Электризация тел. Взаимодействие заряженных тел.
Более двух тысяч лет назад древние греки обнаружили, что янтарные украшения при ходьбе натирают хитон, который начинает прилипать к телу (притягиваться). Янтарь по гречески – электрон, поэтому такие явления стали называть электрическими. Янтарь, потертый о шерсть, начинает притягивать легкие предметы: пушинки, перышки, мелкие кусочки бумаги
(можно показать потертую о шерсть эбонитовую палочку, которая начинает притягивать эти мелкие предметы).
Чтобы повторить опыт древних греков совсем не обязательно натирать янтарь. Достаточно потереть расческу о волосы, пластмассовую линейку, пластмассовый треугольник или транспортир. И они будут притягивать мелко нарванные бумажки.
Может возникнуть вопрос: почему заряженная расческа притягивает незаряженные кусочки бумаги? Для ответа придется пояснить, что в нейтральных бумажках есть связанные заряды, которые могут поворачиваться в электрическом поле, окружающем отрицательно заряженную расческу, поворачиваться положительным зарядом. Поэтому нейтральная бумажка притягивается к отрицательному заряду расчески.
Если же поднести положительно заряженную стеклянную палочку к нейтральной бумажке, то она все равно притянется, потому что в положительном электрическом поле, окружающем стеклянную палочку, связанные заряды поворачиваются отрицательным полюсом и бумажка притягивается.
Электрическое поле – это материальная среда, через которую передается влияние заряженных тел.
В 17-м веке Отто фон Герике обнаружил, что электрическое взаимодействие может быть не только притяжением, но и отталкиванием.
Проведем следующие опыты для того, чтобы понять, как взаимодействуют заряды. Есть два способа взаимодействия: близкодействие (когда заряды соприкасаются) и дальнодействие (когда заряды не соприкасаются и действие зарядов осуществляется через электрическое поле).
Опыт 1. Подвесим на шелковой нити легкую станиолевую гильзу и будем поочередно приближать к ней заряженную эбонитовую палочку, потом - заряженную стеклянную палочку, не касаясь гильзы (станиолевые гильзы можно сделать из станиолевых листов, в которые оборачивают плитки щоколада). В обоих случаях демонстрируем притяжение (не допуская касания). В данном случае заряды взаимодействуют за счет дальнодействия (электрического поля и отрицательного, и положительного). В нейтральной гильзе число положительных и отрицательных частиц одинаково. Электрическое поле –отрицательно заряженной палочки, заставляет отрицательные заряды оттолкнуться и занять самое дальнее положение на гильзе, а ближайшие положительные заряды на гильзе притягиваются в направлении к эбонитовой палочке. Электрическое поле положительно заряженной стеклянной палочки заставляет отрицательные заряды гильзы занять ближайшее положение, а положительные - удаленное. Отрицательные заряды притягивают гильзу к положительно заряженной стеклянной палочке. При удалении палочек гильзы возвращаются в обычное положение: все положительные и отрицательные заряды распределяются по всему объему равномерно: гильза остается нейтральной.
Опыт 2. Теперь к подвешенной на шелковой нити нейтральной станиолевой гильзе поочередно подносим эбонитовую, а потом стеклянную, заряженные палочки. Гильза притягивается, и мы допускаем касание гильзы к той и другой палочке. После касания гильзы в обоих случаях начинают отталкиваться. Да, одноименные заряды (отрицательный и отрицательный, положительный и положительный) – отталкиваются. Здесь проявляется близкодействие: при касании передаются отрицательные (или положительные) заряды, которые заставляют гильзу оттолкнуться, т.к. гильза теперь заряжена одноименно с зарядом палочки. При удалении палочки гильза возвращается в положение равновесия, но на ней теперь остается отрицательный (или положительный) заряд, который распределяется по всему объему.
Опыт 3. Можно показать «модель электролета», которая может в электрическом поле (даже в вакууме) двигаться, отталкиваясь от одноименно заряженного тела. Зарядить эбонитовую палочку и поднести к концу палочки, слегка направленной вверх, легкую (распушенную) маленькую (сухую) ватку. Ватка сначала притянется, а потом, получив какое-то количество отрицательного заряда (проявляется близкодействие), оттолкнется и взлетит вверх. Нужно быстро поднести снизу палочку и, не касаясь ватки (проявляется дальнодействие), манипулируя влево и вправо, стараться держать палочку постоянно снизу. Электрическое поле будет электрической силой отталкивать вверх, противодействуя силе тяжести ватки, стремящейся двигать ватку вниз. Добиваясь равновесия, постоянно манипулируя снизу, можно добиться демонстрации «полета» ватки влево и вправо, вверх и вниз, создавая иллюзию управления полетом ватки.
Опыт 4. К кондуктору электрофорной машины присоединим электрический султан к отрицательному полюсу и покажем, как легкие лепесточки отталкиваются («встают дыбом»), демонстрируя картину («спектр») электрического поля отрицательного уединенного заряда. Давайте убедимся, что заряды на султане отрицательные. Если мы поднесем заряженную эбонитовую палочку, не касаясь(дальнодействие), то заряженные лепесточки будут отталкиваться. А теперь поднесем заряженную положительно стеклянную палочку, не касаясь. Видите, лепесточки притягиваются. Повторим опыт, присоединив султан к положительному заряду. Поле такое же: «вставшие дыбом» лепестки показывают радиально расходящиеся прямые. Теперь давайте проверим, действительно положительный заряд на лепесточках султана. Поднесем заряженную положительно стеклянную палочку к лепесткам султана, не касаясь их (дальнодействие), видите – они отталкиваются. Если поднесем заряженную отрицательно эбонитовую палочку, то они стараются притянуться.
Подчеркиваем,что принято: силовые линии электрического поля выходят из положительного заряда, а в отрицательный – входят.
Опыт 5. Берем два султана и присоединяем их к разным полюсам (кондукторам) электрофорной машины. Демонстрируем притяжение лепесточков и одновременно картину(спектр) электрического поля разноименных зарядов (выходят из положительного заряда и входят в отрицательный).
Опыт 6. Теперь два султана присоединяем к положительному кондуктору.
Крутим машину, султаны расходятся, отталкиваются, показывают картину (спектр) электрического поля одноименных (положительных) зарядов (силовые линии выходят из обоих зарядов). При помощи заряженной положительно стеклянной палочки показываем, что заряды положительные(при приближении к лепесточкам-они отталкиваются)
Повторив опыт с султанами, присоединенными к отрицательному кондуктору, показываем, что картина похожая: одноименные(отрицательные) заряды – отталкиваются (только линии должны входить). При помощи отрицательно заряженной эбонитовой палочки показываем, что заряд действительно отрицательный (при приближении палочки-заряды отталкиваются).
(Можно вставить и говорить в каком-то другом месте. Во время работы с султанами, присоединенными к какому-то кондуктору, может возникнуть вопрос: положительный или отрицательный это знак?
Это можно определить с помощью заряженной эбонитовой или стеклянной палочек, которые подносим к заряженным лепесткам султана (не касаясь их).
Узнать можно только по отталкиванию: если от отрицательной палочки лепестки отталкиваются, значит, заряд отрицательный, если от стеклянной палочки отталкиваются, значит – положительный. По притяжению определить нельзя: притягиваются и разноименные и нейтральные.)
Опыт 7. И последний красивый опыт: электрические колебания. Покрутив немного машину, зарядим кондукторы, разведя их на значительное расстояние (их можно просто поднять вверх). Осторожно поднесем подвешенный на шелковой нити (на штативе) нейтральный кусочек ваты (предварительно распушив его). Высоту выбираем равную высоте зарядов на кондукторах. Подвигая штатив, стараемся поместить ватку где-то посередине… Вот, видите: ватка притягивается к какому-нибудь кондуктору. Получив от него заряд, она отталкивается и притягивается к другому кондуктору, на котором противоположный заряд. Опять отталкивается и притягивается к противоположному…И т. д. Так происходят электрические колебания. Интересно наблюдать!
Таким образом, мы рассмотрели электризацию тел, связанную с совершением работы по перемещению зарядов с одних тел на другие, в результате чего одни тела заряжаются положительно, другие – отрицательно.
Только два рода зарядов существует в природе: положительные и отрицательные. Если число положительных зарядов в теле равно числу отрицательных зарядов, то тело будет нейтральным.