Электрическое поле (Ерюткин Е.С.)

Особенности взаимодействия заряженных тел

На преды­ду­щем за­ня­тии уже об­суж­да­лись два раз­лич­ных рода ве­ществ, ко­то­рые от­ли­ча­ют­ся по свой­ствам по­лу­че­ния и пе­ре­да­чи за­ря­да: про­вод­ни­ки и ди­элек­три­ки. На ос­но­ва­нии этих свойств устро­е­ны при­бо­ры по опре­де­ле­нию на­ли­чия и из­ме­ре­нию за­ря­да у тел. Од­на­ко, по ходу изу­че­ния свойств за­ря­жен­ных тел воз­ни­ка­ет се­рьез­ный во­прос: каким об­ра­зом пе­ре­да­ет­ся вза­и­мо­дей­ствие между за­ря­да­ми и воз­ни­ка­ет сила элек­три­че­ско­го при­тя­же­ния или от­тал­ки­ва­ния без непо­сред­ствен­но­го кон­так­та между те­ла­ми? Т. е. за­ря­жен­ные тела могут на­хо­дить­ся на неко­то­ром рас­сто­я­нии, при этом вза­и­мо­дей­ство­вать с опре­де­лен­ной силой без непо­сред­ствен­но­го при­кос­но­ве­ния и без на­ли­чия ка­ко­го-ли­бо про­ме­жу­точ­но­го звена друг между дру­гом.

Ранее в про­цес­се изу­че­ния фи­зи­ки мы уже при­вык­ли к тому, что если тела вза­и­мо­дей­ству­ют, то они либо обя­за­тель­но при­ка­са­ют­ся друг к другу, на­при­мер, че­ло­век пе­ре­но­сит ко­роб­ку (рис. 1), либо кон­так­ти­ру­ют через ка­кое-то про­ме­жу­точ­ное звено, на­при­мер, че­ло­век ки­да­ет во что-то кам­нем (рис. 2). Во вто­ром слу­чае имен­но ка­мень будет вы­сту­пать в роли про­ме­жу­точ­но­го звена, ко­то­рое пе­ре­да­ет вза­и­мо­дей­ствие от бро­са­ю­ще­го его че­ло­ве­ка к пред­ме­ту, в ко­то­рый он по­па­дет.

че­ло­век пе­ре­но­сит ко­роб­ку

Рис. 1.

че­ло­век ки­да­ет во что-то кам­нем

Рис. 2.

В слу­чае со вза­и­мо­дей­стви­ем за­ря­жен­ных тел, как было уже от­ме­че­но, тела не кон­так­ти­ру­ют и между ними не на­блю­да­ет­ся ни­ка­ко­го тела, ко­то­рое бы пе­ре­да­ва­ло дей­ствие от од­но­го тела дру­го­му. Сле­ду­ет от­ме­тить, что в про­шлом году мы уже стал­ки­ва­лись с по­доб­ной силой вза­и­мо­дей­ствия – это сила при­тя­же­ния Земли (сила тя­же­сти), она также дей­ству­ет на все тела, даже ко­то­рые ото­рва­лись от ее по­верх­но­сти, и на­прав­ле­на на при­тя­же­ние их об­рат­но.

Од­на­ко, ранее не воз­ни­ка­ло во­про­са, каким же об­ра­зом в этом слу­чае пе­ре­да­ет­ся вза­и­мо­дей­ствие, по­жа­луй, по­то­му что все на­столь­ко к этому яв­ле­нию при­вык­ли, что оно не вы­зы­ва­ет во­про­сов и ка­жет­ся оче­вид­ным. Объ­яс­не­ние та­ко­го рода вза­и­мо­дей­ствий об­ла­да­ет схо­жи­ми чер­та­ми, и ча­стич­но по­нять его мы по­про­бу­ем на при­ме­ре объ­яс­не­ния элек­три­че­ско­го вза­и­мо­дей­ствия тел.

Электрическое поле

В 19 веке ан­глий­ские уче­ные М. Фа­ра­дей (1791–1867) и Д. К. Макс­велл (1831–1879) (рис. 3 и 4) при­шли к вы­во­ду, что су­ще­ству­ет от­ли­ча­ю­ще­е­ся от ве­ще­ства свой­ство ма­те­рии, ко­то­рое на­зва­ли элек­три­че­ским полем.

М. Фа­ра­дей

Рис. 3. М. Фа­ра­дей

Д. К. Макс­велл

Рис. 4. Д. К. Макс­велл

Опре­де­ле­ние. Элек­три­че­ское поле – форма ма­те­рии, по­сред­ством ко­то­рой осу­ществ­ля­ет­ся элек­три­че­ское вза­и­мо­дей­ствие за­ря­жен­ных тел, оно окру­жа­ет любое за­ря­жен­ное тело и про­яв­ля­ет себя по дей­ствию на за­ря­жен­ное тело.

Ис­хо­дя из этого опре­де­ле­ния, можно по­яс­нить прин­цип вза­и­мо­дей­ствия двух за­ря­жен­ных тел: во­круг од­но­го за­ря­жен­но­го тела об­ра­зу­ет­ся элек­три­че­ское поле и во­круг дру­го­го тела об­ра­зу­ет­ся свое элек­три­че­ское поле, поля кон­так­ти­ру­ют, и имен­но бла­го­да­ря та­ко­му про­ме­жу­точ­но­му звену пе­ре­да­ет­ся элек­три­че­ское вза­и­мо­дей­ствие между за­ря­жен­ны­ми те­ла­ми.

Опыты по демонстрации действия электрического поля

Для того чтобы убе­дить­ся в том, что ги­по­те­за о су­ще­ство­ва­нии элек­три­че­ско­го поля не опро­вер­га­ет­ся экс­пе­ри­мен­та­ми, можно про­ве­сти уже зна­ко­мый нам опыт. Для этого необ­хо­ди­мо взять бу­маж­ный сул­тан, за­креп­лен­ный на ме­тал­ли­че­ском стержне, стек­лян­ную па­лоч­ку и лист бу­ма­ги. После элек­три­за­ции стек­лян­ной па­лоч­ки путем тре­ния о бу­маж­ный лист пе­ре­да­дим от нее при­кос­но­ве­ни­ем заряд ме­тал­ли­че­ско­му стерж­ню и уви­дим уже из­вест­ный нам эф­фект – ле­пест­ки сул­та­на, от­тал­ки­ва­ясь друг от друга, нач­нут под­ни­мать­ся. При этом для де­мон­стра­ции дей­ствия элек­три­че­ско­го поля необ­хо­ди­мо еще раз по­те­реть стек­лян­ную па­лоч­ку и под­не­сти ее к на­элек­три­зо­ван­но­му сул­та­ну – мы уви­дим, как его ле­пест­ки нач­нут от­кло­нять­ся от па­лоч­ки – с одной сто­ро­ны это будет под­твер­жде­ни­ем из­вест­но­го нам пра­ви­ла, что од­но­имен­но за­ря­жен­ные теля от­тал­ки­ва­ют­ся, а с дру­гой – что мы имеем воз­мож­ность на­блю­дать дей­ствие элек­три­че­ско­го поля.

После на­блю­де­ния опи­сан­но­го опыта может воз­ник­нуть со­мне­ние, что было про­де­мон­стри­ро­ва­но не дей­ствие элек­три­че­ско­го поля, а неко­то­рое свой­ство воз­ду­ха, в ко­то­ром мы все­гда на­хо­дим­ся и про­во­дим экс­пе­ри­мен­ты. Чтобы опро­верг­нуть такое тол­ко­ва­ние элек­три­че­ских вза­и­мо­дей­ствий, про­ве­дем опыт с элек­тро­мет­ром. Стан­дарт­ным об­ра­зом за­ря­дим элек­тро­метр с по­мо­щью на­элек­три­зо­ван­ной стек­лян­ной па­лоч­ки, а затем под­не­сем вновь за­ря­жен­ную па­лоч­ку к стек­лу элек­тро­мет­ра и, не ка­са­ясь его, за­ме­тим, что стрел­ка нач­нет ко­ле­бать­ся, т. е. вза­и­мо­дей­ство­вать с па­лоч­кой. Этот опыт до­ка­зы­ва­ет то, что пе­ре­да­ча элек­три­че­ско­го вза­и­мо­дей­ствия не за­ви­сит от воз­ду­ха, по­сколь­ку ре­а­ги­ру­ю­щая на за­ря­жен­ную па­лоч­ку стрел­ка элек­тро­мет­ра на­хо­дит­ся за стек­лом.

По­сколь­ку элек­три­че­ское поле яв­ля­ет­ся одним из видов ма­те­рии, то оно об­ла­да­ет опре­де­лен­ны­ми свой­ства­ми:

– со­зда­ет­ся во­круг по­ко­я­ще­го­ся элек­три­че­ско­го за­ря­да;

– опре­де­ля­ет­ся по дей­ствию на дру­гой элек­три­че­ский заряд.

От­ме­тим, что по­ня­тие элек­три­че­ско­го поля гло­баль­но по от­но­ше­нию ко всем элек­три­че­ским вза­и­мо­дей­стви­ем и все элек­три­че­ские вза­и­мо­дей­ствия со­про­вож­да­ют­ся об­ра­зо­ва­ни­ем элек­три­че­ско­го поля.

В даль­ней­шем мы более по­дроб­но оста­но­вим­ся на том факте, что элек­три­че­ское поля яв­ля­ет­ся со­став­ной ча­стью более слож­но­го вида ма­те­рии элек­тро­маг­нит­но­го поля. Но сей­час мы уже можем от­ме­тить, что вся ма­те­рия мира раз­де­ля­ет­ся на два типа: ве­ще­ство и поле.

На сле­ду­ю­щем уроке мы по­зна­ко­мим­ся со стро­е­ни­ем ато­мов. 

Вопросы к конспектам

Пред­ло­жи­те опыты, с по­мо­щью ко­то­рых можно до­ка­зать на­ли­чие элек­три­че­ско­го поля.

Полый ме­тал­ли­че­ский шарик по­ме­сти­ли в силь­ное элек­три­че­ское поле. Су­ще­ству­ет ли поле в по­ло­сти?

До­ка­жи­те, что за­ря­ды на про­во­дя­щих телах рас­по­ла­га­ют­ся на по­верх­но­сти.

Последнее изменение: Среда, 23 Май 2018, 12:28