Электроскоп. Проводники и непроводники электричества

Введение

Когда человек впервые столкнулся с электрическими явлениями, он не мог видеть электрические заряды, но замечал их действие: тела притягивались или отталкивались, возникали искры. Возник естественный вопрос — как можно заметить, что тело заряжено, если сам заряд невидим?
Для этого учёные создали первые приборы для обнаружения и измерения электрических зарядов — электроскоп и электрометр. Эти простые, но важные изобретения стали основой для дальнейших исследований электричества.

Кроме того, изучение электричества позволило понять, что разные вещества проводят электрический заряд по-разному. Одни вещества легко пропускают заряд (проводники), другие — почти не проводят (диэлектрики), а третьи занимают промежуточное положение (полупроводники).

Эта тема поможет вам узнать, как учёные открывали и исследовали электрические явления, как работает электроскоп, а также какие вещества проводят электричество и почему.

Эксперименты Отто фон Герике

В XVII веке немецкий учёный Отто фон Герике (1602–1686) стал одним из первых, кто проводил систематические опыты с электричеством. Он создал первую электрическую машину — серный шар, который можно было вращать и натирать рукой. При трении на шаре появлялся электрический заряд, способный притягивать лёгкие предметы.

Герике наблюдал, как заряженные тела отталкиваются друг от друга, и впервые обратил внимание на то, что электричество может «передаваться» при соприкосновении тел. Эти опыты положили начало изучению электризации трением и соприкосновением, а также послужили толчком к созданию приборов для обнаружения зарядов.

Электроскоп и опыты Франклина

В XVIII веке американский учёный Бенджамин Франклин (1706–1790) продолжил исследования электричества и создал электроскоп — прибор, позволяющий определить наличие электрического заряда на теле.

Простейший электроскоп представлял собой металлический стержень с двумя тонкими золотыми листочками, заключёнными в стеклянный сосуд. Верхняя часть стержня заканчивалась металлическим шариком.

Когда к шару прикасались заряженным телом, заряд передавался листочкам, и они раздвигались, потому что заряды на них были одноимёнными и отталкивались. Чем сильнее раздвигались листочки, тем больше был заряд.

Электроскоп позволял:

• определять наличие заряда;

• сравнивать величину зарядов;

• наблюдать процессы электризации при соприкосновении тел.

Франклин также проводил знаменитый опыт с воздушным змеем во время грозы, доказав, что молния — это гигантская электрическая искра. Его исследования сыграли огромную роль в развитии электричества и безопасности — именно на их основе был создан первый молниеотвод.

Электрометр и опыты Ломоносова

В России одним из первых исследователей электричества стал Михаил Васильевич Ломоносов (1711–1765). Он вместе с немецким физиком Георгом Рихманом проводил опыты с атмосферным электричеством и разработал электрометр — прибор, позволяющий измерять не только наличие, но и величину электрического заряда.

Электрометр Ломоносова имел металлический стержень, соединённый с лёгким указателем — стрелкой. Под действием электрического заряда стрелка отклонялась на определённый угол, что позволяло сравнивать силу зарядов.

Во время опытов Рихман трагически погиб от удара молнии, но его и Ломоносова исследования показали, что атмосферное электричество подчиняется тем же законам, что и лабораторное.

Демонстрация работы электрометра

Электрометр — усовершенствованный электроскоп. Его устройство включает:

• металлический стержень с шариком;

• подвижную стрелку (указатель);

• шкалу для измерения угла отклонения.

Если поднести к шару электрометра заряженное тело, стрелка начнёт отклоняться. Чем сильнее заряд — тем больше угол отклонения. После удаления заряженного тела стрелка возвращается в исходное положение, если заряд снят.

Электрометр позволяет:

• измерять относительную величину зарядов,

• наблюдать процесс зарядки и разрядки,

• проводить опыты с электризацией соприкосновением и индукцией.

Проводники, полупроводники и диэлектрики

Все вещества делятся по способности проводить электрический заряд на три большие группы:

1. Проводники — вещества, по которым электрические заряды легко перемещаются.
   К ним относятся металлы (медь, алюминий, серебро), а также электролиты — растворы солей, кислот и щёлочей. В металлах переносчиками зарядов являются электроны.

2. Диэлектрики (непроводники) — вещества, в которых заряды не могут свободно двигаться.
   Это резина, стекло, пластмасса, дерево, воздух. Они служат для изоляции электрических проводов и защиты человека от поражения током.

3. Полупроводники — вещества, которые могут быть как проводниками, так и непроводниками, в зависимости от условий (температуры, освещённости и др.).
   Примеры: кремний, германий. На их основе создаются электронные приборы, микросхемы и солнечные батареи.

Три опыта для демонстрации проводимости различных веществ

1. Опыт с металлическим проводом.
   Соберите простую электрическую цепь с лампочкой и батарейкой. Если соединить концы цепи медной проволокой — лампочка загорится. Это доказывает, что металл — хороший проводник электричества.

2. Опыт с резиной или стеклом.
   Подключите вместо проволоки стеклянную или резиновую трубку — лампочка не загорится. Это значит, что данные вещества не проводят электрический ток, они являются диэлектриками.

3. Опыт с раствором соли.
   Погрузите в солёную воду два металлических электрода, подключенные к цепи с лампочкой. Лампочка загорится, потому что раствор соли проводит ток — это электролит.

Эти простые опыты наглядно показывают различие между проводниками, диэлектриками и полупроводниками.

Заключение

Изучение электроскопа и электрометра стало первым шагом в понимании природы электричества. Эти приборы позволили учёным наблюдать невидимые электрические заряды и их взаимодействие.

Понимание различий между проводниками, диэлектриками и полупроводниками стало основой для создания электрических цепей, электроники и современных технологий. Без этих знаний невозможно представить ни бытовую технику, ни компьютеры, ни космические аппараты.

Вопросы для самопроверки

1. Кто первым создал электрическую машину и проводил опыты с электризацией тел?

2. Как устроен электроскоп и как он работает?

3. Почему листочки электроскопа раздвигаются при внесении заряда?

4. В чём отличие электрометра от электроскопа?

5. Какие вещества являются проводниками электричества?

6. Что называют диэлектриками и для чего они используются?

7. Что такое полупроводники и где они применяются?

8. Какие опыты можно провести для проверки проводимости различных веществ?

9. Какое открытие сделал Бенджамин Франклин, исследуя молнию?

10. Почему важно понимать, какие материалы проводят электричество, а какие нет?