Электризация тел. Электрические заряды

С этого урока начинается раздел «Электромагнитные явления». Мы будем двигаться от наблюдения к модели: сначала выясним, что меняется после контакта и трения двух тел, а уже на следующих занятиях уточним внутреннее строение вещества и механизм переноса заряда.

Сначала наблюдение

Иногда при снятии шерстяной одежды слышен треск, в темноте видна короткая искра, а волосы и ткань притягиваются. Похожий эффект возникает, если пластмассовую линейку потереть сухой тканью и поднести к лёгким кусочкам бумаги.

До опыта линейка почти не действует на бумагу. После взаимодействия с тканью она притягивает бумажные кусочки без непосредственного контакта.

Тело, у которого после взаимодействия с другим телом обнаруживаются электрические свойства, называют электризованным, а процесс — электризацией.

В опыте важно различать три уровня:

1. Наблюдение: бумага отклоняется и касается линейки.
2. Вывод: линейка электризована.
3. Граница вывода: по одному притяжению нельзя установить знак заряда линейки.

Что называют электрическим зарядом

Электрический заряд — физическая величина, которая характеризует способность тел и частиц участвовать в электрическом взаимодействии. Заряд обозначают буквой $q$ и измеряют в кулонах: $[q]=1 ext{Кл}$.

В обычном состоянии суммарный заряд тела равен нулю: $q=0$. Такое тело называют электрически нейтральным. Нейтральность не означает, что внутри вещества вообще нет электрических зарядов; подробную модель мы построим после изучения строения атома.

Если суммарный заряд не равен нулю, тело электризовано. Условно различают:

• положительный заряд: $q>0$;
• отрицательный заряд: $q<0$.

Знаки «плюс» и «минус» — не оценки «хорошо» и «плохо», а названия двух противоположных родов заряда.

Почему нужны два рода заряда

Одно притяжение линейки к бумаге ещё не показывает существование двух родов заряда. Для более сильного доказательства нужно сравнить одинаково подготовленные тела и увидеть не только притяжение, но и отталкивание.

Две полоски прозрачной ленты прикрепляют рядом к непроводящей поверхности, оставляя язычки для захвата. Затем их одновременно отделяют и подвешивают рядом, не касаясь рабочих частей пальцами. Полоски отклоняются друг от друга.

Это особенно важно: нейтральный лёгкий предмет может притянуться к электризованному телу, но устойчивое отталкивание двух подготовленных тел показывает, что оба тела электризованы одинаковым образом.

Сравнение разных пар материалов приводит к выводу: существует два рода электрического заряда. По соглашению заряд стекла, натёртого шёлком, называют положительным, а заряд эбонита или подходящей пластмассы, натёртой шерстью, — отрицательным. Результат конкретного бытового опыта зависит от пары материалов, чистоты поверхности и влажности воздуха, поэтому знак не угадывают по названию предмета.

Электризация — взаимодействие двух тел

В опыте участвуют как минимум два тела. Нельзя говорить, что трение само по себе «производит электричество». Контакт и разделение поверхностей изменяют электрическое состояние обоих тел. Трение лишь многократно увеличивает число участков контакта.

На этом уроке достаточно надёжно утверждать:

• электризация возникает при взаимодействии тел;
• после взаимодействия электрические свойства могут проявляться у обоих тел;
• существует два рода зарядов;
• знак конкретного заряда определяют сравнением с заранее известным эталоном, а не по силе притяжения бумаги.

Микроскопическое объяснение через строение атома, электроны и ионы будет следующим шагом курса. Не будем использовать ещё не построенную модель как готовый ответ.

Мини-исследование с лентами

Работайте парами. Нужны две одинаковые полоски прозрачной ленты, непроводящая поверхность и два чистых сухих язычка для захвата.

До действий перенесите в тетрадь пустой протокол. Заполняйте каждую строку по ходу соответствующего шага, а не по памяти после опыта.

1. Запишите прогноз: что произойдёт после одновременного отделения полосок?
2. Прикрепите полоски рядом, не накладывая одну на другую.
3. Одновременно отделите их, держась только за язычки.
4. Медленно сближайте свободные концы и наблюдайте направление отклонения.
5. Повторите опыт. Если результат изменился, укажите условия: касание пальцами, влажность, загрязнение, разное время ожидания.

Безопасность: не приближайте заряженные предметы к розеткам, компьютерам и другой электронике; не проводите опыт у лица; при повреждении ленты замените её. Домашнее задание не требует повторения опыта.

Частые ошибки

Проверь себя

1. Какое наблюдение позволяет назвать тело электризованным?
2. Что означает запись $q=0$?
3. Почему притяжение бумажных кусочков не определяет знак заряда линейки?
4. Какое наблюдение в опыте с двумя лентами сильнее простого притяжения?
5. Почему правильнее говорить «электризация при взаимодействии тел», а не «трение создаёт заряд»?
6. Какие условия могут сделать опыт с лентами менее повторяемым?

Сначала запиши ответы самостоятельно, затем сравни с разбором.

---

Ответы

1. После взаимодействия с другим телом предмет начинает заметно притягивать лёгкие тела или взаимодействовать с другим электризованным телом.
2. Суммарный электрический заряд тела равен нулю; тело электрически нейтрально.
3. Нейтральный лёгкий предмет тоже может притягиваться к электризованному телу, поэтому знак без сравнения с эталоном неизвестен.
4. Устойчивое отталкивание одинаково подготовленных полосок: оно показывает, что электризованы обе полоски.
5. В процессе участвуют две поверхности, а трение лишь увеличивает контакт; электрическое состояние изменяется у взаимодействующих тел.
6. Высокая влажность, касание рабочей части пальцами, загрязнение поверхности, неодинаковая подготовка и слишком долгое ожидание.

Короткий итог

• Электризация — появление у тел электрических свойств после взаимодействия.
• Электрический заряд обозначают $q$; единица СИ — кулон.
• У нейтрального тела $q=0$.
• Существует два рода заряда: положительный и отрицательный.
• Одно притяжение подтверждает электризацию, но не определяет знак заряда.
• Следующий урок проверит правила взаимодействия зарядов и работу электроскопа.