Механізм електризації різних тіл. Електроскоп

1-й семестр

ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЯВИЩА

1. Електричне поле

Урок 3/3

Тема. Механізм електризації різних тіл. Електроскоп

Мета уроку: пояснити учням процес електризації тіл; ознайомити з роботою електроскопа.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

План уроку

ВИВЧЕННЯ

1. Пояснюємо електризацію тертям

Процес передачі тілу електричного заряду називають електризацією. Під час тертя ебонітової палички об хутро паличка здобуває негативний заряд. З’ясуємо, яка причина утворення негативного заряду на ебонітовій паличці.

Знаючи будову атома, можна пояснити, що відбувається під час електризації тіл. Електрони, що перебувають на відстані від ядра, порівняно слабко втримуються ядром. Відокремившись від одного атома, ці електрони можуть приєднатися до іншого. Цим і пояснюється, що на одному тілі може утворитися надлишок електронів, а на іншому – нестача. У першому випадку тіло стає електрично негативним, у другому – позитивним. В електрично нейтральних тілах негативний заряд всіх електронів дорівнює позитивному заряду ядер атомів.

Ні позитивні, ні негативні заряди не створювалися під час тертя.

O Протягом електризації заряди не створюються, а тільки розділяються. При цьому електризуються обидва тіла, здобуваючи заряди протилежних знаків.

Щоб підтвердити або спростувати будь-яку гіпотезу, її треба перевірити за допомогою експерименту. Виконаємо дослід. Піднесемо до підвішеної на нитці ебонітової палички шматочок вовни, об який її попередньо потерли. Паличка до нього притягнеться. Це підтверджує наше припущення про те, що паличка й вовна одержали заряди протилежного знака. Оскільки ебонітова паличка заряджена негативно, то можна зробити висновок, що вовна заряджена позитивно.

2. Заземлюємо прилади й пристрої

Як відомо, метали, вода з розчиненими в ній солями, графіт є гарними провідниками. Тіло людини також проводить електрику. Це можна виявити шляхом досліду: доторкнемося до зарядженої кульки рукою – кулька відразу ж розрядиться.

Організм людини майже на 90 % складається з води з розчиненими в ній солями. Тобто він здатний проводити через себе струм. І якщо цей струм достатньої сили, в організмі виникають часом необоротні процеси, що призводять до загибелі.

Якщо заряд передають від зарядженої кулі до незарядженої й розміри куль однакові, то заряд розділиться навпіл. Але якщо друга, незаряджена куля більша, ніж перша, то на неї перейде більше половини заряду. Чим більше тіло, якому передають заряд, тим більша частина заряду на нього перейде. На цьому засноване заземлення – передача заряду землі. Земна куля велика порівняно з тілами, що перебувають на ній. Тому при з’єднанні із землею заряджене тіло віддає їй майже весь свій заряд і практично стає електрично нейтральним.

Іншими словами, будь-яке заряджене тіло, якщо його з’єднати провідником із Землею, через певний час стає електрично нейтральним. Тіла, заряджені позитивно, одержать із землі необхідну кількість електронів, а із заряджених негативно тіл зайва кількість електронів перейде в землю.

Дослідники виявили цю властивість Землі набагато раніше, ніж була створена атомна теорія речовини, і вже понад 200 років використовують її на практиці. Технічний прийом, що дозволяє розрядити будь-яке заряджене тіло шляхом прикладання його до землі, називають заземленням.

У деяких випадках для збереження заряду на провіднику треба між землею й провідником поставити “бар’єр” у вигляді діелектрика. Такою комбінацією (провідник плюс бар’єр з діелектрика) є, наприклад, плоскогубці електромонтера з гумовими ручками.

3. Використовуємо заземлення для захисту від блискавки

Іскорки, що пробігають під час вдягання й роздягання, і величезні блискавки – по суті одне й те саме явище.

Блискавка – це величне й грізне явище природи, що мимоволі викликає в нас почуття страху. Тривалий час людина не вміла пояснювати причин грозових явищ. Люди вважали грозу діянням богів, що карають людину за гріхи. Природу блискавки змогли пояснити після досліджень, проведених у XVIII ст. російськими вченими М. В. Ломоносовим і Г. Рихманом та американським ученим Б. Франкліним.

Пояснення М. В. Ломоносова було таким. У земній атмосфері повітря перебуває в постійному русі. Завдяки тертю висхідних і спадних повітряних потоків один об одного частинки повітря електризуються й, зіштовхуючись із крапельками води в хмарах, віддають їм свій заряд. Таким чином, у хмарах із часом накопичуються досить великі заряди. Вони й є причиною блискавок.

Ідея захисту від блискавки, запропонована Б. Франкліним, була дуже простою: змусити блискавку вдарити тільки в спеціально відведене місце. Усього сім років присвятив Франклін вивченню електрики. Головним підсумком цього захоплення й став блискавковідвід.

Блискавка переважно вдаряє в місця, що мають високу провідність. Так, ріка, сира глина, болотисті місця уражаються блискавкою частіше, ніж сухий пісок або кам’янистий грунт. Крім того, блискавка часто вражає віддалений окремий предмет, що стоїть на узвишші.

Відомо, що електричне поле концентрується поблизу вістря. Поблизу вістря й відбувається найчастіше розряд блискавки. Якщо розмістити металевий штир вище споруджень, з’єднати його за допомогою провідників із землею, то фактично ми одержимо блискавковідвід.

Такими конструкціями оснащені практично всі висотні будинки.

Що робити, якщо ви потрапили в грозу? Якщо ви опинилися під час грози на відкритій місцевості й не маєте можливості сховатися в будинку або машині, то відходьте подалі від дерев, що ростуть окремо, і високих будівель. Уникайте пагорбів та інших узвиш. Перебувати під деревами, що ростуть купою, більш безпечно, ніж на відкритій місцевості. Якщо поблизу є канава, то ховайтеся в ній. Позбудьтеся металевих предметів. Якщо вам не вдалося знайти укриття, то присядьте навпочіпки й обхопіть руками коліна.

Перебувати в будинку під час блискавки загалом досить безпечно. Не варто тільки під час грози розмовляти по телефону, триматися за металеві труби, займатися ремонтом електропроводки.

4. Знайомимо з електризацією через вплив

Крім електризації шляхом контакту із зарядженим тілом, існує ще один спосіб електризації тіл.

Розглянемо дві задачі.

1). Чому незаряджені тіла притягуються до заряджених незалежно від знака їх заряду?

Розв’язок. Заряджене тіло створює навколо себе електричне поле, що, діючи на електрони й протони в незарядженому тілі, викликає в ньому поділ зарядів (див. рисунок). У результаті заряджене тіло 1 буде притягувати “ближню половину” незарядженого тіла 2 і відштовхувати “далеку”. Хоча заряди “половин” тіла 2 за модулем однакові, на “ближню” його половину діє більш сильне поле, оскільки вона перебуває ближче до зарядженого тіла 1. Внаслідок цього притягування “пересилить” відштовхування.

2). Як за допомогою негативно зарядженої металевої кульки зарядити позитивно іншу таку саму кульку, не змінюючи заряду першої кульки?

Розв’язок. Можна піднести заряджену кульку до незарядженої й торкнутися її пальцем (на короткий час заземлити). У результаті цього кулька набуває позитивного заряду. Заряд першої кульки залишається незмінним.

Описаний спосіб електризації тіл називають електризацією через вплив або електростатичну індукцію. Самі ж подібні заряди часто називають індукованими.

5. Електроскоп та електрометр

Для виявлення наелектризованих тіл служать спеціальні прилади – електроскопи. Зовнішній вигляд приладу ви бачите на рисунку. Циліндричний корпус (1) закритий склом (2). Усередину приладу вставлений металевий стрижень (3) з легко-рухомими листочками (4). Від металевого корпуса приладу стрижень відділений пластмасовою втулкою (5). Якщо виступаючої частини стрижня торкнутися яким-небудь наелектризованим тілом, то листочки відхиляться одна від одної.

Якщо стрижня електроскопа торкнутися наелектризованим тілом, то стрижень і листочки одержать однойменні заряди й листочки почнуть відштовхуватися один від одної.

За кутом відхилення листочків можна судити про заряд електроскопа.

Існує ще один вид електроскопа – електрометр. У ньому замість листочків на металевому стрижні укріплена стрілка. Стрілка, заряджаючись від стрижня, відштовхується від нього на певний кут. На передній стінці корпуса електрометра розташована шкала, що показує величину заряду, що передається електрометру.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

– Що відбувається при тісному контакті двох тіл, виготовлених з різних матеріалів?

– Як пояснюється електризація тіл тертям?

– Чому при заземленні майже весь заряд тіла йде в землю?

– Що відбувається при заземленні зарядженого тіла? Для чого заземлюють тіла?

– Як за кутом розходження листочків електроскопа судять про його заряд?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1. Навчаємося розв’язувати задачі

1) Як відомо, однойменні заряди відштовхуються. А чи можуть два однойменно заряджених тіла притягуватися одне до одного? Розв’язок. Ефект перерозподілу зарядів може призвести до притягування однойменно заряджених тіл: “ближня” сторона одного з них може змінити знак заряду (див. рисунок). Притягування меншого за модулем, але ближче розташованого заряду “пересилить” відштовхування більшого за модулем, але більш віддаленого заряду. Таке можливо, якщо тіла перебувають досить близько одне до одного й заряд одного з них у багато разів перевищує заряд іншого.

2) Чи може тіло при заземленні здобути електричний заряд?

Розв’язок. Так, якщо тіло є провідником і перебуває в зовнішньому електричному полі. Це поле спричиняє поділ заряду (див. рисунок). На рисунку провід заземлення навмисно стовщений і показаний напрямок переміщення вільних електронів.

2. Контрольні питання

1) Чим відрізняється наелектризоване тіло від не наелектризованого з погляду його внутрішнього складу?

2) Якщо тілу, зарядженому позитивно, передати такий же за модулем негативний заряд, то тіло виявиться електрично нейтральним. Чи можна сказати, що заряди в цьому тілі зникли?

Що ми дізналися на уроці

– Електризація тертям тіл пояснюється переходом частини електронів від одного тіла до іншого, у результаті чого тіла заряджаються різнойменно.

– Електризація тіл індукцією пояснюється перерозподілом електронів між тілами (або частинами тіла), у результаті чого тіла (або частини тіла) заряджаються різнойменно.

– Технічний прийом, що дозволяє розрядити будь-яке заряджене тіло шляхом з’єднання його із землею, називають заземленням.

Домашнє завдання

1. Підр.: § 3.

2. Зб.:

Рів1 – № 2.3; 2.6; 2.8; 2.11; 2.12.

Рів2 – № 2.29; 2.30; 2.31; 2.33, 2.36.

Рів3 – № 2.50, 2.51; 2.52; 2.56; 2.58.