Електричні явища. Електризація тіл. Електричний заряд. Два роди електричних зарядів

Ознайомимось із електричними явищами та засвоїмо початкові знання про електризацію та два різновиди зарядів?

Розглянемо найпростіші досліди!

Потремо об шовкову матерію скляну паличку і піднесемо її до султани.

 Ми побачимо, що смужки султани спочатку притягнуться до скляної палички, а потім, після дотику зі склом, будуть від неї відштовхуватись. 

          Чому? Очевидно, що до доторку зі скляною  паличкою смужки султани під дією сили тяжіння були в стані рівноваги в вертикальному положенні. Тепер їх положення інше. Звідси слідує, що окрім уже згаданих сил, на смужки діють ще якісь сили. Ці сили відмінні від сили тяжіння, від сили, що виникає під час деформації тіла, від сили тертя і інших сил, що ми вивчали під час вивчення механіки.

З курсу фізики 7-го класу ви, напевне, пам’ятаєте про «таємничу» електромагнітну взаємодію. Таємничу — оскільки тоді було лише зазначено, що ця взаємодія визначає більшість процесів і явищ навколо нас. Тепер прийшов час познайомитися з електромагнітними явищами докладніше.

В щойно проведених простих дослідах ми зустрілись з проявом нових сил, які отримали назву електричних.

Тіла, які діють на оточуючі предмети електричними силами, називають наелектризованими, або ж зарядженими, і кажуть, що ці тіла містять електричні заряди. Електричний заряд — це фізична величина, яка характеризує властивість частинок або тіл вступати в електромагнітну взаємодію. 

Чи знаєте ви, що таке заряд? Відомо, що гірські інженери та військові називають зарядом вибухівку; інколи слово «заряд» використовують для визначення «запасу почуттів» (заряд бадьорості). А що ж таке заряд у фізиці?

В попередніх дослідах ми заряджали скло тертям об шовк. Та замість скла ми могли б взяти сургуч, ебоніт, плексиглас, бурштин і замінити шовкову тканину шкірою, резиною або іншими предметами. Досвід фізиків показує, що за допомогою тертя можна зарядити будь-яке тіло.

На явищі електричного відштовхування заряджених тіл ґрунтується будова електроскопа – приладу для виявлення електричних зарядів

Він складається з металічного стержня (3), до якого підвішений досить тонка алюмінієва або паперова смужка (іноді дві, 4). Стержень закріплений за допомогою ебонітової або бурштинової пробки (5) всередині скляної посудини (2), що захищає смужку від руху повітря. Зверху до стержня кріпиться металева чаша-кондуктор.

Доторкнемось чаші електроскопу зарядженим тілом, натертою скляною паличкою. Його смужка відштовхнеться від стержня (або від іншої смужки) і відхилиться на під деяким кутом. Якщо тепер забрати заряджену паличку, то смужка так і залишиться відхиленою від початкового положення, а це означає, що при дотику з зарядженим тілом на чашу, стержень і смужку електроскопу переходить деякий заряд.

Зарядимо електроскоп за допомогою скляної палички, запам’ятаємо відхилення його смужки, доторкнемось електроскопу ще раз іншою стороною зарядженої палички і заберемо паличку. Кут відхилення смужки збільшиться. Після третього дотику він стане ще більшим, і т.д. Так ми бачимо, що електричні сили, які зумовлюють відхилення листочка, можуть бути і більшими і меншими, а, відповідно, і заряд на електроскопі може бути більшим або меншим. Таким чином, можна говорити про величину заряду, який знаходиться на тому чи іншому тілі, в нашому випадку – на електроскопі.

Одиницею електричного заряду в СІ є кулон (Кл); вона названа так на честь французького вченого Ш. Кулона. Ця одиниця є похідною від основних одиниць СІ. Позначають електричний заряд символом q.

Про наелектризоване тіло говорять, що тілу надано електричний заряд. Електризація — це процес набуття макроскопічними тілами електричного заряду.

Зарядимо два однакових за розміром і будовою електроскопа з допомогою скляної палички і з’єнаємо їхні кондуктори металевим стержнем, тримаючи останній за ізолюючу ручку. Якщо електроскопи однакові, то після з’єднання їх відхилення стають рівними, вказуючи на те, що повний заряд розподіляється порівну між обома електроскопами. Зрядимо тепер один із електроскопів за допомогою скла, а інший за допомогою ебоніту, і при тому до однакового відхилення стрічок. Знову з’єднаємо їх металевим стрижнем. Ми бачимо, що обидва електроскопи виявляться зовсім незарядженими, а отже, заряди скла і заряди ебоніту, взяті в рівних кількостях, нейтралізують або ж компенсують одне одного. Величинам, які при додаванні зменшують одна одну, прийнято надавати різні знаки. Тому і електричним зарядам умовно надали не тільки величину, а й знак, розділивши заряди на позитивні (зі знаком «+») і негативні (зі знаком «-»).

Позитивно зарядженими називають тіла, які діють на інші заряджені предмети так же, як скло наелектризоване за допомогою шовку. Негативно зарядженими називають тіла, які діють так же, як ебоніт, наелектризований тертям об шерсть. Із дослідів, проведених нами, слідує, що однойменні заряди відштовхуються, різнойменні – притягаються.

Будову атома — елементарного складника будь-якої речовини — ви вже вивчали в курсах природознавства, фізики, хімії. Отже, згадаємо, що атом будь-якої речовини складається з ядра, навколо якого рухаються електрони. 

Електрони в атомі завжди перебувають поблизу ядра. Це означає, що ядро та електрони притягуються одне до одного. Можна було б припустити, що таке притягання обумовлене гравітаційною взаємодією. Але це не так: електрони та ядро занадто легкі, а гравітаційна взаємодія відчутна тільки в тому випадку, коли хоча б одне з тіл, що взаємодіють, має велику масу, наприклад, таку, яку має зоря чи планета. Насправді атом не розпадається завдяки електромагнітній взаємодії.

Носієм електричного заряду є частинка — електричний заряд не існує окремо від неї. Тобто під час електризації тіло приймає або віддає деяку кількість частинок, що мають електричний заряд. Одною з частинок, які мають негативний заряд, є електрон, а з частинок, що мають позитивний заряд,— протон (ця частинка входить до складу атомного ядра). Зазвичай під час електризації тіло приймає або віддає деяку кількість електронів.

Електричний заряд є дискретним, тобто електричні заряди фізичних тіл кратні певному найменшому (елементарному) заряду. Носієм найменшого негативного заряду є електрон. Цей заряд зазвичай позначають символом е, а значення записують так: e = − 1,6 10^-19 Кл. Носієм найменшого позитивного заряду є протон, його заряд за модулем дорівнює заряду електрона. Таким чином, модуль заряду q будь-якого тіла дорівнює: │q│= N │e│, де N — ціле число. Отже, мікрочастинок або макроскопічних тіл із зарядом, наприклад, 37,5e або −17,7e не існує, оскільки значення цих зарядів не є кратними заряду електрона (протона).

І мікрочастинки, і макроскопічні тіла можуть мати заряд (позитивний або негативний), а можуть бути нейтральними. Наприклад, нейтральними частинками, заряд яких дорівнює нулю, є нейтрони (вони разом із протонами складають ядро атома). До складу атомів входять протони та електрони, які мають заряд, проте самі атоми є нейтральними. Це пов’язане з тим, що в атомі кількість електронів збігається з кількістю протонів. Якщо атом віддає один чи кілька електронів, то він перетворюється на позитивний йон, а якщо приймає — на негативний йон.

 

Домашнє завдання:

Розв’яжіть задачу №1.1.

Задача №1.1

Нейтральний атом має заряд ядра 4,8·10¹⁸ Кл. Якому елементу відповідає цей атом? У яку частинку він перетвориться, якщо втратить один електрон? Отримає один електрон?

Список використаних джерел

1.                           Божинова Ф.Я., Кірюхін М.М., Кірюхіна О.О. Фізика. 9 клас. – Х.: Вид-во «Ранок», 2013.

2.                           Гончаренко С.У., Коршак Є.В., Коршак Н.М. Методика розв’язування задач з фізики. – К.: Вища шк., 1976.

3.                           Гельфгат И.М., Генденштейн Л. Э., Кирик Л.А. 1001 задача по физике с решениями. – Харьков – Москва, «Развивающее обучение», 1996.

4.                           Гофман Ю.В. Законы, формулы, задачи физики. Справочник. – К.: Наук. Думка, 1994.

5.                           Элементарный учебник физики. Под редакцией акад. Г.С. Ландсберга Том II «Электричество и магнетизм». – М.: Изд-во «Наука» - главная редакция физико-математической литеретуры, 1996.

6.                           Коршак Є.В., Ляшенко О. Планування уроків фізики у 8 класі. – Фізика та астрономія в школі. – 1999. - №4. – С.14-18.

7.                           Крот Ю. Є. Фізика у визначеннях, таблицях і схемах. – Х.: Вид-во «Ранок», 2013.

8.                           Лукашик В.І. Збірник запитань і задач з фізики. – К.: Рад. шк., 1991. – 208с.

9.                           Петрусенко Н.И. Сборник диктантов по физике. – Минск: Нар. Асвета, 1982. – 64с.

10.                      Савченко В.Ф. та ін. Уроки фізики у 7-8 класах: Метод. Посіб. Для вчителів/ В.Ф. Савченко, С.В. Коршак, О.І. Ляшенко. Фізичні бувальщини. На допомогу вчителю фізики/ В.Ф. Савченко. – К.; Ірпінь: ВТФ «Перун», 2002. – 320с.

11.                      Савченко М.О. Фізика: Розв’язування задач. – Тернопіль: Навч. книга – Богдан, 2004.

12.                      Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Фізика. Довідник з прикладами розв’язування задач. – Х.: Вид-во «Ранок», 2013.

13.       https://habrastorage.org/webt/aa/tn/pg/aatnpgoghhyutmxmfjhyeq0vdts.gif

14.         https://i.imgur.com/WXQeYx6.gif

15.         https://learningapps.org