"Физика (в 2 частях)", Генденштейн Л.Э., Булатова А.А., Корнильев И.Н., Кошкина А.В.; под ред. Орлова В.А.
Электрометр — прибор, который обнаруживает электрический заряд и позволяет сравнивать его величину по отклонению стрелки или листочков. Заряд передаётся металлическому стержню, а затем распределяется по всем проводящим частям прибора. Одноимённо заряженные подвижные части отталкиваются, поэтому отклоняются. Для точных измерений шкалу электрометра заранее градуируют.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Электрометр — прибор для обнаружения электрического заряда и сравнения его величины по отклонению подвижной части. Проще говоря, он показывает, наэлектризовано ли тело и какой заряд больше при одинаковых условиях. Это нужно, чтобы исследовать электрические явления не только наблюдением, но и сравнением показаний.
Электрический заряд — физическая величина, характеризующая способность тел участвовать в электрическом взаимодействии. Заряды бывают двух знаков: положительные и отрицательные. Понятие заряда помогает объяснить притяжение и отталкивание тел.
Электризация — процесс приобретения телом электрического заряда. Тело может электризоваться при трении, соприкосновении или под действием другого заряженного тела. Это понятие нужно, чтобы описывать, откуда у исследуемого тела появляется заряд.
Проводник — вещество, в котором электрические заряды могут перемещаться по всему телу. К проводникам относятся, например, металлы и тело человека. Благодаря проводимости заряд, переданный одной части электрометра, распределяется по связанным с ней частям.
В верхней части электрометра находится металлический шарик или диск, соединённый со стержнем. Внизу стержня расположена подвижная стрелка или пара лёгких листочков, а рядом нанесена шкала. Корпус и изолятор защищают прибор и не дают заряду сразу уйти в окружающие тела.
Если передать заряд шарику, он переместится по металлическому стержню к подвижной части. В проводнике заряды могут свободно перемещаться, поэтому они распределяются по всем соединённым металлическим деталям. Заряд не остаётся только на том месте, к которому прикоснулись.
После распределения заряда стрелка или оба листочка получают заряд одного знака. Одноимённые заряды отталкиваются, поэтому подвижная часть отклоняется от первоначального положения. Чем сильнее электрическое взаимодействие между этими частями, тем заметнее отклонение.
По величине отклонения можно сравнить заряды: при одинаковом приборе и одинаковых условиях большему заряду обычно соответствует больший угол отклонения. Однако шкала сначала лишь показывает относительный результат, например какой заряд больше. Чтобы по показанию узнать точную величину заряда, шкалу предварительно градуируют, то есть сопоставляют деления с известными значениями.
Чтобы обнаружить электризацию тела, его подносят к шарику или касаются им шарика электрометра и наблюдают за стрелкой или листочками. Отклонение означает, что в приборе возникло распределение зарядов и подвижная часть получила одноимённый заряд. После опыта прибор разряжают, обычно касаясь его металлического шарика соединённым с землёй проводником или рукой.
| Часть электрометра | Назначение | Физическое объяснение действия |
|---|---|---|
| Металлический шарик или диск | Принять заряд от исследуемого тела | Заряд передаётся проводнику и распределяется по его поверхности |
| Металлический стержень | Передать заряд к подвижной части | В проводнике заряды могут перемещаться |
| Подвижная стрелка или листочки | Показать наличие и относительную величину заряда | Одноимённые заряды отталкиваются |
| Шкала | Сравнить степень отклонения подвижной части | Большему заряду обычно соответствует большее отклонение |
| Корпус и изолятор | Защитить прибор и не дать заряду уйти в окружающие тела | Изолятор препятствует переходу заряда |
Таблицу удобно читать от детали к её функции, а затем к физической причине действия. Например, стержень не просто соединяет части прибора: он позволяет заряду перемещаться к подвижной части. При разборе опыта проверяйте, какая деталь принимает заряд, какая показывает результат и что мешает заряду уйти.
К шарику незаряженного электрометра поднесли, не касаясь его, наэлектризованную палочку. Нужно объяснить, почему подвижная часть отклонилась. При этом заряд палочки не передаётся электрометру напрямую.
Ответ: подвижная часть отклонилась из-за перераспределения зарядов в проводнике под действием приближённой палочки. Сам электрометр при этом не получил общий заряд, если палочка его не касалась.
Электрометр зарядили сначала небольшим, а затем большим количеством одноимённого заряда. Требуется сравнить показания прибора. Условия опыта и сам электрометр считаются одинаковыми.
Ответ: во втором случае стрелка или листочки отклонятся сильнее. По двум показаниям можно сравнить заряды, но точное значение возможно определить только по градуированной шкале.
Заряженный электрометр соединили металлическим проводником с незаряженным электрометром. Нужно описать изменения показаний обоих приборов. Считаем, что приборы одинаковы и соединены надёжно.
Ответ: заряд перераспределится между двумя электрометрами. Первый потеряет часть заряда, второй приобретёт её, поэтому показания выровняются, а суммарный заряд системы сохранится.
Ошибка — считать, что электрометр по направлению отклонения сам показывает знак заряда. Так думают, потому что стрелка меняет положение при разных опытах. Проверяйте знак сравнением с зарядом известного знака: одноимённый заряд увеличит отклонение, разноимённый уменьшит.
Нельзя касаться шарика рукой во время опыта. Руку ошибочно считают нейтральной преградой, но тело человека проводит заряд и соединяет прибор с землёй. Если показание быстро уменьшается, проверьте, не произошло ли случайного касания.
Нельзя делать вывод о большем заряде по одному отклонению без учёта условий. На результат влияют расстояние, форма деталей и положение прибора, а шкала может быть неравномерной. Сравнивайте показания при одинаковой установке или пользуйтесь градуированной шкалой.
Притяжение незаряженного тела к заряженному не доказывает наличие разноимённых зарядов. Заряды в незаряженном проводнике могут перераспределиться, и ближняя часть притянется сильнее. Проверяйте вывод дополнительным опытом, например зарядив тело и сравнив отклонение электрометра.
До изучения электрометра нужно знать, что тела электризуются, заряды бывают двух знаков, а одноимённые заряды отталкиваются. Эти сведения объясняют появление отклонения подвижной части.
Также важно различать проводники и изоляторы. В проводнике заряд перемещается, а изолятор помогает удержать его на приборе и не даёт быстро уйти в окружающие тела.
Электрометр связан с изучением электрического поля и взаимодействия зарядов. Позже его принцип поможет понять электрический потенциал и работу измерительных приборов.
Почему листочки или стрелка электрометра расходятся?
После передачи заряда металлическому стержню заряд распределяется по подвижным частям прибора. Они получают одноимённые заряды, а одноимённые заряды отталкиваются, поэтому листочки расходятся или стрелка отклоняется.
Можно ли определить с помощью электрометра знак заряда тела?
По одному только направлению отклонения обычно нельзя надёжно определить знак заряда. Для этого сравнивают показание с отклонением от заряда известного знака: отклонение увеличивается при одинаковых знаках и уменьшается при разных.
Почему электрометр разряжается, если прикоснуться к его шарику рукой?
Тело человека проводит электрический заряд. При касании заряд уходит с электрометра через человека в землю, поэтому отклонение уменьшается или исчезает.
Чем электрометр отличается от простого электроскопа?
Оба прибора обнаруживают наличие электрического заряда по отклонению подвижной части. Электрометр обычно имеет более удобную шкалу и позволяет сравнивать величины зарядов, а простой электроскоп чаще используют только для обнаружения электризации.
Можно ли по отклонению электрометра точно узнать величину заряда?
Само отклонение позволяет сравнить заряды только при одинаковых условиях опыта. Для определения точной величины нужна заранее градуированная шкала и прибор, рассчитанный на такие измерения.
1. Электрометр
