"Физика", Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е.
Электризация через влияние позволяет зарядить проводник без контакта с уже заряженным телом. Рядом с проводником внешнее поле перераспределяет в нём свободные заряды: на одной стороне появляется избыток заряда одного знака, на другой — противоположного. Чтобы заряд сохранился после удаления внешнего тела, проводник заземляют, затем отсоединяют от Земли и только после этого убирают заряженное тело.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Электризация через влияние — получение телом электрического заряда без соприкосновения с заряженным телом. Способ называют так потому, что внешнее заряженное тело влияет на распределение зарядов в другом теле на расстоянии. Этот способ нужен, когда заряжать проводник прикосновением неудобно или нельзя.
Электростатическая индукция — перераспределение зарядов в проводнике под действием расположенного рядом заряженного тела. Электроны смещаются внутри проводника, хотя новые заряды в него сначала не поступают. Понятие помогает объяснить появление заряженных участков на нейтральном теле.
Заземление — соединение проводника с Землёй, через которое заряд может перейти между проводником и Землёй. Земля способна принять большое количество электронов или отдать их проводнику, почти не изменив своего состояния. Поэтому заземление позволяет изменить суммарный заряд проводника.
Проводник — тело, в котором электрические заряды могут свободно перемещаться. В металлах такими подвижными зарядами являются электроны. Именно их перемещение делает возможным разделение зарядов и электризацию через влияние.
Сначала к нейтральному проводнику приближают заряженное тело, не касаясь его. Электрическое взаимодействие заставляет свободные заряды внутри проводника перемещаться, поэтому проводник поляризуется, то есть его заряды разделяются по сторонам. При этом количество положительных и отрицательных зарядов в проводнике в целом остаётся прежним, поэтому его суммарный заряд равен нулю.
Если внешнее тело положительное, оно притягивает электроны проводника, и они скапливаются на ближней стороне. Дальняя сторона остаётся с недостатком электронов, то есть получает положительный заряд. Если внешнее тело отрицательное, электроны отталкиваются к дальней стороне, а ближняя сторона становится положительной: притяжение разноимённых зарядов и отталкивание одноимённых создают такое разделение.
Если после этого убрать заряженное тело, причина перераспределения исчезнет. Электроны снова переместятся по проводнику, и избыток одного знака на одной стороне исчезнет. Проводник вернётся к нейтральному состоянию, потому что при одном лишь приближении внешний заряд не добавлялся и не удалялся.
Чтобы оставить проводник заряженным, его заземляют, пока внешнее тело всё ещё находится рядом. При отрицательном внешнем теле лишние электроны отталкиваются и уходят в Землю, а при положительном теле электроны приходят из Земли, привлечённые к проводнику. Так меняется уже не только расположение зарядов, но и их общее количество в проводнике.
Сначала проводник отсоединяют от Земли, сохраняя рядом внешнее заряженное тело. Теперь путь для перехода электронов закрыт, поэтому приобретённый избыток или недостаток зарядов остаётся на проводнике. Только затем внешнее тело убирают, и оставшийся заряд распределяется по всему проводнику.
| Этап | Что делают | Что происходит с зарядами | Состояние проводника |
|---|---|---|---|
| Приближают заряженное тело | Подносят его к проводнику, не касаясь | Свободные заряды разделяются: противоположные ближе, одноимённые дальше | Проводник в целом нейтрален, но поляризован |
| Заземляют проводник | Соединяют проводник с Землёй | Электроны уходят в Землю или приходят из неё | Суммарный заряд изменяется |
| Сначала убирают заземление | Разрывают соединение с Землёй, не удаляя внешнее тело | Переход зарядов между проводником и Землёй прекращается | Проводник сохраняет приобретённый заряд |
| Затем удаляют заряженное тело | Уносят внешнее тело | Оставшийся заряд перераспределяется по проводнику | Проводник заряжен равномернее |
Таблицу нужно читать сверху вниз: порядок действий здесь принципиален. Особенно важно сравнить третий и четвёртый этапы: заземление отключают раньше, чем убирают внешнее тело. Иначе проводник может потерять приобретённый заряд через Землю.
К нейтральному металлическому шару поднесли положительно заряженную палочку. Нужно определить, какие заряды окажутся на ближней и дальней сторонах шара. Шар не касается палочки, поэтому речь идёт только о перераспределении имеющихся электронов.
Ответ: на ближней стороне будет отрицательный заряд, на дальней — положительный; суммарный заряд шара останется нулевым.
К нейтральному проводнику поднесли отрицательно заряженное тело, затем проводник заземлили, отсоединили от Земли и убрали тело. Требуется найти знак оставшегося заряда. Решать нужно по порядку, потому что результат зависит от последовательности действий.
Ответ: на проводнике останется положительный заряд.
Нейтральный металлический шар заряжают через влияние положительной палочкой, но сначала убирают палочку, а потом отключают заземление. Нужно определить, сохранится ли заряд. Ошибка в порядке действий нарушает сам принцип электризации через влияние.
Ответ: заряд не сохранится: шар снова станет нейтральным или почти нейтральным.
Ошибка: считать, что одно приближение уже зарядило нейтральный проводник. Так думают, потому что на его сторонах действительно появляются разные знаки. Проверка проста: мысленно уберите внешнее тело — без заземления суммарный заряд снова станет нулевым.
Ошибка: менять местами знаки на сторонах проводника. Ближняя сторона получает заряд, противоположный внешнему, потому что разноимённые заряды притягиваются. Проверьте себя вопросом: куда сместятся электроны?
Ошибка: убрать заряженное тело до отключения заземления. После исчезновения внешнего влияния заряды могут вернуться через соединение с Землёй. Правильный порядок можно запомнить так: сначала закрыть путь в Землю, потом убрать причину разделения зарядов.
Ошибка: считать, что при заземлении заряд всегда уходит из проводника. Направление зависит от внешнего заряда: электроны могут как уходить в Землю, так и приходить из неё. Определяйте движение именно электронов, а не условного положительного заряда.
До изучения темы нужно знать, что электрический заряд бывает положительным и отрицательным, одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые притягиваются. Эти правила объясняют движение свободных электронов в проводнике.
Тема опирается на представление о проводниках и Земле как большом резервуаре зарядов. Она показывает, почему внутреннее перераспределение зарядов возможно в металлах, но не происходит так же свободно в изоляторах.
Электризация через влияние помогает понять действие электроскопа, который обнаруживает наличие заряда. Тот же принцип используют при электростатической защите проводников: заряд размещается на внешней поверхности и защищает внутреннее пространство.
Почему нейтральный проводник притягивается к заряженному телу?
В проводнике происходит перераспределение свободных зарядов. Ближе к заряженному телу оказывается заряд противоположного знака, и его притяжение сильнее, чем отталкивание дальних одноимённых зарядов.
Получает ли проводник заряд, если к нему просто поднести заряженную палочку?
Нет, его суммарный заряд не изменяется. Заряды лишь разделяются внутри проводника, а после удаления палочки снова распределяются равномерно.
Как определить знак заряда, который останется на проводнике?
При заземлении знак оставшегося заряда будет противоположен знаку внешнего заряженного тела. Например, рядом с отрицательной палочкой электроны уходят в Землю, поэтому проводник становится положительным.
Зачем при электризации через влияние нужно заземление?
Заземление соединяет проводник с огромным резервуаром зарядов — Землёй. Благодаря этому часть электронов может уйти из проводника или перейти в него, изменяя его суммарный заряд.
Почему заземление отсоединяют раньше, чем убирают заряженное тело?
Пока заземление соединено с проводником, его заряд может снова уйти в Землю или прийти из неё. Если сначала убрать внешнее тело, перераспределение исчезнет, и проводник обычно вернётся к нейтральному состоянию.
§ 44. Электризация через влияние
