§ 16. Электричество

Определения и обозначения

Электрический заряд — свойство частиц и тел, из-за которого они могут притягиваться или отталкиваться. Заряды бывают положительными и отрицательными. Это понятие нужно, чтобы объяснять электрическое взаимодействие тел.

Электризация — приобретение телом электрического заряда. Например, пластмассовая линейка заряжается, если потереть её о шерсть. Термин помогает понять, почему после трения предмет начинает притягивать лёгкие тела.

Проводник — материал, по которому электрический заряд может перемещаться. Обычно хорошими проводниками являются металлы. Знание этого свойства помогает правильно выбирать материалы для проводов.

Изолятор — материал, в котором электрический заряд перемещается с трудом. К изоляторам относятся резина, пластмасса и стекло. Они нужны, чтобы отделять проводящий материал от человека и других предметов.

Как это устроено

При трении некоторые частицы переходят с одного тела на другое. Поэтому одно тело получает избыток определённых зарядов, а другое — их недостаток. Заряд не появляется из ничего: происходит его перераспределение между соприкасающимися телами.

Заряды одного вида отталкиваются, а разных видов притягиваются. Это происходит потому, что электрические заряды взаимодействуют на расстоянии. Например, два предмета, получившие одинаковый заряд, будут расходиться, а предметы с разными зарядами — сближаться.

Заряженное тело может притянуть лёгкий незаряженный предмет. Под действием заряда частицы внутри бумаги немного перераспределяются: ближняя сторона получает свойства, при которых притяжение становится сильнее отталкивания. Поэтому бумажки могут подниматься к линейке или другому наэлектризованному предмету.

В проводниках заряд может перемещаться по всему материалу. В изоляторах частицы связаны с веществом сильнее, поэтому заряд обычно остаётся около места, где он появился. Металлы используют для внутренних частей проводов, а резину, пластмассу и стекло — для защиты и изоляции.

Электрические явления встречаются в быту: работают лампы, телефоны, холодильники и другие приборы. Однако электрический ток от розетки может пройти через тело человека и причинить тяжёлый вред. Нельзя вставлять предметы в розетку, касаться оголённых проводов или проверять электричество мокрыми руками; неисправный прибор должен осматривать взрослый.

Проводники и изоляторы вокруг нас

В таблице сначала определите, может ли заряд свободно перемещаться по материалу. Затем свяжите это свойство с его применением: проводник используют для передачи электричества, а изолятор — для защиты. Слова «обычно» означают, что речь идёт о распространённых свойствах материалов при обычных условиях.

Разбор задач

Пластмассовую линейку потерли о шерстяную ткань. Поднесут ли её к маленьким кусочкам бумаги — что может произойти?

Нужно выяснить, изменилось ли свойство линейки после трения. Линейка сделана из пластмассы, а при трении частицы переходят между материалами. Кусочки бумаги лёгкие, поэтому действие электрического притяжения может заметно изменить их движение.

1. После трения линейка электризуется и приобретает заряд.
2. Заряженная линейка воздействует на частицы в незаряженной бумаге.
3. Ближняя сторона бумажек притягивается к линейке сильнее, чем дальняя сторона отталкивается.

Ответ: да, бумажки могут притянуться к линейке и даже подняться к ней. Это объясняется электризацией трением и притяжением лёгкого незаряженного тела.

Два одинаково наэлектризованных лёгких шарика подвесили рядом. Как они будут взаимодействовать?

Слово «одинаково» означает, что шарики получили заряды одного вида. Нужно применить правило взаимодействия одноимённых зарядов. Поскольку шарики лёгкие и подвешены свободно, их движение будет хорошо заметно.

1. У каждого шарика есть электрический заряд.
2. Заряды имеют один и тот же вид, например оба положительные.
3. Одноимённые заряды отталкиваются, поэтому шарики разойдутся в стороны.

Ответ: шарики будут отталкиваться. Они отклонятся от первоначального положения и окажутся дальше друг от друга.

Нужно выбрать материал для оболочки провода и его внутренней части: металл или резину. Как распределить материалы и почему?

Внутренняя часть провода должна передавать электрический заряд, а оболочка — защищать человека от него. Значит, для этих частей нужны материалы с разными свойствами. Сначала выбираем проводник для передачи заряда, затем изолятор для безопасности.

1. Металл хорошо проводит электрический заряд, поэтому его помещают внутрь провода.
2. Резина почти не пропускает заряд, поэтому ею покрывают металлическую жилу.
3. Так электричество движется по нужному пути, а внешняя оболочка уменьшает риск прикосновения к проводнику.

Ответ: внутри должен быть металл, снаружи — резина. Нельзя использовать резину внутри вместо металла или оставлять металлическую жилу без изоляции.

Типичные ошибки

Некоторые считают, что притягиваться могут только два заряженных тела. Это неверно: заряженный предмет способен притянуть лёгкое незаряженное тело, потому что его частицы немного перераспределяются. Проверьте себя на примере линейки и бумажек: бумага до опыта могла не иметь заряда.

Проводник иногда путают с изолятором, потому что оба материала могут находиться в одном предмете. В проводнике заряд перемещается, а в изоляторе — с трудом. Для проверки спросите себя, передаёт ли материал электричество или, наоборот, защищает от него.

Ошибка — думать, что трение создаёт заряд из ничего. При электризации частицы переходят с одного тела на другое, поэтому заряды перераспределяются. Если после трения заряжается один предмет, ищите второе тело, которое участвовало в контакте.

Опасно пытаться проверять электрические явления у розетки или оголённых проводов. Такой опыт может привести к поражению током, поэтому его нельзя проводить даже ради любопытства. Безопасность проверяют только на учебных моделях и с разрешения взрослого.

Связь с другими темами

До изучения электричества нужно знать, что все тела состоят из веществ и могут взаимодействовать друг с другом. Это помогает понять, почему частицы переходят при трении и почему тела притягиваются или отталкиваются.

Понятия проводника и изолятора пригодятся при изучении электрической цепи и устройства электроприборов. По этим свойствам можно объяснить, где проходит электрический ток и почему провод покрывают защитной оболочкой.

Правила безопасности связаны с повседневной жизнью. Они нужны при обращении с зарядными устройствами, бытовыми приборами, розетками и проводами.

Что запомнить

• При электризации тело приобретает электрический заряд.
• Существуют два вида электрического заряда.
• Заряды одного вида отталкиваются, а разных видов притягиваются.
• Заряженное тело может притягивать лёгкие незаряженные предметы.
• Металлы обычно проводят электрический заряд.
• Резина и пластмасса обычно являются изоляторами.
• Нельзя проводить опыты с электричеством у розеток и оголённых проводов.