Электризация тел при соприкосновении. Взаимодействие заряженных тел.
Ещё в глубокой древности люди заметили, что янтарь (окаменевшая смола хвойных деревьев), потёртый о шерсть, приобретает способность притягивать к себе различные тела: соломинки, пушинки, ворсинки меха и т. д.
В дальнейшем установили, что этим свойством обладают и другие вещества: стеклянная палочка, потёртая о шёлк, палочка из органического стекла, натёртая о бумагу, эбонит (каучук с большой примесью серы), потёртый о сукно или мех.
Так, если потереть стеклянную палочку о лист бумаги, а затем поднести её к мелко нарезанным листочкам бумаги, то они начнут притягиваться к стеклянной палочке (рис. 30, а). К ней будут притягиваться и тонкие струйки воды (рис. 30, б).
Наблюдаемые явления в начале XVII в. были названы электрическими (от греч. электрон — янтарь). Стали говорить, что тело, получившее после натирания способность притягивать другие тела, наэлектризовано или что ему сообщён электрический заряд.
Если потереть о сухое сукно эбонитовую палочку, то не только палочка, но и сукно начнёт притягивать кусочки бумаги (рис. 30, в). Значит, при трении электризуются оба тела.
Электрический заряд может передаваться от одного тела к другому. Для этого необходимо лишь коснуться наэлектризованным телом другого тела. При этом часть электрического заряда перейдёт на второе тело. И это тело начнёт притягивать к себе мелкие листочки бумаги, пушинки и т. д.
Итак, электризация тел происходит при их соприкосновении.
На явлении электризации тел при соприкосновении основан принцип работы ксероксов. На явлении электризации основан принцип работы электрических фильтров, очищающих воздух от пыли и дыма. При окрашивании предметов применяется электризация частицы краски при её распылении, что позволяет добиться более ровного и прочного нанесения краски на предмет.
Все наэлектризованные тела обладают свойством притягивать к себе другие тела (см. рис. 30). По притяжению тел нельзя отличить электрический заряд, например, стеклянной палочки, потёртой о шёлк, от заряда эбонитовой палочки, потёртой о мех. Ведь обе наэлектризованные палочки притягивают к себе листочки бумаги.
Означает ли это, что заряды, полученные на телах из разных веществ, ничем не отличаются друг от друга?
Наэлектризуем две эбонитовые палочки трением о мех. Одну из них подвесим, как показано на рисунке 31, и поднесём к ней другую. Мы заметим, что наэлектризованные эбонитовые палочки отталкиваются.
Точно такой же результат получается, если вместо эбонитовых палочек взять стеклянные, потёртые о шёлк.
Теперь поднесём к наэлектризованной эбонитовой палочке стеклянную, потёртую о шёлк. Мы заметим, что эбонитовая и стеклянная палочки притягиваются друг к другу (рис. 32).
Таким образом, наэлектризованные тела или притягиваются друг к другу, или отталкиваются.
Чем же может быть вызвано такое различие во взаимодействии наэлектризованных тел?
Очевидно, тем, что электрический заряд, появившийся при электризации, у эбонитовой палочки иного рода, чем у стеклянной. И действительно, тщательное изучение этих явлений подтверждает такое предположение.
Электрический заряд, полученный на стеклянной палочке, потёртой о шёлк, условились называть положительным. Заряд эбонитовой палочки, потёртой о мех, — отрицательным. Одни тела электризуются так, как стеклянная палочка, т. е. положительно. Другие, как эбонитовая палочка, — отрицательно. Положительные заряды обозначают знаком «+», отрицательные — знаком «-».
К наэлектризованной эбонитовой палочке будем подносить наэлектризованные тела из различных веществ, например из резины, пластмассы и др. В одних случаях эбонитовая палочка отталкивается от этих тел, в других — притягивается.
Если эбонитовая палочка отталкивается от поднесённого к ней наэлектризованного тела, значит, на палочке заряд такого же рода, что и на теле, т. е. отрицательный. В случае, когда эбонитовая палочка притягивается к поднесённому телу, значит, у палочки и у тела заряды разного рода. На эбонитовой палочке — отрицательный, на теле — положительный.
Поэтому можно считать, что существует только два рода электрических зарядов.
Проделанные нами опыты показывают, что тела, имеющие электрические заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются, а тела, имеющие заряды противоположного знака, взаимно притягиваются.
Электроскоп
Электризация тел может осуществляться не только при трении. Например, если прикоснуться к телу каким-либо предварительно наэлектризованным предметом, то оно электризуется.
Поднесём наэлектризованную эбонитовую палочку к гильзе, изготовленной из металлической фольги и висящей на шёлковой нити (рис. 33). Гильза сначала притянется к палочке, затем оттолкнётся от неё. Очевидно, гильза, коснувшись палочки, получила от неё отрицательный заряд. Это предположение можно проверить, если к уже заряженной гильзе поднести наэлектризованную о шёлк стеклянную палочку. Гильза, которая только что оттолкнулась от эбонитовой палочки, притягивается к стеклянной.
С помощью подобных опытов можно обнаружить, что тело наэлектризовано, т. е. ему сообщён электрический заряд. На рассмотренном физическом явлении основано действие электроскопа (от греч. электрон и скопео — наблюдать, обнаруживать). Электроскоп — это простейший прибор для обнаружения электрических зарядов и приблизительного определения их величины. Простейший школьный электроскоп изображён на рисунке 34. В нём металлический стержень с листочками пропущен через пластмассовую пробку, вставленную в металлический корпус. Корпус с обеих сторон закрыт стёклами. Если к незаряженному электроскопу поднести, например, заряженную эбонитовую палочку, то его лепестки разойдутся (рис. 34, а). Если к положительно заряженному электроскопу поднести тело, имеющее заряд того же знака, как электроскоп, то его листочки разойдутся сильнее. Приближая к электроскопу тело, заряженное противоположным по знаку зарядом, заметим, что угол между листочками электроскопа уменьшится (рис. 34, б).
Таким образом, заряженный электроскоп позволяет обнаружить, каким зарядом наэлектризовано то или иное тело.
По отклонению листочков электроскопа можно определить также, увеличился или уменьшился его заряд. Чем больше угол, на который разойдутся листочки электроскопа при его электризации, тем сильнее он наэлектризован. Значит, тем больший электрический заряд на нём находится.
Существует ещё один вид электроскопа — электрометр (рис. 35, а). В нём вместо лепестков на металлическом стержне укреплена стрелочка — В. Она, заряжаясь от стержня D, отталкивается от него и отклоняется на некоторый угол (рис. 35, б).
Домашнее задание.
I. Учить §§ 25 – 26.
II. Ответить на вопросы:
1. Как взаимодействуют друг с другом две эбонитовые палочки, наэлектризованные трением о мех?
2. Как показать, что стеклянная палочка, наэлектризованная трением о шёлк, имеет заряд другого рода, чем заряд эбонитовой палочки, наэлектризованной трением о шерсть?
3. Какие два рода электрических зарядов существуют в природе?
4. Как взаимодействуют тела, имеющие заряды одного знака; разного знака?
5. Как при помощи листочков бумаги обнаружить, наэлектризовано ли тело?
6. Опишите устройство школьного электроскопа.
7. Как по углу расхождения листочков электроскопа судят о его заряде?
III. Решить упражнение 18.
1. Можно ли на концах стеклянной палочки получить одновременно разноимённые заряды?
2. На шёлковой нити висит заряженная бумажная гильза. Предложите способ определения рода заряда гильзы.
IV. Выполнить задание на стр. 78 (по возможности)
4. Возьмите маленький кусочек ватки. Наэлектризуйте пластмассовую расчёску и поднесите её к ватке. Ватка наэлектризуется и притянется к расчёске. Резко дёрнув расчёску, оторвите ватку и быстро подведите расчёску под ватку. Почему ватка плавает в воздухе?
5. Наэлектризуйте один воздушный шарик о газету, другой — о кусок шерстяной материи. Подвесьте их на некотором расстоянии друг от друга. Почему они притягиваются?