"Физика", Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е.
Электризация — это приобретение телом электрического заряда. Она объясняет, почему натёртая палочка притягивает бумажки, а заряженные тела могут отталкиваться или притягиваться. Заряды бывают положительными и отрицательными; их взаимодействие зависит от знаков. При электризации электроны переходят между телами, поэтому заряд не возникает из ничего, а перераспределяется. Обнаружить заряд помогает электроскоп.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Электризация тел — это приобретение телом электрического заряда. Она происходит, например, при трении: после него тело начинает электрически взаимодействовать с другими телами. Понятие электризации помогает описывать явления, которые нельзя объяснить только механическим касанием.
Электрический заряд — физическая величина, характеризующая способность тел участвовать в электрическом взаимодействии. Иными словами, именно заряд связан с тем, будет ли тело притягиваться к другому заряженному телу или отталкиваться от него. Это понятие нужно, чтобы описывать и сравнивать электрические свойства тел.
Электрический заряд бывает двух видов: положительный и отрицательный. Знаки показывают, как заряды взаимодействуют: одинаковые знаки отталкиваются, разные — притягиваются. Разделение на два вида помогает предсказывать поведение заряженных тел.
Электрически нейтральное тело — тело, в котором положительные и отрицательные заряды взаимно компенсируются. Это не означает, что внутри него нет заряженных частиц: просто общий заряд равен нулю. Понятие нейтральности позволяет отличать отсутствие суммарного заряда от отсутствия зарядов вообще.
Натёртую палочку можно поднести к мелким кусочкам бумаги — они притянутся и иногда подпрыгнут к ней. При трении палочка электризуется, потому что её поверхности взаимодействуют и электроны могут перейти с одного материала на другой. Заряженная палочка влияет на заряды в бумаге: они немного перераспределяются, и ближняя к палочке сторона оказывается притянутой сильнее. Поэтому притяжение возможно, даже если бумажки в целом нейтральны.
При электризации между телами переходят электроны — отрицательно заряженные частицы. Если тело получает дополнительные электроны, отрицательного заряда в нём становится больше, и оно заряжается отрицательно. Если электроны уходят, положительный заряд тела уже не компенсируется ими полностью, поэтому тело становится положительно заряженным. В обычных опытах с электризацией перемещаются именно электроны, а не ядра атомов.
Заряженные тела взаимодействуют по правилу знаков: одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые притягиваются. Причина взаимодействия состоит в том, что заряд создаёт электрическое влияние вокруг тела, которое действует на другие заряды. Поэтому два тела с одинаковым знаком стремятся удалиться друг от друга, а с разными знаками — приблизиться. Нейтральные предметы тоже могут притягиваться к заряженным из-за перераспределения зарядов внутри них.
Электризация не означает, что тело создаёт заряд из ничего. При трении электроны переходят с одного тела на другое: одно получает ровно те электроны, которые теряет другое. Поэтому заряды двух тел изменяются, но их суммарный заряд сохраняется. Если до опыта оба тела были нейтральны, после электризации одно обычно оказывается отрицательным, а другое — положительным.
Наличие заряда обнаруживают электроскопом — прибором с металлическим стержнем и лёгкими листками. Когда заряд попадает на прибор или перераспределяется в нём под действием близкого заряженного тела, на листках оказываются заряды одного знака. Они отталкиваются, поэтому листки расходятся; чем заметнее отклонение, тем сильнее проявляется электрическое действие. Само отклонение показывает наличие заряда или его влияние, но для определения знака нужны дополнительные действия.
| Случай | Что происходит с электронами | Заряд тела | Результат взаимодействия |
|---|---|---|---|
| Тело получило электроны | Электроны перешли на тело | Отрицательный | Зависит от заряда другого тела |
| Тело потеряло электроны | Электроны ушли с тела | Положительный | Зависит от заряда другого тела |
| Два тела имеют одноимённые заряды | Перенос электронов не обязателен | Знаки одинаковые | Отталкиваются |
| Два тела имеют разноимённые заряды | Перенос электронов не обязателен | Знаки разные | Притягиваются |
Сначала найдите в таблице, что случилось с электронами, чтобы определить знак заряда отдельного тела. Затем сравните знаки двух тел: одинаковые означают отталкивание, разные — притяжение. Если известен только факт передачи электронов, результат взаимодействия нельзя установить без сведений о втором теле.
Задача 1. Пластмассовую палочку натёрли шерстью. Нужно объяснить, как изменился заряд палочки и почему. В опыте электроны могут перейти с шерсти на пластмассу; знак заряда зависит от того, какое тело их получило. В принятом для такой задачи варианте считаем, что палочка получила электроны.
Ответ: палочка зарядилась отрицательно, потому что получила электроны от шерсти. При этом заряд не возник заново: изменилось распределение электронов между двумя телами. Если направление перехода электронов в условии опыта не задано, для ответа нужно знать, какой материал их получил.
Задача 2. Два заряженных шарика отталкиваются. Требуется определить, одноимённы или разноимённы их заряды. Не нужно знать величину зарядов: достаточно использовать правило взаимодействия. Отталкивание характерно для тел с одинаковыми знаками зарядов.
Ответ: заряды шариков одноимённые. Чтобы узнать, положительные они или отрицательные, понадобилось бы сравнить их взаимодействие с телом известного знака. Одного наблюдения отталкивания достаточно лишь для сравнения знаков зарядов шариков между собой.
Задача 3. Два одинаковых металлических шарика имеют заряды +6 и −2 условные единицы. Их соприкоснули и раздвинули. Нужно найти заряд каждого шарика после контакта. Металл проводит электрический заряд, а одинаковые шарики при соприкосновении делят общий заряд поровну.
Ответ: заряд каждого шарика равен +2 условным единицам. Проверка: после разделения сумма зарядов равна +2 + +2 = +4, то есть совпадает с суммарным зарядом до соприкосновения. Это подтверждает сохранение заряда.
Ошибка — считать, что при электризации тело создаёт заряд. Так думают, потому что после трения заряд появляется у тела, которое раньше казалось нейтральным. На самом деле электроны переходят между телами, а суммарный заряд сохраняется; проверьте себя, проследив, какое тело получило электроны и какое их потеряло.
Ошибка — путать знак заряда тела со знаком переданных частиц. Электроны имеют отрицательный заряд, поэтому иногда предполагают, что тело, отдавшее их, тоже заряжается отрицательно. Верно обратное: получив электроны, тело становится отрицательным, а потеряв — положительным; мысленно сравните избыток или недостаток электронов.
Ошибка — полагать, что любые заряженные тела притягиваются. Притяжение часто запоминают по бытовым опытам с палочкой и бумагой, но у бумаги заряд перераспределяется. Проверка проста: сравните знаки зарядов двух тел — одноимённые отталкиваются, разноимённые притягиваются.
Ошибка — считать нейтральное тело телом без зарядов. Нейтральность означает не отсутствие заряженных частиц, а равенство суммарных положительного и отрицательного зарядов. Чтобы проверить себя, вспомните строение атома: в нём есть положительное ядро и отрицательные электроны, а нейтральным он является благодаря компенсации их зарядов.
Для понимания электризации нужно знать строение атома: в его ядре находятся положительно заряженные частицы, а вокруг — отрицательные электроны. При обычной электризации перемещаются электроны, поэтому знание их заряда помогает понять, откуда у тела берётся избыток или недостаток отрицательного заряда. Позже эти представления пригодятся при изучении электрического тока, проводников и изоляторов. Они также объясняют электрические явления в быту и природе.
Почему натёртая палочка начинает притягивать мелкие кусочки бумаги?
При трении палочка электризуется: электроны переходят между ней и материалом, которым её натирали. Заряженная палочка вызывает перераспределение зарядов в нейтральных кусочках бумаги, и ближайшие к палочке участки притягиваются сильнее, чем дальние отталкиваются.
Как тело получает положительный или отрицательный заряд?
Если тело получает электроны, в нём становится больше отрицательного заряда, и оно заряжается отрицательно. Если тело теряет электроны, преобладает положительный заряд, поэтому тело заряжается положительно.
Почему одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые притягиваются?
Это основное правило электрического взаимодействия: заряды с одинаковыми знаками отталкиваются, а с разными — притягиваются. По характеру взаимодействия можно судить, одинаковы ли знаки зарядов двух тел.
Может ли электрически нейтральное тело содержать заряженные частицы?
Да. В нейтральном теле есть и положительно, и отрицательно заряженные частицы, но их заряды взаимно компенсируются. Поэтому суммарный заряд тела равен нулю.
Как узнать, заряжено ли тело?
Для обнаружения заряда используют электроскоп. Если поднести к нему заряженное тело, его листки отклонятся: это показывает, что в электроскопе возникло электрическое взаимодействие и заряд перераспределился.
§ 40. Электризация тел
