Опыты, иллюстрирующие явления электризации. Объяснение явления электризации на основе представлений о строении атомов. Два рода электрических зарядов. Взаимодействие зарядов.

Электризация — это явление, при котором тело приобретает электрический заряд. В обычном состоянии большинство тел электрически нейтральны, то есть суммарный положительный заряд в них равен суммарному отрицательному заряду. Но при трении, соприкосновении или воздействии заряженного тела это равновесие может нарушаться. Тогда тело становится заряженным.

Опыты, иллюстрирующие явление электризации

Один из самых простых опытов — электризация пластмассовой линейки или эбонитовой палочки трением. Если потереть пластмассовую линейку о шерстяную ткань, а затем поднести её к мелким кусочкам бумаги, то кусочки бумаги начнут притягиваться к линейке. Это показывает, что линейка после трения приобрела электрический заряд.

Похожий опыт можно провести с воздушным шариком. Если потереть надутый шарик о волосы или шерстяную ткань, он начнёт притягивать лёгкие предметы: волосы, бумажки, пылинки. Иногда шарик даже может «прилипнуть» к стене. Это происходит потому, что шарик наэлектризовался.

Ещё один классический опыт — электризация стеклянной палочки. Если стеклянную палочку потереть о шёлк, она тоже приобретает заряд. При поднесении такой палочки к лёгким предметам наблюдается притяжение.

Можно также использовать две наэлектризованные палочки. Например, если две эбонитовые палочки потереть о шерсть и подвесить одну из них на нити, то при поднесении второй палочки первая будет отталкиваться. Это показывает, что тела, имеющие одинаковые заряды, отталкиваются.

Если же взять стеклянную палочку, потёртую о шёлк, и эбонитовую палочку, потёртую о шерсть, то они будут притягиваться. Значит, заряды на них разные.

Эти опыты показывают, что электризация действительно существует и проявляется через притяжение или отталкивание тел.

Объяснение электризации на основе строения атома

Чтобы понять, почему тела электризуются, нужно вспомнить строение атома. Атом состоит из ядра и электронов. В ядре находятся протоны и нейтроны. Протоны имеют положительный электрический заряд, нейтроны заряда не имеют, а электроны обладают отрицательным зарядом.

В обычном атоме число протонов равно числу электронов. Поэтому положительный заряд ядра уравновешивается отрицательным зарядом электронов. Такой атом в целом электрически нейтрален.

Однако электроны могут переходить от одного тела к другому. Особенно легко это происходит при трении. При трении двух тел часть электронов может перейти с одного тела на другое. Тело, которое потеряло часть электронов, получает недостаток отрицательного заряда и становится положительно заряженным. Тело, которое получило лишние электроны, становится отрицательно заряженным.

Например, если эбонитовую палочку потереть о шерсть, электроны переходят с шерсти на эбонит. Эбонит получает избыток электронов и заряжается отрицательно, а шерсть теряет электроны и заряжается положительно.

Если стеклянную палочку потереть о шёлк, то электроны переходят со стекла на шёлк. Стекло теряет электроны и становится положительно заряженным, а шёлк получает лишние электроны и заряжается отрицательно.

Важно понимать, что при электризации заряды не возникают из ничего. Они только перераспределяются между телами. Сколько отрицательного заряда получает одно тело, столько же положительного заряда появляется у другого тела из-за недостатка электронов. Это связано с законом сохранения электрического заряда.

Два рода электрических зарядов

В природе существуют два рода электрических зарядов: положительные и отрицательные.

Положительный заряд имеют протоны. Отрицательный заряд имеют электроны. Названия «положительный» и «отрицательный» условны, но они используются в физике для различения двух типов зарядов.

Тело заряжено положительно, если в нём электронов меньше, чем протонов. Это означает, что тело потеряло часть электронов.

Тело заряжено отрицательно, если в нём электронов больше, чем протонов. Это означает, что тело получило лишние электроны.

Если количество положительных и отрицательных зарядов одинаково, тело является электрически нейтральным.

Взаимодействие зарядов

Между электрическими зарядами действует электрическая сила. Она может быть силой притяжения или силой отталкивания.

Главное правило взаимодействия зарядов такое: одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые заряды притягиваются.

Это значит, что два положительно заряженных тела будут отталкиваться друг от друга. Два отрицательно заряженных тела тоже будут отталкиваться. А положительно заряженное тело и отрицательно заряженное тело будут притягиваться.

Например, две эбонитовые палочки, потёртые о шерсть, заряжаются одинаково — отрицательно. Поэтому они отталкиваются. Две стеклянные палочки, потёртые о шёлк, заряжаются положительно и тоже отталкиваются. А эбонитовая палочка, заряженная отрицательно, и стеклянная палочка, заряженная положительно, притягиваются.

Электрическое взаимодействие может происходить даже без непосредственного соприкосновения тел. Заряженное тело действует на другое тело на расстоянии через электрическое поле. Чем больше заряды тел, тем сильнее их взаимодействие. Чем больше расстояние между зарядами, тем слабее электрическая сила.

Почему заряженное тело притягивает нейтральные предметы

Иногда возникает вопрос: почему наэлектризованная линейка притягивает незаряженные бумажки, если бумажки в целом нейтральны? Это объясняется перераспределением зарядов внутри нейтрального тела.

Когда заряженная линейка подносится к кусочку бумаги, заряды в бумаге немного смещаются. Если линейка заряжена отрицательно, то электроны в бумаге отталкиваются от неё, а ближайшая к линейке часть бумаги становится относительно положительной. В результате ближайшая часть бумажки притягивается к линейке сильнее, чем дальняя часть отталкивается. Поэтому бумажка движется к линейке.

Такое перераспределение зарядов в теле под действием внешнего заряда называется электризацией через влияние, или электростатической индукцией.

Способы электризации

Обычно выделяют три основных способа электризации.

Первый способ — электризация трением. При трении электроны переходят с одного тела на другое. Так электризуются линейка, шарик, стеклянная или эбонитовая палочка.

Второй способ — электризация соприкосновением. Если заряженное тело коснётся нейтрального проводника, часть заряда может перейти на него. После этого нейтральное тело тоже станет заряженным.

Третий способ — электризация через влияние. В этом случае заряженное тело не обязательно касается другого тела. Оно вызывает перераспределение зарядов внутри другого тела. Если затем часть зарядов отвести, например соединить тело с землёй, то тело может остаться заряженным.

Итог

Явление электризации состоит в том, что тело приобретает электрический заряд из-за перехода или перераспределения электронов. На атомном уровне это объясняется тем, что атомы содержат положительно заряженные протоны и отрицательно заряженные электроны. При электризации обычно перемещаются именно электроны, а ядра атомов остаются на месте.

Существуют два рода электрических зарядов: положительные и отрицательные. Тело становится положительно заряженным, если теряет электроны, и отрицательно заряженным, если получает избыток электронов. Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются. Именно эти взаимодействия лежат в основе всех опытов с наэлектризованными телами.