"Физика (в 2 частях)", Генденштейн Л.Э., Булатова А.А., Корнильев И.Н., Кошкина А.В.; под ред. Орлова В.А.
Электризация влиянием позволяет сообщить проводнику электрический заряд, не касаясь его заряженным телом. При приближении заряженной палочки свободные электроны внутри проводника перераспределяются, и на его концах появляются заряды разных знаков. Чтобы заряд стал постоянным, проводник заземляют, затем отсоединяют от Земли и только после этого убирают палочку. Знак полученного заряда будет противоположен знаку внешнего тела.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Электризация влиянием — получение телом электрического заряда без соприкосновения с заряженным телом. Проще говоря, заряд создают действием на расстоянии, используя проводник и заземление. Это позволяет заряжать тела, не передавая им заряд касанием.
Электростатическая индукция — перераспределение свободных зарядов в проводнике под действием внешнего заряженного тела. В металле электроны могут перемещаться, поэтому они смещаются к одной части проводника или от неё. Понятие нужно, чтобы объяснить появление разных зарядов на концах первоначально нейтрального тела.
Заземление — соединение тела с Землёй, которая может принимать электроны или отдавать их. Земля служит огромным запасом заряда и практически не меняет своего состояния от небольшого обмена электронами. Благодаря заземлению проводник получает избыток или недостаток электронов.
Разделение зарядов — появление на разных участках проводника зарядов противоположных знаков под действием внешнего заряда. При этом положительный и отрицательный заряды возникают парами, поэтому общий заряд проводника сначала остаётся нулевым. Это не постоянная зарядка, а начальная стадия электризации влиянием.
В металлическом проводнике положительные ионы образуют почти неподвижную решётку, а часть электронов может свободно перемещаться между ними. При приближении заряженного тела его электрическое поле действует на эти электроны. Они смещаются так, чтобы уменьшить действие внешнего поля внутри проводника, поэтому на поверхности возникает неодинаковое распределение заряда.
Например, положительная палочка притягивает свободные электроны к ближайшему концу проводника. Ближняя сторона становится отрицательной, а на дальней стороне остаётся недостаток электронов, то есть появляется положительный заряд. Электроны не возникли и не исчезли, поэтому сумма зарядов обеих сторон до заземления равна нулю.
Чтобы сделать заряд постоянным, проводник заземляют, пока палочка находится рядом. Если палочка положительная, она притягивает электроны к проводнику, и часть электронов приходит из Земли; при отрицательной палочке электроны, наоборот, уходят в Землю. После такого обмена число электронов в проводнике уже отличается от исходного.
Сначала проводник отсоединяют от Земли, потому что теперь нужно сохранить полученный избыток или недостаток электронов. Если убрать палочку раньше, исчезнет причина разделения зарядов, и электроны перераспределятся обратно через заземление. После отсоединения внешнее тело можно удалить: заряд останется и распределится по проводнику более равномерно.
| Этап | Действие | Распределение зарядов в проводнике | Общий заряд проводника |
|---|---|---|---|
| Незаряженный проводник до опыта | К проводнику ничего не подносят | Положительные и отрицательные заряды компенсируют друг друга | Нулевой |
| Приближение положительно заряженного тела | Палочку подносят, не касаясь проводника | У палочки скапливаются электроны, на дальнем конце остаётся положительный заряд | Нулевой |
| Заземление проводника при приближённом заряженном теле | Проводник соединяют с Землёй | Электроны переходят из Земли на проводник | Отрицательный |
| Отсоединение проводника от Земли | Убирают соединение с Землёй, палочка остаётся рядом | Избыток электронов запирается в проводнике | Отрицательный |
| Удаление заряженного тела | Палочку отодвигают | Избыток электронов распределяется по всему проводнику | Отрицательный |
Таблица приведена для положительно заряженной палочки; при отрицательной палочке направления движения электронов и знаки будут обратными. Проверять опыт нужно именно по порядку этапов. Особенно нельзя менять местами отсоединение от Земли и удаление палочки.
К металлическому шару подносят положительно заряженную палочку, не касаясь шара. Нужно определить распределение зарядов и общий заряд шара до заземления. Здесь заземления ещё нет, поэтому следует отделить разделение зарядов от зарядки всего тела.
Ответ: на ближней стороне шара возникнет отрицательный, а на дальней — положительный заряд. Общий заряд шара до заземления останется нулевым.
Положительной палочкой нужно зарядить металлический шар отрицательно. Варианты действий: убрать палочку, заземлить шар, отсоединить заземление; требуется восстановить правильный порядок.
Ответ: правильная последовательность — заземлить шар, отсоединить заземление, убрать палочку. В результате шар получит отрицательный заряд.
Два одинаковых металлических шара соединены проводником, а к одному из них подносят отрицательную палочку. После заземления систему отсоединяют от Земли, убирают палочку и разъединяют шары. Нужно определить знак заряда каждого шара.
Ответ: после разъединения оба шара будут положительно заряжены. Одинаковые размеры и соединение до разъединения приводят к равному распределению итогового заряда.
Одного приближения достаточно. Это неверно: приближение создаёт только временное разделение зарядов, потому что общий заряд не меняется. Ошибку допускают, путая появление зарядов на участках с зарядом всего тела. Проверка: спросите себя, был ли проводник соединён с Землёй.
Сначала убрать палочку. Тогда исчезает причина перераспределения электронов, а через заземление заряд может уйти. Такая ошибка появляется из-за нарушения порядка действий. Проверка: заземление отключают раньше, чем удаляют внешнее тело.
Знак проводника совпадает со знаком палочки. На самом деле при электризации влиянием итоговые знаки обычно противоположны: положительная палочка даёт проводнику избыток электронов. Проверка: определите, притягиваются электроны к палочке или отталкиваются от неё.
Проводник и диэлектрик ведут себя одинаково. В диэлектрике нет свободного перемещения зарядов по всему телу, поэтому там говорят о поляризации. Проверка: выясните, могут ли электроны свободно переходить между удалёнными частями материала.
Для понимания темы нужны знания о взаимодействии зарядов, их знаках и строении проводника со свободными электронами. Электризация влиянием объясняет работу электроскопа: разделение зарядов заставляет его листочки расходиться. Дальше этот принцип встречается в электростатической защите, заземлении, молниеотводах и устройствах, где используется перемещение зарядов.
Почему проводник притягивается к заряженному телу, даже если сначала он нейтрален?
Внешнее заряженное тело перераспределяет свободные электроны в проводнике. Ближайшая часть проводника получает противоположный знак и притягивается сильнее, чем дальняя одноимённая часть отталкивается.
Можно ли зарядить проводник влиянием без заземления?
Без заземления можно только временно разделить заряды внутри проводника. После удаления внешнего заряженного тела электроны снова распределятся равномерно, и проводник останется нейтральным.
Почему нельзя сначала убрать заряженную палочку, а потом отключать заземление?
После удаления палочки внешнее воздействие исчезает, и электроны начинают возвращаться в прежнее распределение. Если заземление ещё не отключено, заряд уйдёт в Землю или из неё, поэтому постоянный заряд не сохранится.
Как определить знак заряда, который получит проводник?
При правильном порядке действий заряд проводника имеет знак, противоположный знаку приближённого тела. Положительная палочка создаёт на заземлённом проводнике избыток электронов, а отрицательная палочка приводит к их уходу в Землю.
Чем электризация влиянием отличается от поляризации диэлектрика?
В проводнике свободные электроны могут перемещаться по всему телу, поэтому его можно зарядить с помощью заземления. В диэлектрике свободного перемещения зарядов по всему телу нет: происходит лишь небольшое смещение связанных зарядов внутри атомов и молекул.
6. Как зарядить тело, не прикасаясь к нему заряженным телом?
