"Физика", Грачёв А.В.,Погожев В.А., Вишнякова Е.А.
Электроскоп — прибор для обнаружения электрического заряда. Он состоит из металлического шарика или диска, стержня и лёгких металлических листков, помещённых в изолирующую пробку. При передаче заряда листки получают одноимённые заряды и отталкиваются, поэтому расходятся. Приближение заряженного тела тоже может изменить их положение благодаря перераспределению зарядов. Электроскоп не показывает заряд в кулонах, но позволяет обнаружить его и качественно сравнить заряды.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Электроскоп — прибор для обнаружения электрического заряда и качественного сравнения зарядов по расхождению его листков. Он показывает сам факт наличия заряда и изменение его действия, но не даёт точного числового значения.
Электрический заряд — физическая величина, характеризующая способность тел участвовать в электрическом взаимодействии; заряд бывает положительным и отрицательным. Это понятие нужно, чтобы объяснить притяжение и отталкивание тел.
Электростатическая индукция — перераспределение зарядов внутри проводника под действием находящегося рядом заряженного тела. Благодаря этому электроскоп реагирует на заряд даже без прикосновения.
Листки электроскопа — подвижные проводящие части прибора, которые расходятся из-за отталкивания одноимённых зарядов. По их положению судят о наличии заряда и изменении его действия.
Электроскоп имеет металлический шарик или диск, соединённый с проводящим стержнем. Нижняя часть стержня заканчивается двумя лёгкими металлическими листками, а изолирующая пробка удерживает стержень и не даёт заряду уйти наружу. Листки делают лёгкими, чтобы даже небольшое электрическое взаимодействие заметно изменяло их положение.
Если коснуться шарика заряженным телом, заряд передаётся стержню. Поскольку стержень и листки являются соединёнными проводниками, заряд перемещается по их поверхности и достигает обоих листков. Они получают одноимённые заряды, а одноимённые заряды отталкиваются, поэтому листки расходятся.
По расхождению листков можно обнаружить наличие заряда: в незаряженном состоянии они висят рядом, а после зарядки отклоняются. Чем сильнее действие заряда при одинаковых условиях, тем больше обычно угол расхождения. Однако прибор не имеет шкалы, которая показывала бы значение заряда в кулонах, поэтому результат считают качественным.
Заряд распространяется по проводнику от шарика к стержню и далее к листкам. Это возможно потому, что в металлах есть свободные носители заряда, способные перемещаться. Когда проводящие части соединены, заряд не остаётся только на шарике, а распределяется по всей доступной поверхности.
Если поднести заряженное тело к шарику, но не касаться его, свободные заряды внутри электроскопа перераспределятся. Ближе к внешнему телу окажется заряд противоположного знака, а на удалённых частях, включая листки, усилится заряд другого знака. Оба листка становятся одноимённо заряженными и расходятся, хотя непосредственной передачи заряда между телами не произошло.
В таблице сначала найдите действие, затем проследите, как меняется распределение зарядов и положение листков. Последний столбец формулирует вывод, который можно сделать по наблюдению.
Особенно полезно сравнивать не только факт расхождения, но и изменение угла: это помогает определить взаимный знак зарядов.
| Ситуация или действие | Распределение зарядов | Положение листков | Вывод |
|---|---|---|---|
| Электроскоп не заряжен, внешнее воздействие отсутствует | Заряды не создают заметного разделения на листках | Листки не расходятся | Заряд не обнаружен |
| Заряженное тело касается шарика электроскопа | Заряд передаётся проводнику и распределяется по его частям | Листки расходятся | Электроскоп заряжен |
| Заряженное тело подносят к шарику, не касаясь его | Заряды в электроскопе перераспределяются под действием индукции | Листки расходятся или изменяют угол расхождения | Наличие внешнего заряда можно обнаружить без контакта |
| Заряженный электроскоп соединяют с Землёй | Избыточный заряд уходит в Землю | Листки сближаются | Электроскоп разряжается |
| К шарику подносят тело, имеющее заряд того же знака, что и электроскоп | Заряд одноимённого знака сильнее разделяется по листкам | Листки расходятся сильнее | Угол расхождения увеличивается |
| К шарику подносят тело с зарядом противоположного знака | Заряды частично компенсируются и перераспределяются | Листки сближаются | По изменению расхождения можно сравнить знаки зарядов |
Условие. Как с помощью незаряженного электроскопа проверить, имеет ли стеклянная палочка электрический заряд? Нужно выбрать действие и объяснить наблюдаемый результат.
Ответ. Нужно коснуться шарика палочкой. Расхождение листков показывает, что палочка заряжена; отсутствие заметного расхождения означает, что заряд не обнаружен в данных условиях.
Условие. Заряженный электроскоп имеет разошедшиеся листки. К его шарику поднесли заряженную палочку, и листки разошлись сильнее. Каков знак заряда палочки относительно заряда электроскопа?
Ответ. Палочка имеет заряд того же знака, что и электроскоп.
Условие. Как зарядить электроскоп, не касаясь его заряженным телом, и сохранить заряд после удаления этого тела?
Ответ. Последовательность такова: поднести заряженное тело, заземлить электроскоп, убрать заземление и только затем удалить внешнее тело. При нарушении порядка заряд может исчезнуть.
Некоторые считают, что листки расходятся из-за притяжения к заряженному телу. На самом деле причина расхождения — взаимное отталкивание одноимённых зарядов на самих листках. Проверьте себя вопросом: какие силы действуют между двумя листками?
Неверно утверждать, что электроскоп определяет заряд в кулонах. У него обычно нет точной измерительной шкалы, поэтому прибор обнаруживает заряд и позволяет качественно сравнивать его. Если требуется число, одного электроскопа недостаточно.
При приближении тела без контакта часто говорят о передаче заряда. В этом случае происходит перераспределение зарядов внутри проводника, а не обязательный переход заряда от одного тела к другому. Проверьте, было ли касание шарика.
Сам факт расхождения листков не показывает знак заряда. Сначала нужно использовать электроскоп с известным знаком, а затем сравнить, усилилось расхождение или уменьшилось. Усиление указывает на одноимённость, сближение — на противоположность.
Для понимания электроскопа нужны знания о видах электризации, положительных и отрицательных зарядах, проводниках и изоляторах. Его работа связана с электрическим взаимодействием, законом сохранения электрического заряда и электростатической индукцией.
Этот принцип пригодится при изучении электрического поля, заземления и молниеотвода. На нём основана работа некоторых электроизмерительных приборов.
Почему листки электроскопа расходятся?
При передаче заряда проводнику он распределяется по стержню и листкам. Оба листка получают одноимённый заряд, поэтому отталкиваются друг от друга и расходятся.
Можно ли определить с помощью электроскопа знак заряда?
Да, но для этого электроскоп сначала заряжают зарядом известного знака. Если поднесённое тело усиливает расхождение листков, его заряд одноимённый; если листки сближаются, заряд противоположный.
Почему листки расходятся, если заряженное тело не касается шарика?
Заряженное тело вызывает электростатическую индукцию — перераспределение зарядов внутри проводника. В результате на листках появляется одинаковый по знаку заряд, и они начинают отталкиваться.
Измеряет ли электроскоп величину электрического заряда?
Обычный электроскоп не измеряет заряд непосредственно в кулонах. По углу расхождения листков можно лишь обнаружить заряд и приблизительно, качественно сравнить его с другим.
Как разрядить электроскоп?
Нужно соединить его металлические части с Землёй, например коснувшись шарика рукой. Избыточный заряд уйдёт в Землю, и листки сблизятся.
§ 36. Электроскоп
