"Физика. Базовый уровень", Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е., Исаев Д.А.
Электризация тел — это изменение их электрического состояния, при котором тело приобретает заряд. Она возникает, когда электроны переходят с одного тела на другое или перераспределяются внутри тела. Заряды бывают положительными и отрицательными: одноимённые отталкиваются, разноимённые притягиваются. Знание электризации помогает объяснить притяжение предметов после трения, работу электроскопа и действие электрического поля.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Электризация тел — изменение электрического состояния тела, при котором оно приобретает электрический заряд. Она показывает, почему после трения предмет начинает притягивать лёгкие частицы. Это понятие нужно для описания способов получения заряда и взаимодействия тел.
Электрический заряд — физическая величина, характеризующая способность тел участвовать в электромагнитном взаимодействии. Его обозначают буквой q и измеряют в кулонах, сокращённо Кл. Заряд позволяет количественно сравнивать электрическое состояние разных тел.
Положительный и отрицательный электрические заряды — два вида заряда. Одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые притягиваются. Различие знаков помогает предсказывать направление взаимодействия тел.
Заряженное тело — тело, у которого нарушено равновесие положительных и отрицательных зарядов. Обычно это означает, что в нём стало больше или меньше электронов, чем нужно для нейтрального состояния. Такое тело создаёт электрическое поле и может действовать на другие тела.
При электризации новые заряды не создаются и не исчезают. Происходит перераспределение уже существующих электронов между телами, потому что электроны находятся снаружи атомов и могут перемещаться легче протонов. Протоны связаны с ядрами, поэтому при обычной электризации они остаются внутри атомов.
При трении соприкасающиеся поверхности обмениваются электронами. Одни материалы удерживают электроны слабее, поэтому часть электронов уходит с их поверхности на другое тело. Получившее электроны тело становится отрицательным, а отдавшее их — положительным.
При соприкосновении проводников электроны перемещаются до состояния, в котором заряд распределяется с учётом свойств тел. Если шарики одинаковы, общий заряд делится между ними поровну. Поэтому после контакта оба тела имеют один и тот же знак, если их суммарный заряд отличен от нуля.
Разделение зарядов объясняет разноимённость тел после трения. Электроны не могут одновременно остаться на прежнем теле и перейти на новое: потеря электронов одним телом равна их приобретению другим. Поэтому при таком взаимодействии возникают равные по модулю добавочные заряды противоположных знаков.
Заряженное тело способно притягивать даже изначально незаряженное. Его электрическое поле немного смещает электроны в нейтральном теле: ближняя часть приобретает избыток заряда противоположного знака, а дальняя — одноимённого. Притяжение ближних зарядов сильнее, потому что расстояние до них меньше.
В замкнутой системе алгебраическая сумма электрических зарядов сохраняется. Если одно тело получает заряд, другое или несколько других тел теряют такую же величину заряда. Поэтому электризация является переносом заряда, а не его появлением из ничего.
| Способ или явление | Что происходит с электронами | Результат |
|---|---|---|
| Электризация трением | Электроны переходят с одного тела на другое при контакте поверхностей. | Тела получают заряды противоположных знаков. |
| Электризация соприкосновением | Электроны перераспределяются между соприкасающимися проводниками. | Заряд переходит на второе тело и распределяется между ними. |
| Взаимодействие одноимённых зарядов | Электроны и заряды смещаются так, чтобы тела удалялись друг от друга. | Тела отталкиваются. |
| Взаимодействие разноимённых зарядов | Электрическое поле направляет взаимодействие к сближению тел. | Тела притягиваются. |
| Притяжение заряженного и незаряженного тел | В незаряженном теле электроны перераспределяются под действием поля. | Ближняя часть притягивается сильнее, чем дальняя отталкивается. |
В таблице сначала определите, происходит ли перенос электронов между телами или только их разделение внутри одного тела. Затем свяжите это изменение с избытком либо недостатком электронов. Для взаимодействия всегда учитывайте знаки зарядов и расположение заряженных частей.
Стеклянную палочку потерли о шёлк, и палочка получила положительный заряд. Нужно определить знаки зарядов обоих тел. Используем связь знака заряда с движением электронов.
Ответ: стеклянная палочка заряжена положительно, шёлк — отрицательно. Суммарный заряд системы до и после трения остаётся одинаковым.
Шарики имеют заряды +6 нКл и −2 нКл, затем их соприкоснули и раздвинули. После контакта одинаковые проводящие шарики получают равные заряды. Сначала найдём общий заряд системы.
Ответ: заряд каждого шарика равен +2 нКл. Проверка: +2 нКл + +2 нКл = +4 нКл, то есть закон сохранения заряда выполнен.
Заряженная палочка притягивает лёгкий незаряженный металлический шарик. Требуется объяснить притяжение и определить результат контакта. Металл содержит свободные электроны, поэтому его заряды могут быстро перераспределяться.
Ответ: до контакта шарик притягивается из-за разделения зарядов, а после контакта обычно продолжает отталкиваться от палочки. Точное распределение зависит от формы и свойств тел.
Ошибка: считать, что при электризации возникают новые заряды. Так думают, потому что заряд становится заметным только после трения или контакта. Проверьте себя по закону сохранения: электроны должны перейти между телами, а общий заряд замкнутой системы не измениться.
Ошибка: путать знак заряда с видом частиц. Отрицательный заряд не означает появление особых «отрицательных атомов»: это избыток обычных электронов, а положительный — их недостаток. Для проверки спросите себя, увеличилось или уменьшилось число электронов.
Ошибка: считать, что незаряженное тело не притягивается к заряженному. В проводнике поле разделяет заряды, и противоположный заряд оказывается ближе. Если ближняя часть притягивается сильнее дальней, суммарное действие будет притягивающим.
Ошибка: утверждать, что при соприкосновении любой заряд делится поровну. Такое правило применимо к одинаковым проводящим телам при соответствующих условиях, но не к телам произвольной формы и материала. Сначала проверьте, одинаковы ли тела и могут ли электроны свободно перемещаться.
Для понимания электризации нужно знать строение атома: положительно заряженное ядро окружено отрицательно заряженными электронами. Эта тема подготавливает к изучению электрического поля и закона сохранения электрического заряда. Перераспределение зарядов используется при объяснении работы электроскопа и электростатической защиты, где проводник препятствует проникновению поля внутрь защищаемой области.
Какие частицы переходят с одного тела на другое при электризации?
При электризации переходят электроны, поскольку они сравнительно легко перемещаются между телами. Протоны остаются в ядрах атомов и обычно не покидают их.
Почему после трения оба тела оказываются заряженными?
Часть электронов переходит с одного тела на другое. Поэтому одно тело получает избыток электронов и заряжается отрицательно, а другое теряет электроны и становится положительно заряженным.
Как определить знак заряда тела?
Знак определяют по избытку или недостатку электронов: избыток означает отрицательный заряд, недостаток — положительный. На практике знак также сравнивают с зарядом тела, знак которого уже известен, по притяжению или отталкиванию.
Почему заряженная палочка притягивает незаряженный предмет?
Поле палочки перераспределяет заряды внутри предмета. Ближе к палочке оказывается заряд противоположного знака, поэтому притяжение ближней части оказывается сильнее отталкивания дальней.
Всегда ли при соприкосновении заряд делится поровну?
Нет, поровну заряд распределяется между одинаковыми проводящими телами при подходящих условиях. Для тел разного размера, формы или материала распределение может быть другим.
§ 47. Электризация тел
