2. Два рода электрических зарядов

Определения и обозначения

Электрический заряд — физическая величина, характеризующая способность тел участвовать в электрическом взаимодействии; заряд бывает двух видов. Проще говоря, именно наличие заряда позволяет телам притягиваться или отталкиваться. Это понятие нужно, чтобы описывать электризацию тел и сравнивать результаты опытов.

Положительный электрический заряд — вид заряда, который условно обозначают знаком «+». Такой знак не означает, что заряд больше другого или обладает какими-то «хорошими» свойствами. Он нужен для удобного различения двух видов заряда.

Отрицательный электрический заряд — вид заряда, который условно обозначают знаком «−». Минус также не означает недостаток заряда или его меньшую величину. Это обозначение помогает записывать и сравнивать результаты электрических опытов.

Электрическое взаимодействие — взаимодействие заряженных тел, которое может проявляться как притяжение или отталкивание. По характеру взаимодействия можно сравнивать виды зарядов. Поэтому наблюдение за движением тел является важным способом изучения электрических зарядов.

Как это устроено

Если потереть некоторые тела друг о друга, они электризуются и начинают взаимодействовать с другими телами. Например, наэлектризованное тело может отклонять лёгкий шарик или притягивать кусочки бумаги. Однако одного такого опыта недостаточно, чтобы объяснить все наблюдаемые результаты: притяжение может происходить по разным причинам, а отталкивание требует более точного сравнения.

Чтобы разобраться, сравнивают взаимодействия нескольких наэлектризованных тел. Если одно тело отталкивается от другого, их заряды относят к одному виду, потому что отталкивание возникает у одинаковых зарядов. Если тела притягиваются, их заряды могут быть разными. Такое сравнение приводит к выводу, что для описания электрических явлений нужны два вида заряда, а не один.

В физике эти виды обозначают знаками «+» и «−». Положительным называют заряд одного вида, а отрицательным — заряд другого вида. Выбор того, какой из двух видов назвать положительным, является условным соглашением, зато после его принятия все опыты можно описывать одинаково.

Опыты показывают, что тела с зарядами одного вида отталкиваются. Поэтому положительно заряженный шарик отталкивается от другого положительно заряженного шарика, а отрицательно заряженный — от другого отрицательно заряженного. Направление движения тел позволяет заметить это взаимодействие.

Тела с зарядами разных видов притягиваются. Положительно заряженное тело притягивается к отрицательно заряженному, и наоборот. При этом лёгкое незаряженное тело тоже может притягиваться к заряженному, поэтому по одному только притяжению нельзя надёжно определить знак его заряда.

Два вида электрического заряда и их взаимодействие

В таблице сначала находят вид заряда и его обозначение, а затем сравнивают знаки двух тел. Совпадающие знаки означают отталкивание, разные — притяжение. В последней строке приведены типичные примеры получения заряда натиранием.

Разбор задач

Задача 1

Два заряженных шарика отталкиваются. Нужно определить, можно ли по этому наблюдению установить, что их заряды одного вида. Известно, что отталкивание является характерным признаком одноимённых зарядов.

1. Оба шарика заряжены, поэтому сравниваем именно виды их зарядов.
2. При одинаковых видах заряда действует отталкивание.
3. Следовательно, заряды шариков имеют один и тот же вид: оба положительные или оба отрицательные.

Ответ: да, можно заключить, что заряды одного вида. Точный знак каждого шарика по одному этому наблюдению определить нельзя.

Задача 2

Заряженное тело притягивает лёгкий шарик, заряд которого известен как положительный. Требуется выяснить, какой знак может иметь заряд тела. Нужно учесть не только правило для разноимённых зарядов, но и возможность притяжения незаряженного шарика.

1. Если лёгкий шарик имеет положительный заряд, то отрицательно заряженное тело притягивает его как разноимённый заряд.
2. Положительно заряженное тело не должно отталкивать его, если оба заряда действительно одноимённые.
3. Однако тело могло быть незаряженным: заряженное тело способно притянуть в нём ближайшие разноимённые заряды.

Ответ: заряд тела может быть отрицательным или равняться нулю. Только по притяжению нельзя утверждать, что тело отрицательно заряжено.

Задача 3

Три одинаковых шарика имеют заряды: первый положительный, второй отрицательный, третий положительный. Нужно сравнить каждую пару шариков и определить характер взаимодействия.

1. Первый и второй шарики имеют разные знаки, поэтому притягиваются.
2. Первый и третий шарики имеют одинаковые положительные заряды, поэтому отталкиваются.
3. Второй и третий шарики имеют разные знаки, поэтому притягиваются.

Ответ: притягиваются пары 1–2 и 2–3. Пара 1–3 отталкивается.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что положительный заряд означает «больше», а отрицательный — «меньше». Так думают из-за привычного смысла слов «плюс» и «минус», но здесь они обозначают только разные виды заряда. Проверка проста: знаки не сравнивают величину, а используют для определения взаимодействия.

Ошибка: путать правило взаимодействия и говорить, что одноимённые заряды притягиваются. Причина обычно в невнимательности при запоминании двух правил. Проверь себя фразой: одинаковые знаки расходятся, разные знаки сближаются.

Ошибка: определять знак заряда только по притяжению лёгкого тела. Притяжение возможно не только у разноимённых зарядов, но и между заряженным и незаряженным телом. Для уверенного вывода нужно наблюдать отталкивание или заранее знать заряд второго тела.

Ошибка: воспринимать слова «положительный» и «отрицательный» как оценку физических свойств зарядов. Эти названия появились по соглашению и не означают достоинств или недостатков. Вспомни, что оба вида равноправны и необходимы для описания опытов.

Связь с другими темами

До изучения двух видов зарядов нужно знать, что при электризации тела приобретают электрический заряд и начинают взаимодействовать. Это связывает новую тему с наблюдаемыми опытами натирания и с понятием электризации. Без этого трудно понять, что именно сравнивают в опытах.

Различение положительного и отрицательного зарядов понадобится при изучении электрического поля, закона сохранения заряда и строения атома. В этих темах знак заряда помогает объяснять движение частиц и взаимодействие тел. Поэтому правило двух видов зарядов используется во многих следующих разделах физики.

Что запомнить

• Существуют два вида электрического заряда: положительный и отрицательный.
• Положительный заряд обозначают знаком «+», отрицательный — знаком «−».
• Одноимённые заряды отталкиваются.
• Разноимённые заряды притягиваются.
• Названия видов заряда условны.
• Притяжение само по себе не всегда доказывает, что оба тела заряжены.