Что такое электризация тел? Определение, простые физические опыты для детей. Что такое электризация тел и как она происходит

Тела, способные подобно янтарю после натирания притягивать мелкие предметы, называют наэлектризованными. Это означает, что на телах в таком состоянии имеются электрические заряды , а сами тела называются заряженными. Заметим, что трение в процессе электризации не играет принципиальной роли. Электрические заряды возникают при тесном соприкосновении различных веществ. В случае твердых тел трение позволяет увеличить площадь взаимного контакта и таким образом увеличивает возможность их электризации. Два наэлектризованных тела могут либо отталкиваться, либо притягиваться друг к другу. Способность к такому взаимодействию связана с наличием на них электрических зарядов двух видов. Ответить на вопрос: «Что такое электрический заряд?» – нельзя, но можно утверждать точно, что наличие на теле электрического заряда приводит к способности электромагнитного взаимодействия его с другими телами, которые также владеют таким свойством.

Если зарядить два легких тела, подвешенных на шелковых нитях, прикасаясь к ним стеклянной палочкой, потертой о шелк, то они отталкиваются. То же самое наблюдается, если их зарядить от эбонитовой палочки, потертой о мех. Но если одно из тел зарядить от стеклянной палочки, а другое от эбонитовой, то они будут притягиваться. Когда наэлектризованные тела отталкиваются друг от друга, то говорят, что заряды на них одного рода, когда притягиваются, то заряды разного рода. Заряды разных родов принято называть положительными и отрицательными. Положительным принято считать заряд, который приобретает стекло при натирании его о шелк. Шелк при этом приобретает отрицательный заряд.

Важным явлением, которое позволяет понять процесс электризации тел, является следующее, если два тела, заряженные разноименными зарядами, привести в соприкосновение, то после этого сила взаимодействия между ними или исчезнет совсем, или уменьшится и изменит направление на противоположное. Заряды различных знаков компенсируют друг друга. Явление исчезновения с тела электрического заряда называют нейтрализацией. Этот факт говорит о том, что любое нейтральное тело содержит в одинаковом количестве положительные и отрицательные заряды. Они не возникают при натирании двух тел, а перераспределяются между телами таким образом, что на первом теле (стекле)образуется излишек положительных зарядов, а на втором теле (шелк) – излишек отрицательных. Электрический заряд заряженного тела можно передать на незаряженное тело, при этом предыдущий заряд тела будет изменяться.

Каким может быть наименьший заряд? Эксперименты показывают, что ни у одной из заряженных частиц не встречается заряд меньше заряда протона или электрона. Этот элементарный заряд равен –1,60 10 –19 Кл у электрона и +1,60 10 –19 Кл у протона. Заряд электрона обозначается символом е , а протона – р . Масса протона, однако в 1836 раз больше массы электрона. Известно также, что электроны и протоны входят в состав каждого атома. Поскольку протоны находятся в ядрах атомов, основную роль при электризации тел играют электроны. Так называемые валентные электроны, наиболее слабо связанные с ядром, а часть вообще может находиться за пределами атома. При близком контакте двух нейтральных тел часть электронов может переходить с одного тела на другое. Если на теле образовывается излишек электронов, то оно владеет отрицательным зарядом. Из приведенных рассуждений следует вывод: заряды не создаются и не пропадают, они могут быть переданы от одного тела другому или перемещены внутри одного тела. Это положение носит название закона сохранения электрического заряда и является основным в учении об электричестве. Оно никак не доказывается, а лишь подтверждается многочисленными фактами и экспериментами. Иногда его формулируют по-иному: в изолированной (замкнутой) системе алгебраическая сумма зарядов остается постоянной.

Поскольку всякий заряд q образуется совокупностью элементарных зарядов, он является целым кратным е :

q =|n × e |

где n – количество лишних элементарных зарядов. Равенство показывает, что электрический заряд – величина дискретная, однако элементарный заряд настолько мал, что возможную величину макроскопических зарядов можно считать изменяющейся непрерывно.

Обычно под словом «заряд» понимают частицу или тело, которые обладают способностью к электромагнитному взаимодействию.

Заряженное тело, размеры которого в данной конкретной задаче можно не учитывать, называют точечным. На практике в большинстве случаев заряженными бывают макроскопические тела.

Для измерения величины заряда на теле существует измерительный прибор – электрометр . При его соприкосновении с металлическим стержнем электрометра часть заряда переходит на посаженную на ось, проводящую стрелку и она отклоняется. По углу отклонения определяется величина заряда.

Электростатика - раздел физики, изучающий неподвижные заряды и не изменяющиеся во времени электрические поля.

Электрические явления известны человеку с давних времен. Это электризация тел при трении, молния. Систематическое изучение электрических явлений начато в XVIII в. В России этим занимались М. В. Ломоносов и Г. Рихман, в Америке - Б. Франклин. М. В. Ломоносов установил природу молнии, Б. Франклин - два рода электричества. Франклин предложил считать, что стекло, натертое кожей, заряжается положительно, а янтарь, натертый шерстью, - отрицательно. С точки зрения современной науки, отрицательно заряженное тело содержит избыток электронов. Если у тела забрать часть электронов, то оно заряжается положительно. Следовательно, отрицательный знак заряда электрона - условное понятие, связанное с произвольным выбором Б. Франклина.

Любому телу можно сообщить электрический заряд, т. е. наэлектризовать его. Для этого его нужно привести в контакт с источником зарядов. С древних времен человеку было известно, что кусок янтаря (затвердевшей смолы хвойных деревьев), натертый шерстью, притягивает к себе мелкие кусочки сухих листьев дерева, соринки. Позже было обнаружено, что аналогичной способностью обладает и стекло, натертое кожей. Эти явления были названы электрическими (от лат. «электрон» - янтарь). Такие тела могут служить источниками зарядов.

В наше время, в век господства синтетических материалов, мы повседневно сталкиваемся с проявлением статического электричества : трение одежды из синтетики о кожу человека сопровождается треском искр, видимых в темноте.

Чтобы обнаружить заряд какого-либо тела, нужно воспользоваться пробным зарядом - другим заряженным телом малых размеров (точечным зарядом). На пробный заряд со стороны нашего тела будет действовать сила. Если источник пробного заряда и тела один и тот же (янтарь или стекло), это будет отталкивающая сила, если же их источники разные (у одного янтарь, а у другого стекло), то пробный заряд будет притягиваться к нему.

Тела, которые в результате трения приобретают способность притягивать другие тела, называют наэлектризованными или заряженными , а явление приобретения телами электрического заряда называют — электризация .

В рамках сегодняшнего занятия мы познакомимся с такой физической величиной, как заряд, увидим примеры передачи зарядов от одного тела к другому, узнаем о разделении зарядов на два типа и о взаимодействии заряженных тел.

Тема: Электромагнитные явления

Урок: Электризация тел при соприкосновении. Взаимодействие заряженных тел. Два рода зарядов

Данный урок является вводным в новый раздел «Электромагнитные явления», и на нем мы обсудим основные понятия, которые с ним связаны: заряд, его виды, электризация и взаимодействие заряженных тел.

История возникновения понятия «электричество»

Прежде всего, следует начать с обсуждения такого понятия, как электричество. В современном мире мы постоянно с ним сталкиваемся на бытовом уровне и уже не можем представить свою жизнь без компьютера, телевизора, холодильника, электроосвещения и т. п. Все эти приборы, насколько известно, работают благодаря электрическому току и окружают нас повсеместно. Даже изначально не полностью зависящие от электричества технологии, такие как работа двигателя внутреннего сгорания в автомобиле, начинают медленно отходить в историю, и их место активно занимают электродвигатели. Так откуда же пошло такое слово, как «электрический»?

Слово «электрический» происходит от греческого слова «электрон», что в переводе означает «янтарь» (ископаемая смола, рис. 1). Хотя следует, конечно же, сразу оговорить, что непосредственной связи между всеми электрическими явлениями и янтарем нет, и мы немного позже поймем, откуда взялась такая ассоциация у древних ученых.

Первые наблюдения электрических явлений относят к 5-6 вв до н. э. Считается, что Фалес Милетский (древнегреческий философ и математик из Милета, рис. 2) впервые пронаблюдал электрическое взаимодействие тел. Он провел следующий опыт: натер янтарь мехом, затем приблизил его к небольшим телам (пылинкам, стружке или перьям) и пронаблюдал, что эти тела стали притягиваться к янтарю без объяснимой на то время причины. Фалес был не единственным ученым, который впоследствии активно проводил электрические опыты с янтарем, что и привело к возникновению слова «электрон» и понятию «электрический».

Рис. 2. Фалес Милетский ()

Смоделируем аналогичные опыты с электрическим взаимодействием тел, для этого возьмем мелко нарезанную бумагу, стеклянную палочку и лист бумаги. Если натереть стеклянную палочку о лист бумаги, а затем подвести ее к мелко нарезанным бумажкам, то будет виден эффект притяжения мелких кусочков к стеклянной палочке (рис. 3).

Интересен тот факт, что впервые такой процесс был достаточно полно объяснен только в 16 веке. Тогда стало известно, что существует два вида электричества, и они взаимодействуют друг с другом. Понятие электрического взаимодействия появилось в середине 18 века и связано с именем американского ученого Бенджамина Франклина (рис. 4). Именно он впервые ввел такое понятие, как электрический заряд.

Рис. 4. Бенджамин Франклин ()

Определение. Электрический заряд - физическая величина, которая характеризует величину взаимодействия заряженных тел.

То, что мы имели возможность пронаблюдать на опыте с притяжением бумажек к наэлектризованной палочке, доказывает наличие сил электрического взаимодействия, а величину этих сил характеризует такое понятие, как заряд. То, что силы электрического взаимодействия могут быть различными, легко проверяется экспериментальным путем, например, при натирании одной и той же палочки с различной интенсивностью.

Для проведения следующего опыта нам понадобится все та же стеклянная палочка, лист бумаги и бумажный султан, закрепленный на железном стержне (рис. 5). Если потереть палочку листом бумаги, а затем прикоснуться ей к железному стержню, то будет заметно явление отталкивания полосок бумаги султана друг от друга, причем, если повторить натирание и прикосновение несколько раз, то будет видно, что эффект усиливается. Наблюдаемое явление называют электризацией.

Рис. 5. Бумажный султан ()

Определение. Электризация - разделение электрических зарядов в результате тесного контакта двух или более тел.

Электризация может происходить несколькими способами, первые два мы сегодня рассмотрели:

Электризация трением;

Электризация прикосновением;

Электризация наведением.

Рассмотрим электризацию наведением. Для этого возьмем линейку и положим ее на вершину железного стержня, на котором закреплен бумажный султан, после этого прикоснемся к стержню, чтобы снять на нем заряд, и расправим полоски султана. Затем наэлектризуем стеклянную палочку трением о бумагу и подведем ее к линейке, результатом станет то, что линейка начнет вращаться на вершине железного стержня. При этом стеклянной палочкой прикасаться к линейке не следует. Это доказывает то, что существует электризация без непосредственного соприкосновения между телами - электризация наведением.

Первые исследования значений электрических зарядов датируются более поздним периодом истории, чем открытие и попытки описания электрических взаимодействий тел. В конце 18 века ученые пришли к выводу, что деление заряда приводит к двум принципиально различным результатам, и было принято решение условно разделить заряды на два типа: положительные и отрицательные. Для того чтобы была возможность различать эти два типа зарядов и определять, какой является положительным, а какой - отрицательным, договорились использовать два базовых опыта: если потереть стеклянную палочку о бумагу (шелк), то на палочке образуется положительный заряд; если потереть эбонитовую палочку о мех, то на палочке образуется отрицательный заряд (рис. 6).

Замечание. Эбонит - материал из каучука с большим содержанием серы.

Рис. 6. Электризация палочек двумя типами зарядов ()

Кроме того, что было введено разделение зарядов на два типа, было замечено правило их взаимодействия (рис. 7):

Одноименные заряды отталкиваются;

Разноименные заряды притягиваются.

Рис. 7. Взаимодействие зарядов ()

Рассмотрим к этому правилу взаимодействия следующий эксперимент. Наэлектризуем стеклянную палочку трением (т. е. передадим ей положительный заряд) и прикоснемся ей к стержню, на котором закреплен бумажный султан, в результате увидим эффект, который уже обсуждали ранее, - полоски султана начнут отталкиваться друг от друга. Теперь можно пояснить, почему такое явление имеет место - поскольку полоски султана заряжаются положительно (одноименно), то они начинают отталкиваться, насколько это возможно, и образуют фигуру в форме шара. Кроме того, для более наглядной демонстрации отталкивания одноименно заряженных тел можно натертую бумагой стеклянную палочку поднести к наэлектризованному султану, и будет явно видно, как полоски бумаги будут отклоняться от палочки.

Одновременно два явления - притяжение разноименно заряженных тел и отталкивание одноименно заряженных - можно пронаблюдать на следующем опыте. Для него необходимо взять стеклянную палочку, бумагу и гильзу из фольги, закрепленную нитью на штативе. Если натереть палочку бумагой и поднести ее к незаряженной гильзе, то гильза сначала притянется к палочке, а после прикосновения начнет отталкиваться. Поясняется это тем, что сначала гильза, пока не будет иметь заряда, притянется к палочке, палочка передаст ей часть своего заряда, и одноименно заряженная гильза оттолкнется от палочки.

Замечание. Однако остается вопрос о том, почему же изначально незаряженная гильза притягивается к палочке. Объяснить это, используя доступные нам на сегодняшнем этапе изучения школьной физики знания, сложно, однако, попробуем, забегая вперед, это вкратце сделать. Поскольку гильза является проводником, то, оказавшись во внешнем электрическом поле, в ней наблюдается явление разделения заряда. Оно проявляется в том, что свободные электроны в материале гильзы перемещаются в сторону, которая наиболее близка к положительно заряженной палочке. В результате гильза становится разделенной на две условные области: одна заряжена отрицательно (там, где избыток электронов), другая - положительно (там, где недостаток электронов). Поскольку отрицательная область гильзы расположена ближе к положительно заряженной палочке, чем ее положительно заряженная часть, то будет преобладать притяжение между разноименными зарядами и гильза притянется к палочке. После этого оба тела приобретут одноименный заряд и оттолкнутся.

Более подробно этот вопрос рассматривается в 10 классе в теме: «Проводники и диэлектрики во внешнем электрическом поле».

На следующем уроке будет рассмотрен принцип работы такого устройства, как электроскоп.

Список литературы

1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. - М.: Мнемозина.
2. Перышкин А. В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.

1. Энциклопедия Брокгауза Ф.А. и Ефрона И.А. ().
2. YouTube ().
3. YouTube ().

Домашнее задание

1. Стр. 59: вопросы № 1-4. Перышкин А. В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
2. Шарик из металлической фольги был заряжен положительно. Его разрядили, и шарик стал нейтральным. Можно ли утверждать, что заряд шарика исчез?
3. На производстве для улавливания пыли или уменьшения выбросов воздух очищают с помощью электрофильтров. В этих фильтрах воздух проходит мимо противоположно заряженных металлических стержней. Почему пыль притягивается к этим стержням?
4. Существует ли способ зарядить хотя бы часть тела положительно или отрицательно, не касаясь этого тела другим заряженным телом? Ответ обоснуйте.

«Электризация тел» - Электризация. Для очистки воздуха используются электростатические фильтры. Элетризация. Увелечение производительности труда, 50% экономия краски. Трут так же янтарь о янтарь, об алмаз, о стекло и многое другое. Формирование представлений об электризации, о взаимодействии заряженных тел. произошла от греческого «elektron», что в переводе означает янтарь-желтая смола.

«Заряд электрического поля» - Электростатика. Потенциал точечного заряда. Притяжение отталкивание взаимодействие отсутствует. Отношение напряжений на концах первого и второго проводников равно: 1) 1:4 2) 1:2 3) 4:1 4) 2:1. В какой точке поля потенциал меньше? 1) 1 2) 2 3) 3 4) Во всех точках поля потенциал одинаков. Закон сохранения заряда.

«Потенциал в физике» - Шару сообщили отрицательный заряд. Тест по физике «Электрическое поле». Вопрос №5. На рисунке – сечение уединенного проводящего полого шара. Вопрос №2. Вопрос №4. В каких областях пространства напряженность поля, создаваемого шаром отлична от нуля? Что показывает потенциал поля в данной точке. Вопрос №1.

«Электризация» - Как взаимодействуют тела, заряженные одноименно? А потом приближают к самолету металлический трап. Почему возникают искорки и слышен треск, когда мы снимаем нейлоновую рубашку? Электризуется одежда из синтетических тканей, полимерные и ковровые покрытия полов. Волосы встанут дыбом. Электрические явления в природе.

«Электрический заряд тела» - М., 1992 Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. Теоретический вопрос и досрочная сдача экзамена 751 - 850 - два!! Вопроса и досрочная сдача экзамена 651 – 750 – три!!! ОФ Чернов И.П. Вопросов и сдача экзамена только в назначенный срок, т.Е. По расписанию. Задачник по физике. Закон Кулона 1.3. Электростатическое поле.

«Напряженность электрического поля» - В 1979 г. в США было получено в лабораторных условиях самое высокое напряжение. Напряжение характеризует электрическое поле, создаваемое током. Напряженность электрического поля. Единица измерения напряжения в системе СИ: [ U ] = 1 B 1 Вольт равен электрическому напряжению на участке цепи, где при протекании заряда, равного 1 Кл, совершается работа, равная 1 Дж: 1 В = 1 Дж/1 Кл.

Все тела и вещества состоят из атомов, которые, в свою очередь, состоят из более мелких частиц, называемых электронами, протонами и нейтронами. Эти частицы взаимодействуют друг с другом с силой, которая убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между ними, но которая во много раз превосходит силу тяготения. Например, в атоме водорода электрон притягивается к протону, расположенному в ядре, с силой, которая в 10 39 раз превышает гравитационную силу.

Электрический заряд

Существует минимальное значение электрического заряда, которое называют элементарным зарядом - это 1,6 * 10 -19 Кл. В природе не существует тел, заряд которых не кратен элементарному. Элементарным зарядом обладают электроны, протоны, позитроны и другие частицы.
Протоны и электроны обладают электрическими зарядами одной интенсивности, но противоположными по знаку. Протоны - положительным зарядом, а электроны - отрицательным.
В атоме, в его естественном состоянии, число протонов равно числу электронов, что делает его электрически нейтральным. Однако, когда он теряет или получает электроны, то говорят, что атом электризуется.

Если тело имеет большее количество положительных зарядов, то говорят, что оно потеряло электроны и стало положительно заряженным. Тела никогда не отдают протоны (т. е. положительный заряд), так как они расположены в центральной части атома - ядре.
Отрицательно заряженным телом называют тело, у которого избыток электронов.
Если тело обладает зарядом, то говорят, что оно наэлектризовано. Степень наэлектризованности можно определить по силам взаимодействия между наэлектризованными телами.
Многочисленные опыты показывают, что в природе всегда выполняется закон сохранения электрического заряда : в замкнутой системе тел алгебраическая сумма зарядов всех частиц не меняется с течением времени.

Три способа электризации тел

Электрически нейтральное тело можно наэлектризовать разными способами:

• трением;
• прикосновением;
• наведением (электростатической индукцией).

Электризация трением

Электризация трением происходит, когда вы трёте один предмет о другой.

Проведите эксперимент. Возьмите небольшой лист бумаги и пластмассовую ручку. Потрите ручку о волосы, а потом прикоснитесь к бумаге. Вы наэлектризовали ручку трением о волосы.

Электризация прикосновением

При взаимодействии двух тел, одно из которых наэлектризовано, незаряженное тело получает электрический заряд, если к нему прикоснуться заряженным. Если поднести пластмассовую ручку, обладающую положительным зарядом, к нейтральному стержню электроскопа, то произойдёт перераспределение заряда. Электроны стержня будут притягиваться положительным зарядом ручки (перетекать на ручку). Соответственно, на стержне образуется недостаток электронов, то есть положительный заряд. Причём равный по величине заряду ручки.

Электризация наведением (электростатическая индукция)

Этот способ электризации означает, что вы подносите заряженный предмет к изолированному проводнику, но не прикасаетесь к нему. Тогда на проводнике появляются заряды, притом на той его части, которая ближе к предмету, эти заряды противоположного знака. А на дальнем конце образуется заряд того же знака, что и на заряженном предмете.

При удалении заряженного предмета заряды на проводнике пропадают. Но если до удаления предмета разделить проводник на две части, то заряды на них сохранятся.