При электризации через влияние заряд на одной стороне тела

Электрический заряд

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: электризация тел, взаимодействие зарядов, два вида заряда, закон сохранения электрического заряда

Электромагнитные взаимодействия принадлежат к числу наиболее фундаментальных взаимодействий в природе. Силы упругости и трения, давление газа и многое другое можно свести к электромагнитным силам между частицами вещества. Сами электромагнитные взаимодействия уже не сводятся к другим, более глубоким видам взаимодействий.

Столь же фундаментальным типом взаимодействия является тяготение — гравитационное притяжение любых двух тел. Однако между электромагнитными и гравитационными взаимодействиями имеется несколько важных отличий.

1. Участвовать в электромагнитных взаимодействиях могут не любые, а только заряженные тела (имеющие электрический заряд).

2. Гравитационное взаимодействие — это всегда притяжение одного тела к другому. Электромагнитные взаимодействия могут быть как притяжением, так и отталкиванием.

3. Электромагнитное взаимодействие гораздо интенсивнее гравитационного. Например, сила электрического отталкивания двух электронов в раз превышает силу их гравитационного притяжения друг к другу.

Каждое заряженное тело обладает некоторой величиной электрического заряда . Электрический заряд — это физическая величина, определяющая силу электромагнитного взаимодействия между объектами природы. Единицей измерения заряда является кулон (Кл).

Два вида заряда

Поскольку гравитационное взаимодействие всегда является притяжением, массы всех тел неотрицательны. Но для зарядов это не так. Два вида электромагнитного взаимодействия — притяжение и отталкивание — удобно описывать, вводя два вида электрических зарядов: положительные и отрицательные.

Заряды разных знаков притягиваются друг к другу, а заряды разных знаков друг от друга отталкиваются. Это проиллюстрировано на рис. 1; подвешенным на нитях шарикам сообщены заряды того или иного знака.

Рис. 1. Взаимодействие двух видов зарядов

Повсеместное проявление электромагнитных сил объясняется тем, что в атомах любого вещества присутствуют заряженные частицы: в состав ядра атома входят положительно заряженные протоны, а по орбитам вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны.

Заряды протона и электрона равны по модулю, а число протонов в ядре равно числу электронов на орбитах, и поэтому оказывается, что атом в целом электрически нейтрален.

Вот почему в обычных условиях мы не замечаем электромагнитного воздействия со стороны окружающих тел: суммарный заряд каждого из них равен нулю, а заряженные частицы равномерно распределены по объёму тела.

Но при нарушении электронейтральности (например, в результате электризации) тело немедленно начинает действовать на окружающие заряженные частицы.

Почему существует именно два вида электрических зарядов, а не какое-то другое их число, в данный момент не известно. Мы можем лишь утверждать, что принятие этого факта в качестве первичного даёт адекватное описание электромагнитных взаимодействий.

Заряд протона равен Кл. Заряд электрона противоположен ему по знаку и равен Кл. Величина

Кл

называется элементарным зарядом. Это минимальный возможный заряд: свободные частицы с меньшей величиной заряда в экспериментах не обнаружены. Физика не может пока объяснить, почему в природе имеется наименьший заряд и почему его величина именно такова.

Заряд любого тела всегда складывается из целого количества элементарных зарядов:

Если , то тело имеет избыточное количество электронов (по сравнению с количеством протонов). Если же , то наоборот, у тела электронов недостаёт: протонов на больше.

Электризация тел

Чтобы макроскопическое тело оказывало электрическое влияние на другие тела, его нужно электризовать. Электризация — это нарушение электрической нейтральности тела или его частей. В результате электризации тело становится способным к электромагнитным взаимодействиям.

Один из способов электризовать тело — сообщить ему электрический заряд, то есть добиться избытка в данном теле зарядов одного знака. Это несложно сделать с помощью трения.

Так, при натирании шёлком стеклянной палочки часть её отрицательных зарядов уходит на шёлк. В результате палочка заряжается положительно, а шёлк — отрицательно. А вот при натирании шерстью эбонитовой палочки часть отрицательных зарядов переходит с шерсти на палочку: палочка заряжается отрицательно, а шерсть — положительно.

Данный способ электризации тел называется электризацией трением. С электризацией трением вы сталкиваетесь всякий раз, когда снимаете свитер через голову

Другой тип электризации называется электростатической индукцией, или электризацией через влияние. В этом случае суммарный заряд тела остаётся равным нулю, но перераспределяется так, что в одних участках тела скапливаются положительные заряды, в других — отрицательные.

Рис. 2. Электростатическая индукция

Давайте посмотрим на рис. 2. На некотором расстоянии от металлического тела находится положительный заряд . Он притягивает к себе отрицательные заряды металла (свободные электроны), которые скапливаются на ближайших к заряду участках поверхности тела. На дальних участках остаются нескомпенсированные положительные заряды.

Несмотря на то, что суммарный заряд металлического тела остался равным нулю, в теле произошло пространственное разделение зарядов. Если сейчас разделить тело вдоль пунктирной линии, то правая половина окажется заряженной отрицательно, а левая — положительно.

Наблюдать электризацию тела можно с помощью электроскопа. Простой электроскоп показан на рис. 3 (изображение с сайта en.wikipedia.org).

Рис. 3. Электроскоп

Что происходит в данном случае? Положительно заряженная палочка (например, предварительно натёртая) подносится к диску электроскопа и собирает на нём отрицательный заряд.

Внизу, на подвижных листочках электроскопа, остаются нескомпенсированные положительные заряды; отталкиваясь друг от друга, листочки расходятся в разные стороны.

Если убрать палочку, то заряды вернутся на место и листочки опадут обратно.

Явление электростатической индукции в грандиозных масштабах наблюдается во время грозы. На рис. 4 мы видим идущую над землёй грозовую тучу.

Рис. 4. Электризация земли грозовой тучей

Внутри тучи имеются льдинки разных размеров, которые перемешиваются восходящими потоками воздуха, сталкиваются друг с другом и электризуются. При этом оказывается, что в нижней части тучи скапливается отрицательный заряд, а в верхней — положительный.

Отрицательно заряженная нижняя часть тучи наводит под собой на поверхности земли заряды положительного знака. Возникает гигантский конденсатор с колоссальным напряжением между тучей и землёй. Если этого напряжения будет достаточно для пробоя воздушного промежутка, то произойдёт разряд — хорошо известная вам молния.

Закон сохранения заряда

Вернёмся к примеру электризации трением — натирании палочки тканью. В этом случае палочка и кусок ткани приобретают равные по модулю и противоположные по знаку заряды. Их суммарный заряд как был равен нулю до взаимодействия, так и остаётся равным нулю после взаимодействия.

Мы видим здесь закон сохранения заряда, который гласит: в замкнутой системе тел алгебраическая сумма зарядов остаётся неизменной при любых процессах, происходящих с этими телами:

Замкнутость системы тел означает, что эти тела могут обмениваться зарядами только между собой, но не с какими-либо другими объектами, внешними по отношению к данной системе.

При электризации палочки ничего удивительного в сохранении заряда нет: сколько заряженных частиц ушло с палочки — столько же пришло на кусок ткани (или наоборот). Удивительно то, что в более сложных процессах, сопровождающихся взаимными превращениями элементарных частиц и изменением числа заряженных частиц в системе, суммарный заряд всё равно сохраняется!

Например, на рис. 5 показан процесс , при котором порция электромагнитного излучения (так называемый фотон) превращается в две заряженные частицы — электрон и позитрон . Такой процесс оказывается возможным при некоторых условиях — например, в электрическом поле атомного ядра.

Рис. 5. Рождение пары электрон–позитрон

Заряд позитрона равен по модулю заряду электрона и противоположен ему по знаку. Закон сохранения заряда выполнен! Действительно, в начале процесса у нас был фотон, заряд которого равен нулю, а в конце мы получили две частицы с нулевым суммарным зарядом.

Закон сохранения заряда (наряду с существованием наименьшего элементарного заряда) является на сегодняшний день первичным научным фактом. Объяснить, почему природа ведёт себя именно так, а не иначе, физикам пока не удаётся. Мы можем лишь констатировать, что эти факты подтверждаются многочисленными физическими экспериментами.

Источник: https://ege-study.ru/ru/ege/materialy/fizika/elektricheskij-zaryad/

Электрический заряд. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона

Знакомство с явлениями электростатики лучше начинать в сухую погоду. Расчесывая волосы, снимая свитер можно наблюдать в темноте проскакивание крошечных искр и слабое потрескивание. Если потереть пластиковую расческу о волосы и поднести ее к мелким кусочкам бумаги, то они начнут притягиваться к расческе.

Электризация – физическое явление, которое приводит к возникновению взаимодействия (притяжения или отталкивания) двух тел, например, при приведении их в плотный контакт или при трении (стекло и кожа, плексиглас и шерсть, резина и шерсть). Обнаружено в Древней Греции при трении янтаря (по-гречески – «электрон») о шерсть.

Взаимодействие наэлектризованных тел в состоянии покоя называется электростатическим взаимодействием.

Опыты по взаимодействию заряженных тел показали, что в природе существуют два вида заряда. Б. Франклин назвал один из них положительным, а другой – отрицательным. Разноименные заряды притягиваются, а одноименные – отталкиваются.

Различают следующие виды электризации:

1. Трением.
2. Соприкосновением.
3. Через влияние
4. При облучении.

При электризации тел трением всегда одновременно заряжаются оба участвующих в электризации тела (например, стекло и шелк). Причем одно из них приобретает положительный заряд, а другое – отрицательный. Если до электризации оба тела не были заряжены, то величина положительного заряда первого тела оказывается в точности равной величине отрицательного заряда второго тела.

Современная теория объясняет электризацию твердых тел как перемещение электронов, входящих в состав атомов любых тел, с одного тела на другое.

В состав ядра входят положительно заряженные элементарные частицы – протоны. На теле, приобретающем отрицательный заряд, образуется избыточное число электронов по сравнению с числом протонов, а на положительно заряженном теле оказывается недостаток электронов по сравнению с числом протонов.

Электрический заряд – характеристика заряженного тела. Минимальный заряд обозначается буквой e и равен 1,6·10–19 Кл. Такой заряд имеют электрон и протон. Первые, наиболее точные определения заряда электрона были выполнены американским ученым Р. Милликеном и русским физиком А. Ф. Иоффе.

Для обнаружения и измерения электрического заряда используют электрометр. По углу отклонения стрелки модно судить о величине заряда.

Уменьшение числа электронов в одном теле равно увеличению их числа в другом. При этом полный заряд такой системы не изменяется, оставаясь равным нулю.

Сохранение числа протонов и электронов на соприкасающихся телах объясняет подтверждающийся опытом закон сохранения заряда: в электрически замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов не меняется.

Количественное исследование взаимодействия заряженных тел осуществил в 1785 году французский физик Ш. Кулон (1736-1806). Он исследовал взаимодействие небольших заряженных металлических шариков при помощи крутильных весов.

На тонкой проволоке была подвешена стеклянная палочка с двумя металлическими шариками на концах. Одному шарику сообщали электрический заряд. Рядом с ним помещали неподвижный заряженный таким же по знаку зарядом шар. По углу поворота стеклянной палочки Ш.Кулон определял силу взаимодействия. Расстояние измерялось между центрами шаров.

Модуль силы взаимодействия F12 между двумя неподвижными точечными электрическими зарядами q1 и q2 в вакууме пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния R12 между ними.

Точечный заряд – модель реальных заряженных тел,  размер которых значительно меньше, чем расстояние между ними.

Если имеется система точечных зарядов, то сила, действующая на каждый из них, определяется как векторная сумма сил, действующих на данный заряд со стороны всех других зарядов системы. При этом сила взаимодействия данного заряда с каким-то конкретным зарядом рассчитывается так, как будто других зарядов нет.

Сила взаимодействия точечных зарядов зависит от свойств среды, в которой они находятся:

Свойства среды определяет диэлектрическая проницаемость среды ε.

Границы применимости закона Кулона:

• для точечных зарядов
• для неподвижных зарядов
• справедлив до расстояний не меньше 10-15 м

Применение электризации

1.Электрофильтры.

Для очистки воздуха от пыли, например,  при производстве цемента, очистки частиц дыма на ТЭС используют электрофильтры. Наэлектризованные частицы пыли притягиваются к заряженному элементу внутри фильтра.

2. Равномерное распыление краски краскопультом.

Электростатическая покраска используется для покрытия металлических поверхностей, например, в покрасочном цехе автомобильных кузовов. Для равномерного распыления краски на краскопульт подают отрицательный заряд, а  кузову автомобиля сообщают положительный заряд. Отрицательно заряженные капельки краски равномерно распределяются по поверхности кузова, образуя прочный, ровный слой.

3. Изготовление наждачной бумаги.

4. Генератор высокого напряжения Ван де Граафа.

Электризация нашла практическое применение в науке и технике. До недавнего времени в ядерных исследованиях на ускорителях элементарных частиц широко применялся генератор Ван-дер-Ваальса.

С его помощью удавалось генерировать напряжение до нескольких миллионов вольт. Генератор разработан в 1929 году американским физиком Робертом Ван-дер-Ваальсом. Используется электризация трением.

Заряд переносится на движущейся ленте и многократно снимается с нее на полый металлический проводник.

5. Очистка зерна.

6. Дактилоскопия.

7. Лазерный принтер и ксерокс.

Электризация тел при облучении нашла применение в ксерокопирование и лазерном принтере.

8. Медицина.

При работе люстры Чижевского образуется большое количество отрицательных ионов кислорода. При вдыхании воздуха ионы кислорода отдают электрические заряды эритроцитам крови, а затем – клеткам. Вследствие чего улучшается обмен веществ в организме.

Учет электризации

1. Перевозка топлива.
2. Электризация нитей на ткацкой фабрике.
3. Электризация самолета во время полета.
4. Электризация одежды.

Опорный конспект:

Источник: https://fizclass.ru/elektricheskij-zaryad-vzaimodejstvie-elektricheskix-zaryadov-zakon-kulona/

При электризации через влияние заряд на одной стороне тела

После этого под­не­сём шарик к шару элек­тро­ско­па и кос­нём­ся его с внут­рен­ней сто­ро­ны. Заряд рас­пре­де­лит­ся по по­верх­но­сти шара элек­тро­ско­па (см. рис. 10). По­вто­ряя опе­ра­цию много раз, мы можем со­об­щить элек­тро­ско­пу до­ста­точ­но боль­шой заряд. В этом можно убе­дить­ся с по­мо­щью на­гляд­но­го ри­сун­ка (см. рис. 11). Рис. 9.

За­ря­же­ние ша­ри­ка Рис. 10. Рас­пре­де­ле­ние за­ря­да по по­верх­но­сти шара элек­тро­ско­па Рис. 11.

Со­об­ще­ние элек­тро­ско­пу боль­шо­го за­ря­да мно­го­крат­ной пе­ре­да­чей Поляризация диэлектрика Слож­нее объ­яс­нить, по­че­му к на­элек­три­зо­ван­ной па­лоч­ке при­тя­ги­ва­ют­ся ку­соч­ки бу­ма­ги, ведь бу­ма­га – ди­элек­трик, а зна­чит, прак­ти­че­ски не со­дер­жит сво­бод­ных элек­тро­нов.

§ 8. электризация через влияние

Вы­чис­ли­те заряд каж­до­го ша­ри­ка после со­при­кос­но­ве­ния, если до него заряд пер­во­го ша­ри­ка был равен , а вто­ро­го — .

Ре­ше­ние Ре­ше­ние дан­ной за­да­чи ос­но­вы­ва­ет­ся на за­коне со­хра­не­ния элек­три­че­ско­го за­ря­да: сумма за­ря­дов ша­ри­ков до и после со­при­кос­но­ве­ния не может из­ме­нить­ся (так как в дан­ном слу­чае они об­ра­зу­ют за­мкну­тую си­сте­му).

Кроме того, важно по­ни­мать, что пе­ре­те­ка­ние за­ря­да с од­но­го ша­ри­ка на дру­гой будет про­ис­хо­дить до тех пор, пока их за­ря­ды не урав­ня­ют­ся (в ка­че­стве ана­ло­гии можно рас­смот­реть теп­ло­вой ба­ланс в си­сте­ме из двух тел с раз­ны­ми тем­пе­ра­ту­ра­ми, ко­то­рый уста­но­вит­ся толь­ко тогда, когда урав­ня­ют­ся тем­пе­ра­ту­ры тел).
Зна­чит, после со­при­кос­но­ве­ния заряд каж­до­го из ша­ри­ков ста­нет рав­ным q (см. рис. 6).

Неверный запрос ошибка 400

От­ме­тим, что об­ще­при­ня­тое на­зва­ние «элек­три­за­ция тре­ни­ем» не со­всем кор­рект­ная, пра­виль­но го­во­рить «элек­три­за­ция при­кос­но­ве­ни­ем», ведь тре­ние необ­хо­ди­мо толь­ко для того, чтобы уве­ли­чить ко­ли­че­ство участ­ков тес­но­го кон­так­та при со­при­кос­но­ве­нии тел.

Если до на­ча­ла про­ве­де­ние опыта шер­стя­ная ткань и эбо­ни­то­вая па­лоч­ка не были за­ря­жен­ны­ми, то после про­ве­де­ния опыта они при­об­ре­тут неко­то­рый заряд, при­чем их заряд будет равен по мо­ду­лю, но про­ти­во­по­ло­жен по знаку.

Это озна­ча­ет, что до и после про­ве­де­ния опыта сум­мар­ный заряд па­лоч­ки и ткани будет равен 0.

В ре­зуль­та­те про­ве­де­ния мно­гих опы­тов фи­зи­ки уста­но­ви­ли, что при элек­три­за­ции про­ис­хо­дит не со­зда­ние новых за­ря­дов, а их пе­ре­рас­пре­де­ле­ние. Таким об­ра­зом, вы­пол­ня­ет­ся закон со­хра­не­ния за­ря­да.

Электризация через влияние

Заряды, полученные посредством электрической индукции, называют наведенными или индуцированными. Листки, подвешенные у середины тела, в точках и , не отклоняются.

Значит, индуцированные заряды возникают только на концах тела, а середина его остается нейтральной, или незаряженной.

Поднося к листкам, подвешенным в точках и , наэлектризованную стеклянную палочку, легко убедиться, что листки в точке от нее отталкиваются, а листки в точке притягиваются.

Ока­зы­ва­ет­ся, что в слу­чае тес­но­го кон­так­та двух тел, из­го­тов­лен­ных из раз­ных ма­те­ри­а­лов, часть элек­тро­нов пе­ре­хо­дит из од­но­го тела на дру­гое (см. рис .1). Рис. 1.

Пе­ре­ход части элек­тро­нов с од­но­го тела на дру­гое Рас­сто­я­ние, на ко­то­рое при этом пе­ре­ме­ща­ют­ся элек­тро­ны, не пре­вы­ша­ет меж­атом­ных рас­сто­я­ний.

Если тела после кон­так­та разъ­еди­нить, то они ока­жут­ся за­ря­жен­ны­ми: тело, от­дав­шее часть своих элек­тро­нов, будет за­ря­же­но по­ло­жи­тель­но (шерсть), а тело, по­лу­чив­шее их, – от­ри­ца­тель­но (эбо­ни­то­вая па­лоч­ка).

Шерсть удер­жи­ва­ет элек­тро­ны сла­бее, чем эбо­нит, по­это­му при кон­так­те элек­тро­ны в ос­нов­ном пе­ре­хо­дят с шер­стя­ной ткани на эбо­ни­то­вую па­лоч­ку, а не на­о­бо­рот. Ана­ло­гич­но­го ре­зуль­та­та можно до­бить­ся, если рас­че­сы­вать сухие во­ло­сы рас­чес­кой.

Электризация через влияние. теорема фарадея

Важно Так называемая электризация через влияние, т. е.

возникновение электрических зарядов на нейтральном до того проводящем теле в случае поднесения его к какому-либо другому заряженному телу, представляется явлением естественно необходимым, если рассматри­вать его с точки зрения заполняющих электрическое поле фарадеев­ских трубок со всеми их свойствами. Действительно, представим себе некоторое тело А, заряженное, например, положительно (рис. 122). Во все стороны от тела А расходятся фарадеевские трубки.
Под­несем теперь к телу А некоторое проводящее тело В, предвари­тельно не наэлектризованное. Части фарадеевских трубок, оказавшиеся при этом внутри тела В, не могут сохраниться, так как элек­трическая упругость проводника чрезвычайно мала и непрерывно „уступает» электрической силе (см. § 47).

Объяснение электрических явлений (гребенюк ю.в.)

В любом про­цес­се, где участ­ву­ют дви­жу­щи­е­ся части ве­ще­ства или дви­жет­ся зерно или жид­кость, про­ис­хо­дит раз­де­ле­ние за­ря­дов.

Одна из опас­но­стей при транс­пор­ти­ров­ке зерна в эле­ва­тор свя­за­на с тем, что в ре­зуль­та­те раз­де­ле­ния за­ря­дов в ат­мо­сфе­ре, за­пол­нен­ной го­ря­чей пылью, может про­ско­чить искра и про­изой­ти воз­го­ра­ние.

В до­маш­них усло­ви­ях устра­нить за­ря­ды ста­ти­че­ско­го элек­три­че­ства до­воль­но легко, по­вы­шая от­но­си­тель­ную влаж­ность воз­ду­ха квар­ти­ры до 60–70 % (см.
рис. 18). Рис. 18.

По­вы­ше­ние от­но­си­тель­ной влаж­но­сти воз­ду­ха На этом уроке мы об­су­ди­ли объ­яс­не­ние неко­то­рых элек­три­че­ских яв­ле­ний: в част­но­сти, по­го­во­ри­ли об элек­три­за­ции двумя спо­со­ба­ми – элек­три­за­ции тре­ни­ем и элек­три­за­ции вли­я­ни­ем. На этом урок окон­чен, спа­си­бо за вни­ма­ние.

§ 65. вторая формулировка теоремы максвелла

По­доб­ные ве­ще­ства при­ня­то на­зы­вать про­вод­ни­ка­ми. По­пыт­ка на­элек­три­зо­вать ме­тал­ли­че­ский стер­жень, удер­жи­вая его в руке, при­ве­дет к тому, что из­бы­точ­ные элек­тро­ны очень быст­ро убе­гут со стерж­ня, и он оста­нет­ся неза­ря­жен­ным.

«До­ро­гой для бег­ства» элек­тро­нов слу­жит сам ис­сле­до­ва­тель, по­сколь­ку тело че­ло­ве­ка – это про­вод­ник.

Имен­но по­это­му опыты с элек­три­че­ством могут быть опас­ны­ми для их участ­ни­ков! Обыч­но, «ко­неч­ный пункт» для элек­тро­нов – земля, ко­то­рая тоже яв­ля­ет­ся про­вод­ни­ком.

Разъединив АВ и CD в присутствии наэлектризованного (влияющего) тела E, удалим это тело и снова соединим АВ с CD; тогда увидим, что листочки обоих электроскопов тотчас сходятся — заряды электроскопов взаимно уничтожаются; следовательно, оба противоположных заряда их равны по величине.

Что касается самого влияющего тела E, то его электрическое состояние после всех этих опытов нисколько не меняется.

Заметим, что для разъединения обоих электричеств, получаемых через влияние, необходимо разделить проводник ABCD на две части в то время, когда тело Е помещено вблизи А (или D); если АВ и CD были разъединены раньше и к ним приближено тело E, заряженное, например, положительно, то в А возникнет отрицательный заряд, а в В — такой же положительный; заряд В будет в свою очередь влиять на CD и даст нам в С отрицательный, а в D — положительный заряды в одинаковых количествах.

Введение Счи­та­ет­ся, что пер­вым си­сте­ма­ти­че­ское изу­че­ние элек­тро­маг­нит­ных яв­ле­ний начал ан­глий­ский уче­ный Гиль­берт.

Од­на­ко объ­яс­нить эти яв­ле­ния уче­ные смог­ли толь­ко спу­стя несколь­ко веков.

После от­кры­тия элек­тро­на фи­зи­ки вы­яс­ни­ли, что часть элек­тро­нов может срав­ни­тель­но легко от­ры­вать­ся от атома, пре­вра­щая его в по­ло­жи­тель­но или от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ный ион.

Внимание Каким же спо­со­бом могут элек­три­зо­вать­ся тела? Рас­смот­рим эти спо­со­бы. Электризация трением Мы с ним встре­ча­лись, когда элек­три­зо­ва­ли эбо­ни­то­вую па­лоч­ку ку­соч­ком шер­сти. Возь­мем эбо­ни­то­вую па­лоч­ку и по­трем её шер­стя­ной тка­нью – в этом слу­чае па­лоч­ка при­об­ре­тет от­ри­ца­тель­ный заряд.

Вы­яс­ним, что вы­зва­ло воз­ник­но­ве­ние этого за­ря­да. По абсо­лютной величине в точности равный заряду тела A, но обратного знака, а на наружной поверхности камеры—заряд и по величине и по знаку тождественный с зарядом тела А.

Действительное окончательное распределение наведенных электрических зарядов на стенках камеры В, вообще говоря, будет несколько отличаться от схематически представленного на рис. 123, но количественные соотношения, к которым мы пришли, пользуясь свойствами фарадеевских трубок, всегда и неизменно сохраняют свою силу.

Соотношения эти, впер­вые установленные Фарадеем, как результат опытного исследо­вания, мы будем называть, по предложению О.

Д. Хвольсона, теоремой Фарадея.

Источник: http://agnbotulinum.com/pri-elektrizatsii-cherez-vliyanie-zaryad-na-odnoj-storone-tela/

Природа электризации тел. Закон сохранения заряда

Конспект по физике для 8 класса «Природа электризации тел. Закон сохранения заряда». ВЫ УЗНАЕТЕ: Как осуществляется электризация тел при их соприкосновении.

Как передаётся заряд от одного тела к другому. Почему одни тела являются проводниками электричества, а другие — не являются. Почему возникает притяжение между заряженными и незаряженными телами.

Как формулируется закон сохранения заряда.

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике

Природа электризации тел.
Закон сохранения заряда

В обычном состоянии тела, образованные из нейтральных молекул и атомов, являются незаряженными. Каким же образом тогда осуществляется электризация тел, каков её механизм?

ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ТРЕНИЕМ

Для того чтобы получить заряженные тела, т. е. наэлектризовать их, нужно отделить часть отрицательного заряда от связанного с ним заряда положительного.

Например, если провести расчёской несколько раз по сухим волосам, то некоторая часть самых подвижных заряженных частиц — электронов — перейдёт с волос на расчёску и зарядит её отрицательно. Волосы при этом зарядятся положительно.

Появление заряда на расчёске обнаруживается очень просто: она начинает притягивать лёгкие предметы (кусочки бумаги, пушинки и т. д.).

При электризации трением само по себе трение не является существенным. Оно лишь способствует более тесному контакту между разнородными веществами. При таком контакте часть электронов того вещества, у которого связь электронов с ядром атома относительно слаба, переходит на другое вещество.

Аналогичное явление происходит при натирании стеклянной палочки о шёлк: электроны со стекла переходят на шёлк, в результате чего стекло оказывается заряженным положительно, а шёлк — отрицательно. Заряды тел при этом равны: сколько электронов покинуло стекло, перенеся совокупный отрицательный заряд на шёлк, столько же протонов образовало некомпенсированный положительный заряд на стекле.

Таким образом, при электризации заряды тел не создаются, они лишь перераспределяются между разнородными телами.

Но почему часть заряда переходит с наэлектризованного тела на незаряженное при их контакте?

Например, мы касаемся отрицательно заряженной расчёской бумажной гильзы, подвешенной на нити. Гильза также зарядится отрицательно и оттолкнётся от расчёски. Это происходит потому, что из-за взаимного отталкивания часть электронов с расчёски переходит на гильзу.

А как передаётся телу положительный заряд? Если прикоснуться к незаряженной гильзе стеклянной палочкой, заряженной положительно, то часть электронов с гильзы под действием сил притяжения перейдёт на палочку. В результате этого гильза зарядится положительно.

СВОБОДНЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ

Во всех случаях электризации тел перемещаются только электроны, а положительно заряженные ионы остаются в своём прежнем положении. Хорошая проводимость ряда веществ объясняется возможностью перемещения электронов.

Например, в металлах имеется часть электронов, которые могут покидать свои атомы. Эти наиболее удалённые от ядра электроны называют свободными электронами.

Диэлектрики не проводят электрический заряд, так как в них очень мало свободных электронов.

ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ЧЕРЕЗ ВЛИЯНИЕ

Проведём следующий опыт. Приблизим к незаряженному электроскопу положительно заряженную палочку. Мы увидим, что листочки электроскопа разошлись, т. е. на них появился одноимённый заряд.

Поскольку электроскоп в целом остаётся незаряженным, то на его шарике возникает равный по величине заряд, но противоположного знака. Уберём палочку.

Листочки при этом опадут — разделение заряда прекратится.

Суть данного явления заключается в следующем. Когда мы подносим к электроскопу положительно заряженное тело, то свободные электроны под действием притяжения заряда будут перемещаться по стержню и накапливаться на его шарике. Листочки электроскопа при этом зарядятся положительно.

Когда же к электроскопу приближается отрицательный заряд, электроны под действием отталкивания устремляются к нижнему концу стержня. В обоих случаях концы стержня электроскопа заряжаются противоположными по знаку зарядами.

Электризацию незаряженного тела, осуществляемую без непосредственного его контакта с заряженным телом, называют электростатической индукцией или электризацией через влияние.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЗАРЯДА

Общее число электронов у тел, участвующих в процессе электризации, остаётся неизменным вследствие фундаментального закона природы — закона сохранения заряда. Он формулируется так: алгебраическая сумма электрических зарядов тел остаётся постоянной:

q1 + q2 + q3 + … = const.

Если одно тело при электризации приобретает положительный заряд, то второе тело приобретает равный по модулю отрицательный заряд.

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Природа электризации тел. Закон сохранения заряда».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Источник: http://xn--8-8sb3ae5aa.xn--p1ai/priroda-jelektrizacii-tel-zakon-sohranenija-zarjada/

Что такое электризация тел и как она происходит

Польза и вред от электризации тел. Условия возникновения данного явления. Примеры применения электризации в жизни.

Вы замечали, что когда снимаете свитер или футболку летят искры и слышны потрескивания? А когда вы выходите из машины и вас бьёт током? Это статическое электричество или электризация тел. Она возникает в результате накопления электрических зарядов разных знаков на объектах с последующей их компенсацией. В этой статье мы кратко рассмотрим данное явление, причины его возникновения, а также способы применения как в быту, так и в промышленности.

Определение

Электризацией называется процесс разделения электрических зарядов и накопление их в определенных местах предметов и тел. Явление происходит в результате трения, соприкосновения тел или в результате электростатической индукции. Простыми словами, когда рядом расположен какой-то предмет, обладающий электрическим полем.

Напомним: в физике выделяют два рода зарядов – положительные и отрицательные, или протоны и электроны. Между ними возникает электрическое поле. Одноименные заряды притягиваются, а разноименные отталкиваются.

Явление наблюдается на источниках питания и не только. На диэлектриках накапливаются заряды, все видели это в опытах, иллюстрирующих явление с эбонитовыми и стеклянными палочками, которые демонстрировали на уроках физики в школе.

Изначально все атомы, из них состоит всё что нас окружает, электрически нейтральны. В результате явления электризации на поверхности предметов появляются положительные или отрицательные заряды. Напомним школьный опыт: если потереть эбонитовую палочку шерстяной тканью, после прекращения трения палочка останется заряженной. Тогда говорят, что тело электризовано.

Таким образом, во время трения электроны переходили с одного предмета на другой. В результате, после прекращения трения избыточные электроны остались «не на своих» телах и получился избыточный заряд, и оно перестало быть нейтральным. В результате трения палочки о шерсть или мех на её поверхности образовался отрицательный заряд.

Условия возникновения явления и способы передачи зарядов

Мы рассказали, как объясняется это явление в природе, а теперь давайте рассмотрим, как можно наэлектризовать тела. Сразу отметим, что выполнение всех условий необязательно – электризация может происходить по тем или иным причинам, разделим их на две основных группы:

Первая — это механическое взаимодействие. При трении расстояние между предметами сопоставимо расстоянию между молекулами в нём. Так как электроны в одном из тел слабее связаны с ядром – они переходят «вырываются» на другое тело. Другими способами электризации являются удар и соприкосновение.

Вторая группа — электризация влиянием, то есть явление наблюдается при воздействии на тело внешних сил, среди которых:

• Электрическое поле. В результате воздействия поля на проводник на его поверхности появляются заряды, причем чем меньше радиус изгиба поверхности – тем больше зарядов здесь скопится. Так на острие будет больше всего зарядов, подробнее этот вопрос мы рассматривали в статье https://samelectrik.ru/kak-raspredelyayutsya-zaryady-v-provodnike-pri-protekanii-toka.html и здесь https://samelectrik.ru/chto-takoe-provodniki-poluprovodniki-i-dielektriki.html

• Воздействие светом. Открыто профессором А.Г. Столетовым в 1888 году, заключается в том, что при воздействии светом на цинк, алюминий, цезий, натрий, свинец, калий и другие металлы они теряют электроны и становятся заряженными положительно.
• Теплом. При нагревании металла электронам сообщается энергия достаточная для того чтобы покинуть пределы металла, в результате он приобретает положительный заряд.
• Химическая реакция. При наличии двух электродов из разных металлов происходят окислительно-восстановительные реакции, в результате один из них становится заряженным положительно, а второй – отрицательно. Подробнее мы это рассматривали в статье про анод и катод.
• Под давлением. В пьезоэлектриках (кварц, сегнетовая соль, фосфат аммония), при механическом воздействии (сжатии или растяжении), на гранях образуются положительные и отрицательные заряды.

Это и есть основные виды электризации.

Какие законы физики связаны с электризацией

Явление электризации связано с такими физическими законами как:

• Закон Кулона. Описывает силу, с которой взаимодействуют заряды. Таким образом можно определить, как сильно наэлектризованные тела притягиваются друг к другу.
• Закон сохранения заряда. В нём сказано, что алгебраическая сумма зарядов в замкнутой системе неизменна. Это говорит о том, что избыточные заряды на электризованных предметах не появляются из ниоткуда, а переходят с тела на тело.

Мы уже рассматривали эти законы, вы можете ознакомиться подробнее в соответствующих статьях, на которые мы сослались.

Применение на практике

Явление электризации имеет как положительные и отрицательные проявления. Примеры положительного применения:

1. Использование электростатических фильтров пыли для очистки воздуха в системах вентиляции на производстве и в быту. Особенно актуально, если в процессе производства возникает много пыли.
2. Окраска автомобилей и других металлических изделий. С помощью электростатических распылителей удаётся зарядить краску отрицательно, кузов автомобиля заземляется. В результате частицы краски притягиваются к кузовным деталям авто. Качество покраски улучшается, а расход краски уменьшается.
3. Электростатическое копчение мяса и рыбы, позволяет значительно ускорить процесс копчения.
4. Создание искусственного меха или декоративных ворсистых покрытий. Мелкий ворс пропускают через сетку, из-за взаимодействия с электрическим полем ворс падает ровным слоем перпендикулярно покрываемой поверхности, предварительно обработанной клеевым составом.

Также есть ряд применений для очистки, сортировки, фильтрации, а также в медицине для ускорения лечения.

Отрицательное влияние электризации может привести к фатальным последствиям:

1. Возникновение искр при соприкосновении заряженных предметов. К таким случаям можно отнести искры в быту, которые проскакивают, когда вы снимаете свитер, когда вас бьёт током при выходе из машины. Например, самолёт в полёте электризуется и при подведении к нему трапа могут проскочить искры, а из-за этого возможно воспламенение, поэтому сначала снимают заряд с самолёта. Также известны случаи воспламенения нефтяных танкеров из-за электризации.
2. Явление приводит к появлению больших электрических зарядов, они могут привести к выходу из строя электронных компонентов в технике, как при производстве техники, так и в процессе эксплуатации или ремонта. Это происходит в результате разрядки инструмента на печатную плату. Поэтому мастера по ремонту электроники должны работать в заземленных электрических браслетах и заземленными паяльниками и прочим. В современной элементной базе есть ряд технических решений по минимизации влияния электризации на их работу. Например, установка диодов Зенера параллельно цепи ЗАТВОР-ИСТОК полевых транзисторов.

Интересно! Известен случай, когда при покрытии лаком печатных плат после монтажа электронных компонентов, наблюдалась большая отбраковка, при том, что все изделия проходили проверку до покрытия лаком. Возник вопрос: как избавиться от проблемы электризации? Проблема решилась заземлением краскопульта.

Для закрепления материала рекомендуем также просмотреть полезные видео по теме:

Мы кратко объяснили явление электризации тел и рассказали, при каких условиях происходят процессы появления зарядов на предметах. Электризация важна в производстве и она нашла массу полезных применений. К сожалению, если не предусмотреть способы решения отрицательных проявлений, предотвратить ненужные искры в местах с вероятностью взрывов – оно приведет к серьезным проблемам.

Материалы по теме:

• Что такое статическое электричество
• Электрозащитные средства в электроустановках до 1000В
• Как защититься от электромагнитных излучений

Нравится0)Не нравится0)

Источник: https://elektrik-sam.ru/baza-znanij/3948-chto-takoe-jelektrizacija-tel-i-kak-ona-proishodit.html

Электризация тел: что это такое, условия возникновения, применение на практике

Явления, связанные с электричеством, довольно распространены в природе. Одним из самых наблюдаемых явлений является электризация тел. Так или иначе с электризацией приходилось сталкиваться каждому человеку. Иногда мы не замечаем статического электричества вокруг нас, а иногда его проявление ярко выражено и довольно ощутимо.

Например, владельцы автотранспорта, при определённых стечениях обстоятельств, замечали, как их машина вдруг начинала «бить током». Обычно это происходит при выходе из салона автомобиля. Ночью даже можно заметить искрение между кузовом и рукой, прикасающейся к нему. Объясняется это электризацией, о которой поговорим в данной статье.

Условия возникновения электризации тел

Прежде чем перейти к определению условий электризации тел, заострим ваше внимание на взаимодействии точечных зарядов. На рисунке 3 изображена схема такого взаимодействия.

Рис. 3. Взаимодействие заряженных частиц

На рисунке видно, что одноимённые точечные заряды отталкиваются, тогда как разноимённые – притягиваются. В 1785 г. силы этих взаимодействий исследовал французский физик О. Кулон. Знаменитый закон Кулона гласит: два неподвижных точечных заряда q1 и q2, расстояние между которыми равно r, действуют друг на друга с силой:

F = (k*q1*q2)/r2

Коэффициент k зависит от выбора системы измерений и свойств среды.

Исходя из того, что на точечные заряды действуют кулоновские силы, имеющие обратно пропорциональную зависимость от квадрата расстояния между ними, проявление этих сил может наблюдаться только на очень небольших расстояниях. Практически, эти взаимодействия проявляются на уровне атомных измерений.

Таким образом, для того чтобы электризация тела произошла, необходимо максимально приблизить его к другому заряженному телу, то есть, прикоснуться к нему. Тогда под действием кулоновских сил часть заряженных частиц переместится на поверхность заряжаемого предмета.

Строго говоря, при электризации перемещаются только электроны, которые распределяются по поверхности заряжаемого тела. Избыток электронов образует определённый отрицательный заряд.

Создание положительного заряда на поверхности реципиента, электроны с которого перетекли на заряжаемый объект, возложено на ионы.

При этом модули величин зарядов на каждой из поверхностей равны, но знаки их противоположны.

Электризация нейтральных тел из разнородных веществ возможна только в том случае, если у одного из них электронные связи с ядром очень слабые, а у другого, наоборот – очень сильные.

На практике это означает, что в веществах, у которых электроны вращаются на удалённых орбитах, часть электронов теряют свои связи с ядрами и слабо взаимодействуют с атомами.

Поэтому, при электризации (тесном контакте с веществами), у которых проявляются более сильные электронные связи с ядрами, происходит перетекание свободных электронов. Таким образом, наличие слабых и сильных электронных связей является главным условием электризации тел.

Поскольку в кислотных и щелочных электролитах могут перемещаться и ионы, то электризация жидкости возможна путём перераспределения собственных ионов, как это имеет место при электролизе.

Способы электризации тел

Существует несколько способов электризации, которыеусловно можно разделить на две группы:

1. Механическое воздействие:
   • электризация соприкосновением;
   • электризация трением;
   • электризация при ударе.
2. Влияние внешних сил:
   • электрическое поле;
   • воздействие света (фотоэффект);
   • влияние тепла (термопары);
   • химические реакции;
   • давление (пьезоэффект).

Рис. 4. Способы электризации

Наиболее распространённым способом электризации тел в природе является трение. Чаще всего происходит трение воздуха при контакте его с твёрдыми или жидкими веществами. В частности, в результате такой электризации происходят грозовые разряды.

Электризация трением нам известна ещё со школьной скамьи. Мы могли наблюдать наэлектризованные трением небольшие  эбонитовые палочки. Отрицательный заряд потёртых об шерсть палочек определяется избытком электронов. Шерстяная ткань при этом заряжается положительным электричеством.

Подобный опыт можно провести со стеклянными палочками, но натирать их необходимо шёлком или синтетическими тканями. При этом,  в результате трения стеклянные наэлектризованные палочки заряжаются положительно, а ткань – отрицательно. В остальном между стеклянным электричеством и зарядом эбонита  различий нет.

Чтобы наэлектризовать проводник (например, металлический стержень), необходимо:

1. Изолировать металлический предмет.
2. Прикоснуться к нему положительно заряженным телом, например стеклянной палочкой.
3. Отвести часть заряда на землю (кратковременно заземлить один конец стержня).
4. Убрать заряженную палочку.

При этом заряд на стержне равномерно распределится по его поверхности. Если металлический предмет неправильной формы, заряды распределятся неравномерно – концентрация электронов будет больше на выпуклостях и меньше на впадинах. При разделении тел происходит перераспределение заряженных частиц.

Свойства наэлектризованных тел

• Притягивание (отталкивание) мелких предметов – признак наэлектризованности. Два тела, заряженных одноимённо, противодействуют (отталкиваются), а разнознаковые – притягиваются.

  На этом принципе основана работа электроскопа – прибора для измерения величины заряда (см. рис. 5).

Рис. 5. Электроскоп

• Избыток зарядовнарушает равновесие во взаимодействии элементарных частиц.

  Поэтому каждоезаряженное тело стремится избавиться от своего заряда. Часто такое избавлениесопровождается молниеносным разрядом.

в дополнение темы

Источник: https://www.asutpp.ru/elektrizatsiya-tel.html