Электризация тел. Два рода зарядов. Закон сохранения электрического заряда

 1. Электризация, виды зарядов

На про­шлом уроке мы уже упо­ми­на­ли о ран­них экс­пе­ри­мен­тах в элек­тро­ста­ти­ке. Все они были ос­но­ва­ны на на­ти­ра­нии од­но­го ве­ще­ства о дру­гое и даль­ней­шем вза­и­мо­дей­ствии этих тел с ма­лы­ми объ­ек­та­ми (пы­лин­ка­ми, клоч­ка­ми бу­ма­ги…). Все эти опыты ос­но­ва­ны на про­цес­се элек­три­за­ции.

Опре­де­ле­ние. Элек­три­за­ция – про­цесс пе­ре­рас­пре­де­ле­ния элек­три­че­ских за­ря­дов. До мо­мен­та от­кры­тия тео­рии о двух прин­ци­пи­аль­но раз­ных за­ря­дах и эле­мен­тар­но­го за­ря­да элек­тро­на счи­та­лось, что заряд – некая неви­ди­мая сверх­лёг­кая жид­кость, и если она есть на теле, зна­чит, тело об­ла­да­ет за­ря­дом, и на­о­бо­рот.

Пер­вые се­рьёз­ные опыты по элек­три­за­ции раз­лич­ных тел, как уже было ска­за­но на преды­ду­щем уроке, про­во­дил ан­глий­ский учё­ный и врач Уи­льям Гиль­берт (рис. 1), од­на­ко ему не уда­ва­лось на­элек­три­зо­вать ме­тал­ли­че­ские тела, и он по­счи­тал, что элек­три­за­ция ме­тал­лов невоз­мож­на. Од­на­ко это ока­за­лось неправ­дой, что впо­след­ствии до­ка­зал рус­ский учё­ный Пет­ров. Од­на­ко сле­ду­ю­щий более важ­ный шаг в ис­сле­до­ва­нии элек­тро­ди­на­ми­ки (а имен­но, от­кры­тие раз­но­род­ных за­ря­дов) сде­лал фран­цуз­ский учё­ный Шарль Дюфе (рис. 1). В ре­зуль­та­те своих опы­тов, он уста­но­вил на­ли­чие, как он их на­звал, стек­лян­ных (тре­ние стек­ла о шёлк) и смо­ля­ных (ян­та­ря о мех) за­ря­дов.

Ещё через неко­то­рое время было со­зда­на более общая и более стро­гая тео­рия по­ло­жи­тель­ных и от­ри­ца­тель­ных за­ря­дов. Её ос­но­ва­те­лем был аме­ри­кан­ский учё­ный Бен­джа­мин Фран­клин (рис. 1). 

Пер­во­про­ход­цы элек­три­че­ства: Уи­льям Гиль­берт, Шарль Дюфе и Бен­джа­мин Фран­клин Пер­во­про­ход­цы элек­три­че­ства: Уи­льям Гиль­берт, Шарль Дюфе и Бен­джа­мин Фран­клин

Пер­во­про­ход­цы элек­три­че­ства: Уи­льям Гиль­берт, Шарль Дюфе и Бен­джа­мин Фран­клин

Рис. 1. Пер­во­про­ход­цы элек­три­че­ства: Уи­льям Гиль­берт, Шарль Дюфе и Бен­джа­мин Фран­клин 

На­ря­ду с от­кры­ти­ем Том­со­ном элек­тро­на эти от­кры­тие, на­ко­нец, дало учё­ным по­нять, что при элек­три­за­ции ни­ка­кая элек­три­че­ская жид­кость не со­об­ща­ет­ся телу и ни­ка­кой заряд не на­но­сит­ся извне. Про­ис­хо­дит пе­ре­рас­пре­де­ле­ние элек­тро­нов как мель­чай­ших но­си­те­лей от­ри­ца­тель­но­го за­ря­да, и в об­ласть, куда они при­хо­дят, их ко­ли­че­ство ста­но­вит­ся боль­шим, чем ко­ли­че­ство по­ло­жи­тель­ных про­то­нов, таким об­ра­зом, по­яв­ля­ет­ся неском­пен­си­ро­ван­ный от­ри­ца­тель­ный заряд. И на­о­бо­рот, в об­ла­сти, от­ку­да они ухо­дят, по­яв­ля­ет­ся нехват­ка от­ри­ца­тель­ных за­ря­дов, необ­хо­ди­мых для ком­пен­са­ции по­ло­жи­тель­ных, то есть об­ласть за­ря­жа­ет­ся по­ло­жи­тель­но.

 2. Виды электризации, демонстрации опытов

Было уста­нов­ле­но не толь­ко на­ли­чие двух раз­ных за­ря­дов, но и два раз­лич­ных прин­ци­па их вза­и­мо­дей­ствия: вза­им­ное от­тал­ки­ва­ние двух тел, за­ря­жен­ных од­но­имён­ны­ми за­ря­да­ми (од­но­го знака) и, со­от­вет­ствен­но, при­тя­же­ние раз­но­имён­но за­ря­жен­ных тел.

По до­го­во­рён­но­сти при­ня­то на­зы­вать по­ло­жи­тель­ным заряд, ко­то­рый об­ра­зу­ет­ся на стек­лян­ной па­лоч­ке, если на­ти­рать её бу­ма­гой или шёл­ком, а от­ри­ца­тель­ным – на эбо­ни­то­вой или ян­тар­ной па­лоч­ке, если на­ти­рать её мехом (см. рис. 2).

Положительный и отрицательный заряды

Рис. 2.

Элек­три­за­ция может про­из­во­дить­ся несколь­ки­ми спо­со­ба­ми:

Виды электризации

 

 3. Электрометр

Итак, если мы со­об­щи­ли любым из вы­ше­ука­зан­ных спо­со­бов элек­три­че­ский заряд телу, нам, ко­неч­но же, необ­хо­ди­мо ка­ким-ли­бо спо­со­бом оце­нить ве­ли­чи­ну этого за­ря­да. Для этого ис­поль­зу­ет­ся при­бор элек­тро­метр. Он со­сто­ит из ме­тал­ли­че­ской по­лу­сфе­ры, про­зрач­но­го по­лу­круг­ло­го кор­пу­са, ме­тал­ли­че­ско­го стерж­ня и ме­тал­ли­че­ской же стрел­ки на этом стержне (рис. 3).

Элек­тро­метр

Рис. 3. Элек­тро­метр

Со­об­щая заряд элек­тро­мет­ру, мы в любом слу­чае (и для по­ло­жи­тель­но­го, и для от­ри­ца­тель­но­го за­ря­да) за­ря­жа­ем и стер­жень, и стрел­ку од­но­имён­ны­ми за­ря­да­ми, в ре­зуль­та­те чего стрел­ка от­кло­ня­ет­ся. По углу от­кло­не­ния и оце­ни­ва­ет­ся заряд.

 4. Закон сохранения зарядов

Так как уже было ука­за­но, что ни­ка­ко­го со­зда­ния за­ря­да не про­ис­хо­дит, а про­ис­хо­дит лишь пе­ре­рас­пре­де­ле­ние, то имеет смысл сфор­му­ли­ро­вать закон со­хра­не­ния за­ря­да:

В за­мкну­той си­сте­ме ал­геб­ра­и­че­ская сумма за­ря­дов со­хра­ня­ет­ся. За­мкну­той си­сте­мой на­зы­ва­ет­ся си­сте­ма тел, в ко­то­рую не при­вно­сит­ся за­ря­дов извне и из ко­то­рой за­ря­ды не ухо­дят.

Последнее изменение: Воскресенье, 24 Июнь 2018, 20:57