"Физика (в 2 частях)", Генденштейн Л.Э., Булатова А.А., Корнильев И.Н., Кошкина А.В.; под ред. Орлова В.А.
Электризация — приобретение телом электрического заряда при переходе или перераспределении электронов. Она объясняет притяжение лёгких предметов к натёртой расчёске, появление искр и действие молнии. Заряд обнаруживают электроскопом, а свойства заряженных тел используют в молниеотводах, электрофильтрах, копировальной технике и при окрашивании изделий. Главное — понимать движение электронов и различие проводников и диэлектриков.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Электризация — процесс приобретения телом электрического заряда при переходе или перераспределении электронов. Проще говоря, электроны либо переходят между телами, либо смещаются внутри одного тела. Это понятие нужно, чтобы объяснить появление электрических сил и искр.
Электрический заряд — физическая величина, характеризующая способность тел участвовать в электрическом взаимодействии. Различают положительный и отрицательный заряд, причём заряд не возникает из ничего. С его помощью описывают, будут тела притягиваться или отталкиваться.
Проводники электричества — вещества, в которых электрические заряды могут свободно перемещаться. К ним относятся металлы, растворы солей и некоторые другие вещества. Знание свойств проводников помогает понять работу проводов, заземления и молниеотвода.
Диэлектрики — вещества, в которых электрические заряды не могут свободно перемещаться по всему телу. В пластмассе, стекле или резине заряд обычно остаётся около места возникновения. Поэтому диэлектрики используют для изоляции и накопления заряда.
При трении тела электризуются не потому, что в них создаётся новый заряд. Атомы разных веществ по-разному удерживают внешние электроны, поэтому часть электронов переходит с одного тела на другое. Тело, получившее электроны, заряжается отрицательно, а потерявшее их — положительно; суммарный заряд сохраняется.
Заряженные тела взаимодействуют через электрическое поле, то есть область, где на заряд действует электрическая сила. Одноимённые заряды отталкиваются, потому что силы направлены в разные стороны от области сближения, а разноимённые притягиваются. Нейтральное тело тоже может притягиваться: поле смещает в нём заряды, и ближняя противоположно заряженная часть притягивается сильнее дальней одноимённой.
В проводнике свободные электроны под действием электрического поля перемещаются по всему телу. Они расходятся так, чтобы силы между одноимёнными зарядами уравновесились, поэтому избыток заряда оказывается на поверхности. В диэлектрике свободных электронов мало, и связанный с атомами заряд лишь немного смещается, поэтому электризация сохраняется в основном на участке её возникновения.
Электроскоп служит для обнаружения электрического заряда. В простом электроскопе заряд от металлического стержня переходит к двум лёгким листочкам или стрелке, и одинаковые заряды на них отталкиваются. Поэтому листочки расходятся, а стрелка отклоняется; чем сильнее отклонение, тем больше заряд при прочих равных условиях.
Электризацию используют там, где нужно направлять частицы или наносить вещество. В электрофильтре пыль получает заряд и оседает на электроде противоположного знака, очищая газ. В ксерографии заряженный барабан притягивает частицы порошка, а при электростатической окраске заряженные капли краски движутся к изделию и распределяются равномернее.
Таблица показывает, что одно и то же свойство зарядов проявляется в опыте, природе и технике. При чтении сначала найдите, как перемещаются или перераспределяются заряды, затем свяжите это с наблюдаемым результатом и практической пользой.
| Явление или устройство | Что происходит с зарядами | Наблюдаемый результат | Практическое значение |
|---|---|---|---|
| Электризация трением | Электроны переходят между телами | Тела получают противоположные заряды | Получение заряда в опытах |
| Притяжение лёгких тел заряженным телом | Заряды в нейтральном теле перераспределяются | Бумажки или пылинки притягиваются | Объяснение электростатических явлений |
| Отталкивание одноимённо заряженных тел | На телах находятся заряды одного знака | Тела расходятся | Обнаружение и сравнение зарядов |
| Электроскоп | Заряд переходит на листочки или стрелку | Листочки расходятся, стрелка отклоняется | Обнаружение электрического заряда |
| Молния и молниеотвод | Разряд проходит между облаком и землёй | Возникает яркая вспышка и гром | Отвод разряда от здания |
| Электрофильтр | Пылевые частицы заряжаются и оседают на электроде | Газ очищается от пыли | Очистка промышленных выбросов |
| Ксерография и электростатическая печать | Порошок притягивается к заряженным участкам | Формируется изображение | Копирование и печать |
| Электростатическое окрашивание | Капли краски получают заряд и притягиваются к детали | Покрытие получается ровным | Экономия краски и качественная окраска |
Пластмассовую линейку натёрли шерстью и поднесли к мелким кусочкам бумаги. Нужно объяснить, почему бумажки притягиваются. Бумага сначала была электрически нейтральной, поэтому причина не в появлении в ней нового заряда.
Ответ: заряженная линейка притягивает бумажки из-за перераспределения зарядов в нейтральной бумаге. После удаления линейки заряды снова распределяются почти равномерно.
К заряженному электроскопу прикоснулись металлическим стержнем, соединённым с землёй. Нужно объяснить, почему листочки опали. Металл и Земля образуют проводящий путь для перемещения электронов.
Ответ: листочки опали из-за стекания заряда через металлический стержень в землю. Это явление называют заземлением.
Нужно предложить способ защитить здание от удара молнии и объяснить действие устройства. Для этого используют металлический молниеотвод, установленный выше здания и соединённый с землёй. Он не отменяет возможность разряда, а делает его путь управляемым.
Ответ: молниеотвод защищает здание, отводя электрический разряд в землю по безопасному проводящему пути. Полной гарантии отсутствия молнии он не даёт, но значительно уменьшает опасность разрушения и пожара.
«При электризации создаётся новый заряд». Так думают, потому что после трения заряд становится заметным. На самом деле электроны только переходят или перераспределяются; проверить себя можно подсчётом: потеря электронов одним телом связана с их приобретением другим.
«Любые заряженные тела отталкиваются». Ошибка возникает из-за запоминания только одного случая взаимодействия. Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются, а заряженное тело может притянуть нейтральное; сначала определите знаки и распределение зарядов.
Путать проводники и диэлектрики. Иногда считают, что заряд одинаково свободно перемещается в любом веществе. Проверьте, есть ли в материале свободные носители заряда: в металле заряд перераспределяется по поверхности, а в изоляторе остаётся локальным.
Считать, что молниеотвод полностью исключает молнию. Такое объяснение путает защиту с устранением природного явления. Молниеотвод создаёт безопасный путь в землю, поэтому нужно проверить наличие металлического проводника и надёжного заземления.
Для понимания электризации нужны знания о строении атома, электроне, положительном и отрицательном зарядах, электрическом поле и взаимодействии зарядов. Позже эти представления помогут изучать электрический ток, конденсаторы, молнию и электробезопасность. В быту тема встречается в электрофильтрах, копировальных аппаратах, принтерах и установках электростатической окраски.
Почему натёртая о волосы расчёска притягивает бумажки?
При трении расчёска получает электрический заряд, потому что часть электронов переходит между волосами и пластмассой. В нейтральных бумажках заряды немного перераспределяются, поэтому ближайшая к расчёске сторона оказывается заряжена противоположно и притягивается.
Может ли незаряженное тело притягиваться к заряженному?
Да. В нейтральном теле под действием заряженного тела происходит перераспределение зарядов: ближе оказывается заряд противоположного знака. Притяжение этой стороны оказывается сильнее отталкивания дальней стороны.
Почему заряд проводника распределяется по его поверхности?
В проводнике свободные электроны могут перемещаться. Одноимённые заряды отталкиваются и расходятся как можно дальше друг от друга, поэтому в состоянии равновесия избыток заряда находится на поверхности.
Зачем молниеотвод соединяют с землёй?
Молниеотвод должен отвести электрический разряд в землю по проводящему пути. Заземление позволяет заряду безопасно пройти через металлический проводник, не разрушая здание и не создавая опасного напряжения внутри него.
Опасна ли электризация в быту и как уменьшить риск искрового разряда?
Небольшой заряд обычно не опасен, но искра может испугать человека, повредить электронику или воспламенить пары горючих веществ. Помогают заземление, увлажнение воздуха, антистатические материалы и предварительное прикосновение к заземлённому металлическому предмету.
3. Проявления и применения электризации
