Опытным путем установили, что существует два рода электрических зарядов. Если натереть стеклянную и эбонитовую палочки, то они будут притягиваться между собой. А две одинаковые – отталкиваться . И это происходит не потому, что они не нравятся друг другу, а потому, что у них разные электрические заряды. Электрический заряд стеклянной палочки условились называть положительным, а эбонитовой – отрицательным. Обозначаются они, соответственно, знаками «+» и «-». Имеется в виду, что они противоположны друг другу.

В наше время широко используют легко электризующиеся предметы – пластмассы, синтетические волокна, нефтепродукты. При трении таких веществ возникает электрический заряд, который иногда бывает как минимум неприятен, как максимум он может быть вреден. В промышленности с ними борются специальными средствами. В быту же самый простой способ избавиться от электризации – это смочить наэлектризованную поверхность. Если воды под рукой нет, то поможет прикосновение к металлу или земле. Эти тела снимут электризацию. А чтобы вообще не ощущать на себе эти неприятные эффекты рекомендуется пользоваться антистатиками.

При трении тел друг о друга «трутся» именно электронные оболочки атомов, из которых тела состоят. А так как электроны слабо связаны с ядрами атомов, то электроны могут отделяться от «своих» атомов и переходить на другое тело. В результате на нём возникает избыток электронов (отрицательный заряд), а на первом теле – недостаток электронов (положительный заряд).

Итак, электризация трением объясняется переходом части электронов от одного тела к другому, в результате чего тела заряжаются разноимённо. Поэтому тела, наэлектризованные трением друг о друга, всегда притягиваются (см. § 8-б). Но, кроме электризации трением, существует электризация индукцией (лат. «индукцио» – наведение). Рассмотрим её на опыте:

В начале опыта имеются два металлических шара, которые касаются друг друга (а). К одному из них подносят, не касаясь его, заряженную стеклянную палочку (б), после чего второй шар отодвигают (в). Теперь палочку можно убрать, – шары будут разноимённо заряжены (г).

Объясним этот опыт с точки зрения электронно-ионной теории.

Сначала металлические шары не были заряжены. Это значит, что электронный газ присутствовал в шарах в равных количествах (а). Поскольку палочка стеклянная, мы считаем её заряд положительным (см. § 8-б). Она притягивает отрицательно заряженные частицы – электроны. В результате электронный газ «перетекает» в левую часть левого шара, и в этом месте образуется избыток отрицательного заряда (б).

Все положительные ионы металла прочно связаны друг с другом (они и есть металл), поэтому никуда не «перетекают». Значит, во всех остальных частях шаров возникает недостаток электронов, то есть положительный заряд. И если в этот момент, не убирая палочку, раздвинуть шары (в) и лишь затем убрать её, шары останутся разноимённо заряженными (г).

Итак, электризация индукцией объясняется перераспределением электронного газа между телами (или частями тела), в результате чего тела (или части тела) заряжаются разноимённо. Однако возникает вопрос: все ли тела поддаются электризации индукцией? Можно проделать опыты и убедиться, что пластмассовые, деревянные или резиновые шары можно легко наэлектризовать трением, но невозможно индукцией. Объясним это.

Электроны в резине, древесине и во всех пластмассах не являются свободными, то есть не образуют электронного газа, который может перетекать в другие тела. Поэтому для электризации тел из этих веществ необходимо прибегнуть к их трению, способствующему отделению электронов от «своих» атомов и переходу на другое тело.

Итак, по электрическим свойствам все вещества можно разделить на две группы. Диэлектрики – вещества, не имеющие свободных заряженных частиц и потому не проводящие заряд от одного тела к другому. Проводники – вещества со свободными заряженными частицами, которые могут перемещаться, перенося заряд в другие части тела или к другим телам. Это иллюстрирует рисунок с электроскопами, пластмассовой линейкой и металлической проволокой (см. выше).

Билет 7. Электризация тел. Опыты, иллюстрирующие явление электризации. Два рода электрических зарядов. Взаимодействие зарядов. Электрическое поле. Объяснение электрических явлений. Проводники и непроводники электричества.

Наэлектризованное тело приобретает свойство притягивать к себе мелкие предметы. Например, если потереть стеклянную палочку о лист бумаги, а затем поднести ее к мелко нарезанным листочкам бумаги, то они начнут притягиваться.

О теле, которое обладает таким свойством, говорят, что оно наэлектризовано или что ему сообщен электрический заряд .

Электризация - это явление приобретения телом заряда.

Заряды бывают положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются.

Представление о положительном и отрицательном зарядах было введено в 1747 году Франклином. Эбонитовая палочка от электризации о шерсть и мех заряжается отрицательно. Заряд, который образуется на стеклянной палочке, потертой о шелк, Франклин назвал положительным

Заряд - физическая величина, мера свойств заряженных тел взаимодействовать друг с другом ..
q - заряд
[q]=Кл

Виды электризации:

1) электризация трением: участвуют разнородные тела. Тела приобретают одинаковые по модулю, но разные по знаку заряды.

2) электризация соприкосновением: при соприкосновении заряженного и незаряженного тела часть заряда переходит на незаряженное тело, т. е. оба тела приобретают одинаковый по знаку заряд.

3) электризация через влияние: при электризации через влияние можно получить при помощи положительного заряда на теле отрицательный, и наоборот.

Прибор для измерения величины заряда - электрометр. Прибор для определения наличия заряда - электроскоп.

Изучением взаимодействия электрических зарядов занимались английские физики Майкл Фарадей и Джеймс Максвелл. Если поместить заряженный электроскоп под колокол воздушного насоса, то листочки электроскопа по-прежнему отталкиваются друг от друга. (Из-под колокола воздух откачан.) В результате установлено, что всякое заряженное тело окружено электрическим полем.

Электрическое поле - это особый вид материи, отличающийся от вещества. Электрическое поле - особый вид материи, существующий вокруг заряженных тел и обнаруживающий себя по взаимодействию с другими заряженными телами.

Наши органы чувств не воспринимают электрическое поле. Обнаружить поле можно благодаря тому, что оно действует на всякий находящийся в нем заряд. Именно этим и объясняется взаимодействие наэлектризованных тел.

Сила, с которой электрическое поле действует на внесенный в него электрический заряд, называется электрической силой . Электрическое поле, окружающее один из зарядов, действует с некоторой силой на другой заряд, помещенный в поле первого заряда. И наоборот, электрическое поле второго заряда действует на первый.

Проводники - это тела, способные проводить электрические заряды. К ним относятся все металлы, жидкости (растворы солей и щелочей).

Диэлектрики - это вещества, непроводящие электрические заряды. К ним относятся: дистиллированная вода, пластмасса, резина, дерево, стекло, бумага, бетон, камни и т. д.

1) При электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда. Алгебраическая сумма электрических зарядов ос­тается постоянной при любых взаимодействиях в замкнутой системе, т. е. q1 + q2 + q3 + … + qп = const, замкнутой считают систему, в которую извне не входят и не выходят наружу электрические заряды. Если же нейтральное тело приобретет электроны от какого-нибудь другого тела, то оно получит отрицательный заряд. Таким образом, те­ло заряжено отрицательно в том случае, если оно обладает избыточным, по сравнению с нормальным, числом электронов. А если нейтральное тело теряет электроны, то оно получает поло­жительный заряд. Следовательно, тело обладает положитель­ным зарядом, если у него недостаточно электронов.

2) объяснение электризации трением: при трении электроны с одного тела переходят на другое. Там, где электронов больше, тело заряжается отрицательно, где меньше - положительно.

3) В атомах электроны находятся на разных расстояниях от ядра, удаленные электроны слабее притягиваются к ядру, чем ближние. Особенно слабо удерживаются удаленные электроны ядрами металлов. Поэтому в металах электроны, наиболее удаленные от ядра, покидают свое место и свободно движутся между атомами. Эти электроны называют свободными электронами. Те вещества, в которых есть свободные электроны, являются проводниками.

4) В гильзе есть свободные электроны. Как только гильза будет внесена в электрическое поле, электроны придут в движение под действием сил поля. Если палочка заряжена поло­жительно, то электроны перейдут на тот конец гильзы, который рас­положен ближе к палочке. Этот конец зарядится отрицательно. На противоположном конце гильзы будет недостаток электронов, и этот конец окажется заряженным положительно. Отрицатель­но заряженный край гильзы ближе к палочке, поэтому гильза притя­нется к ней. Когда гильза коснется палочки, то часть электронов с нее перейдет на положительно заряженную палочку. На гильзе останется положительный заряд).

5) Если заряд передают от заряженного шара к незаряженному, и размеры шаров одинаковы, то заряд разделится пополам. Но если второй, незаряженный шар больше, чем первый, то на него перейдет больше половины заряда. Чем больше тело, которому переда­ют заряд, тем большая часть заряда на него перейдет. На этом основано заземление - передача заряда земле. Земной шар велик по сравнению с телами, находящимися на нем. Поэтому при соприкосновении с землей заряженное тело отдает ей почти весь свой заряд и практически становится электрически нейтральным.

Разряд тока между людьми, одетыми в шерстяную одежду, удивляет и веселит. Чтобы понять, почему так происходит следует ознакомиться, что такое электризация тел? Ответы на возникающие вопросы можно найти в разделе физики "Электродинамика". В нём описывается принцип накопления зарядов твердыми телами и действующие законы движения частиц.

Основные моменты

Чтобы определиться, что такое электризация тел, рассмотрим определения и закономерности движения заряженных частиц. Существует два противоположных вида: электроны (отрицательные) и протоны (положительные) заряды. При огромном их скоплении формируется электромагнитное поле. И чем ближе тела со статикой расположены друг к другу, тем более сильное воздействие оказывается.

После соприкосновения тел происходит обмен зарядами, выравниваются потенциалы (притяжение или отталкивание пропадает). Частицы одного знака стремятся отдалиться, разного наоборот притягиваются. Этим можно объяснить, что такое электризация тел: взаимное влияние электромагнитных полей, созданных электронами и протонами.

Попытаемся объяснить простым языком, что такое электризация тел: чтобы образовалось электромагнитное поле, нужно сначала осуществить действие, помогающее накопить заряд:

• трение;
• влияние магнитом;
• удар по предмету;
• химическая реакция;
• приложить к предмету через проводники источник питания (хотя бы батарейку).

Существует множество простых опытов, доказывающих на практике закономерности электродинамики.

Некоторые доказательства закономерностей

В качестве примеров можно провести простые опыты для детей:

• Берём обычную расчёску плоскую, лучше пластмассовую, но подойдёт и железная. Используем волосы или другие натуральные вещи: шубу, парик, шерстяной платок или свитер. Нужно несколько раз интенсивно натереть зубчики. Перед этим мелко измельчают бумагу и потом подносят к ней наэлектризовавшийся предмет. Кусочки моментально прилипают к расческе.
• можно провести камнем янтаря, натертым аналогичным образом. После он может притягивать сухие травинки и другие предметы. Если его поднести к тонкой струе воды, то увидим как она отклоняется в сторону камня.

Шерстяная и шелковая ткани

О шелковый платок натирают стеклянную палочку. После к ней может прилипать практически любой мелкий предмет. Хорошо это заметно, когда наконечник подносим к волосам или тонким лентам бумаги.

Предметы из эбонита хорошо электризуются при трении о шерстяную ткань. А стеклянные палочки натирают шёлком. Однако у этих предметов получается различный заряд. Доказательством этому служит опыт, приведенный ниже.

Натертый шерстью эбонит будет отталкивать от себя шёлк. Чтобы увидеть это, подвесим оба предмета на одну нить и будем постепенно их сближать так, чтобы они свободно свисали. В итоге увидим как ткань начнёт отклоняться в сторону.

Аналогичное явление произойдёт и при опыте со стеклянной палочкой и шерстью. Электризация тел при трении фактически происходит благодаря преобразованию одной энергии в другую.

В повседневной жизни

Вокруг нас постоянно происходит электризация тел. При трении некоторых предметов она становится настолько высокой, что к ним притягиваются даже габаритные тяжелые детали. В домашних условиях наблюдать процесс электризации можно следующим образом:

• Одеваем домашние тапочки матерчатые, только не с резиновой подошвой. Натираем длительно ногами по ковру или деревянному полу. И если коснуться кончиком пальцев с напарником, то получите разряд. В темноте будет видно как он сверкает.
• Часто незаземленные холодильники и стиральные машины тоже бились статическим электричеством. Это происходило по причине трения вращающихся частей.
• Электризуются ладони после трения их о ту же шерсть или шелк. Одежда на человеке притягивает разного рода пушинки, ворсинки по причине электризации. Девочки убирают её спреями-антистатиками, чтобы юбка не липла к ногам во время ходьбы.

Телевизоры по этой же причине притягивают пыль к экранам и корпусу. А воздушный шарик, натертый о волосы головы, можно надолго подвесить к потолку. Происходит притяжение заряженной поверхности к обоям или другому покрытию.

Обозначения в электродинамике

Для классификации и количественного обозначения явления заряженных частиц используется буква q. Положительные протоны указывают так - +q. Отрицательные электроны получили символ -q.

Для расчётов используют общее количество зарядов. Их складывают или отнимают для получения истинного уровня электризации предмета. В спокойном состоянии любой уровень частиц постоянен и имеет вид закона сохранения электрического заряда: q1+q2+...+qN= const.

А для подсчета энергии используется понятие "квант". Простым языком - это минимальное количество частиц разноименно заряженных, которые могут в единицу времени передаваться другому предмету. Этот уровень можно измерить специальным прибором — электрометром. Его работа основана на накоплении заряда металлической стрелкой, закрепленной на неподвижной оси. По мере увеличения уровня отклоняется, стрелка движется по циферблату.

Особенности расчётов:

• На заряды действуют силы притяжения. Но их стараются не учитывать при простейших расчетах. Ведь размеры частиц очень малы по сравнению с преодолеваемыми расстояниями.
• Для определения направления движения любой выбранной частицы нужно учесть все силы, действующие от окружающих элементов. Все расчеты проводятся графически: составляется векторная диаграмма.

Как определить энергию?

Электроскоп является прибором, при помощи которого фиксируется электризация тел. Электрический заряд накапливается металлическим стержнем в виде лепестков, установленным на диэлектрическом основании — пластиковой втулке. Вся конструкция помещена в стальной корпус так, что подвижная часть расположена спереди и закрыта прозрачным стеклом.

Чтобы определить уровень заряда, нужно поднести наэлектризованный предмет к верхней металлической части прибора. Чем больше частиц переходит, тем сильнее расходятся лепестки. Недостатком конструкции является невозможность фиксировать положительные или отрицательные значения, все величины отображаются без знака.

Инструменты для эксперимента

Для подтверждения сил электродинамики проводят простые физические опыты при помощи подручных средств. Одними из таких послужат:

• Два металлических диска.
• Лоскут шерстяной ткани под размер.
• Электроскоп. Либо собственное изобретение: примером может служить металлический стержень, соединенный проводником с одним из дисков. Последний устанавливается плоскостью горизонтально. Стержень же расположен вертикально, у основания на небольшом расстоянии можно наложить мелко изрезанные кусочки бумаги.

Один из дисков нужно взять в руку. Обязательно использовать диэлектрические перчатки. На втором уложена ткань.

Порядок действий

Суть эксперимента:

• Верхний диск плотно прикладывают через ткань к нижнему.
• Его проворачивают несколько раз и резко убирают вверх.
• Если все сделано правильно, заряд равномерно перераспределится между диском и стержнем.
• Кусочки бумаги налипнут на стержень.

Для того чтобы бумага упала, можно снять заряд просто прикоснувшись к металлической части диска рукой без перчатки.

Мы рассмотрели часто встречающиеся и наиболее простые способы электризации тел.

§ 1 Электризация тел

В этом уроке обсудим такое понятие, как электричество, и узнаем, откуда произошло это слово.

Сейчас невозможно представить себе современный мир без электричества, а тем более без компьютера, холодильника, телевизора, электроосвещения и т. д. Все названные приборы, работают с использованием электрического тока и окружают нас в нашей жизни повсеместно. Изначально не зависящие полностью от электричества технологии, например такие, как двигатель внутреннего сгорания, постепенно становятся историей, электродвигатели активно занимают их место. Так откуда же произошло такое слово, как «электричество»?

Слово «электрический» произошло от слова «электрон» (греч.), оно в переводе означает «янтарь» (ископаемая смола). Хотя, конечно же, следует заметить, что непосредственной связи между янтарем и всеми электрическими явлениями нет, так как же появилась такая ассоциация у древних ученых?

По одной из легенд, дочь известного философа Древней Греции Фалеса Милетского, который жил в IV до нашей эры, пряла шерсть веретеном, изготовленным из дорогого камня - янтаря. Она сказала Фалесу, что не может очистить веретено от мелких кусочков шерсти, пуха, ниток. Причем, чем больше она чистит своим шерстяным хитоном, тем больше мусора прилипает к веретену. Фалес не смог сразу ответить дочери на вопрос.

Вечером он решил попробовать очистить веретено и увидел, что при натирании его в темноте заметны искры. «Тут есть о чём подумать и поразмыслить с моими учениками», - сказал Фалес.

Явление, которое было замечено девушкой, Фалес назвал электричеством (от слова электрон - «янтарь»).

При натирании кусочка янтаря о шерстяной клочок ткани или стеклянной палочки о бумагу можно услышать легкое потрескивание, а в темноте даже увидеть маленькие искорки, причем сама палочка способствует притяжению к себе мелких предметов.

Про тело, которое притягивает к себе другие тела после натирания, говорят, что ему сообщен электрический заряд или что оно наэлектризовано.

Электризация - явление, в котором тела приобретают свойства притягивать другие тела.

Тела, сделанные из разных веществ, могут электризоваться. Так, можно легко наэлектризовать натиранием о шерсть палочки из серы, эбонита, пластмассы. Тела натирают лишь только для того, чтобы увеличивать площадь их соприкосновения.

В электризации всегда участвуют два тела, и оба при этом электризуются. Так, при натирании стеклянной палочки и листка бумаги электризуются и палочка, и бумага. Следовательно, бумага, как и стекло, притягивает к себе мелкие предметы.

Электрическим зарядом обладает тело, которое притягивает или отталкивает другие тела. О таком теле говорят, что оно заряжено (имеет заряд).

Заряд - это свойство тел или способность к электромагнитному взаимодействию.

Электроскоп -прибор, который позволяет обнаружить наличие у тела заряда и оценить его.

Проводящий изолированный стержень является основной частью электроскопа, на нем закрепляется стрелка, которая способна свободно вращаться. Когда появляется заряд, стрелка и стержень заряжаются зарядами одного знака, вследствие чего они, отталкиваясь, создают угол отклонения, значение которого пропорционально полученному заряду.

§ 2 Способы электризации тел

Электризация тел происходит в различных случаях.

Способы электризации тел:

·соприкосновение

Рассмотрим некоторые из них.

Эбонит получит отрицательный заряд, а шерсть - положительный заряд, если потереть эбонитовую палочку о шерсть. С помощью электроскопа обнаруживается наличие этих зарядов. Для достижения такого результата необходимо коснуться стержня электроскопа эбонитовой палочкой или шерстяной тряпкой. В этом случае часть заряда испытуемого тела переходит к стержню. Обратите внимание, что происходит кратковременный электрический ток.

Можно рассмотреть взаимодействие двух бумажных гильз, подвешенных на нити, один заряженный от эбонитовой палочки, а другой - от шерстяной тряпочки.

Заметим, что они притягиваются друг к другу. А это значит, что тела с разноименными зарядами притягиваются. Электрические заряды может передать не каждое вещество.

Проводниками называют вещества, через которые передаются заряды, а вещества, через которые заряды не передаются, называют непроводниками - диэлектриками (изоляторами). Это можно выяснить с помощью электроскопа, если соединить его с заряженным телом, веществами различного рода.

Описывая электризацию трением, для опыта всегда берутся только хорошие изоляторы - янтарь, эбонит, стекло, шелк. Вопрос - почему? Поясним: в изоляторах заряд где возник, там и остается, и не может через всю поверхность тела перейти на другие тела, соприкасающиеся с ним. Если оба трущиеся тела - металлы с изолированными ручками, то опыт не удастся, так как невозможно отделить их друг от друга сразу по всей поверхности.

Из-за шероховатости поверхности тел в момент отрыва должны оставаться какие-то последние точки соприкосновения, через которые в последний момент сбегают избыточные электроны, и оба металла становятся не заряженными.

Рассмотрим электризацию соприкосновением. Если погрузим шарик из парафина в дистиллированную воду, а затем вынем оттуда, то и парафин, и вода будут заряжены.

Так почему же электризация воды и парафина произошла без трения? Разъясним: оказывается, что при электризации трением лишь увеличивается площадь соприкосновения и уменьшается расстояние между атомами трущихся тел. В опыте с водой и парафином шероховатости не могут помешать сближению их атомов.

Таким образом, можно сказать, что трение не является обязательным условием для электризации тел. Какова же причина того, что происходит электризация в этих случаях?

§ 3 Принцип работы электрофорной машины

Работа электрофорной машины основана на электризации тела через влияние. Наэлектризованное тело взаимодействует с любым электрически нейтральным проводником.

При сближении таких тел за счет электрического поля заряженного тела во втором теле происходит перераспределение зарядов. Заряды, которые по знаку противоположны заряженному телу, располагаются ближе к заряженному телу. Далее от заряженного тела в проводнике (гильза или цилиндр) располагаются одноименные с заряженным телом заряды.

Расстояние до положительных и отрицательных зарядов в цилиндре от шара разное, поэтому преобладают силы притяжения, цилиндр отклоняется в сторону наэлектризованного тела. В том случае, если коснуться рукой дальней стороны тела от заряженного шара, то тело прыгнет к заряженному шару. Уменьшая силы отталкивания, электроны перескакивают к руке.

§ 4 Краткий итог урока

Электризацией называют явления, в которых тела приобретают свойства притягивать другие тела.

Электризация может происходить следующими способами:

·соприкосновением;

·через влияние;

·при ударе;

·трением.

Вещества бывают: электроположительные и электроотрицательные.

Можно предугадать, какие заряды получат взаимодействующие тела, если знать принадлежность веществ.

Трение лишь увеличивает площадь соприкосновения.

Вещества - проводники и диэлектрики.

Изоляторы накапливают заряды в местах соприкосновения (там, где они образовались).

Заряды в проводниках распределяются равномерно по всему объему.

Список использованной литературы:

1. Пёрышкин А.В. Физика 8.- М.: Дрофа, 2004.
2. Кабардин О.Ф. Справочник по физике. - М.: Дрофа, 1997.
3. Лукашик В.И. Сборник задач по физике. – М.: Яхонт, 2000.

Использованные изображения: