Глава 2. Электрические явления. § 28. Электроскоп. Проводники и непроводники электричества — с. 106
§ 28. Вопрос 1. Что происходит при соприкосновении наэлектризованных тел?
При соприкосновении наэлектризованного тела с другим телом происходит передача электрического заряда от одного тела к другому. Например, гильза из фольги, которой коснулись заряженной эбонитовой палочкой, получает от неё часть отрицательного заряда и после этого отталкивается от палочки: теперь гильза и палочка заряжены одноимённо. Если второе тело было электрически нейтральным, оно само становится заряженным тем же знаком, что и первое. Количество заряда, перешедшего на второе тело, зависит от размеров и формы тел и от материала, из которого они сделаны.
§ 28. Вопрос 2. Каков принцип действия электроскопа?
Электроскоп состоит из металлического стержня с шариком наверху, внутри стеклянной банки (колбы); на нижнем конце стержня закреплены два лёгких листочка фольги или бумаги. Если коснуться шарика заряженным телом, часть заряда по стержню переходит на оба листочка. Листочки получают заряд одного знака, а одноимённо заряженные тела отталкиваются, поэтому листочки расходятся. Чем больше заряд, тем сильнее отталкивание и тем больше угол между листочками. Раз листочки разошлись, значит, тело, которого коснулись шариком, было заряжено; если листочки остались сомкнутыми, тело нейтрально.
§ 28. Вопрос 3. Что общего у электроскопа и электрометра и каковы различия между ними?
Общее: оба прибора обнаруживают наличие электрического заряда у тела; в обоих приборах используется свойство одноимённо заряженных тел отталкиваться: заряженный металлический стержень отталкивает подвижную часть (листочки или стрелку), и по её отклонению судят о заряде. Различия: в электроскопе имеются два листочка из фольги, которые расходятся, и прибор лишь показывает, заряжено тело или нет, а о величине заряда позволяет судить приближённо. В электрометре вместо листочков есть лёгкая подвижная стрелка, закреплённая на стержне, и шкала в металлическом корпусе; по углу отклонения стрелки по шкале можно сравнивать заряды тел, то есть прибор даёт более точные сравнительные показания.
§ 28. Вопрос 4. По какому признаку вещества делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники?
Приведите примеры веществ каждого типа.
Вещества делят по способности передавать электрический заряд. Проводники (металлы, растворы солей и кислот — электролиты, графит) хорошо передают заряд от одного тела к другому: заряд свободно перемещается по всему проводнику. Диэлектрики (фарфор, эбонит, стекло, янтарь, резина, дистиллированная вода, воздух) заряд практически не передают: заряд остаётся там, где его создали. Полупроводники (германий, кремний) занимают промежуточное положение: способность передавать заряд у них зависит от внешних условий — температуры, освещённости и др. В обычных условиях они являются диэлектриками, а при нагревании становятся проводниками.
§ 28. Дополнительный вопрос. Два лёгких металлических шарика, заряженных положительно, подвешены на одинаковых шёлковых нитях в одной точке. Что произойдёт и почему, если прикоснуться рукой к одному из шариков?
Вначале шарики заряжены одноимённо и отталкиваются, поэтому нити расходятся на некоторый угол. Если дотронуться рукой до одного шарика, он разрядится: заряд по металлу, телу человека (проводнику) уйдёт в Землю. Этот шарик станет нейтральным, и сила отталкивания между шариками исчезнет, так что второй шарик под действием силы тяжести и силы натяжения нити займёт вертикальное положение. На самом деле нейтральный шарик начнёт притягиваться к заряженному: в нём под действием поля заряженного шарика происходит перераспределение зарядов, и ближний к заряженному шарику край получает заряд противоположного знака. Шарики могут сблизиться, коснуться, и заряд второго шарика поделится между ними поровну; тогда они вновь оттолкнутся, но на меньший угол, чем вначале, так как заряд каждого уменьшился примерно вдвое.
Задание 15. Как при помощи электроскопа определить знак заряда авторучки, потёртой о ткань, используя положительно заряженную палочку?
Проведите предложенный эксперимент.
Ход выполнения.
1. Заряжаем электроскоп положительно: касаемся его шарика стеклянной палочкой, потёртой о шёлк. Листочки расходятся на некоторый угол (например, около 30°), электроскоп заряжен положительно.
2) Натираем авторучку (пластмассовую) о ткань (шерстяную или шёлковую) и медленно подносим её к шарику электроскопа, не касаясь его. Наблюдаем за листочками.
3) Если листочки расходятся ещё сильнее, то заряд ручки положителен: положительное тело притягивает электроны к шарику, листочки теряют часть отрицательного заряда и заряжаются ещё сильнее положительно, так что угол растёт. Если листочки сближаются (угол уменьшается), заряд ручки отрицателен: отрицательный заряд ручки отталкивает электроны вниз, на листочки, и частично нейтрализует их положительный заряд.
Типичный результат. Для пластмассовой ручки, потёртой о шерсть, листочки при приближении ручки опадают (угол уменьшается примерно с 30° до 10°): ручка заряжена отрицательно. Знак заряда зависит от материала ручки и ткани, поэтому в вашем опыте результат может быть другим.
Вывод: сравнивая, как меняется угол расхождения листочков заряженного электроскопа при приближении тела, можно определить знак заряда тела: рост угла означает заряд того же знака, что у электроскопа, уменьшение — противоположного знака.
Оговорка: ручку нужно подносить, не касаясь шарика, иначе заряд ручки перейдёт на электроскоп и разрядит или перезарядит его, результат будет неоднозначным.
2) Натираем авторучку (пластмассовую) о ткань (шерстяную или шёлковую) и медленно подносим её к шарику электроскопа, не касаясь его. Наблюдаем за листочками.
3) Если листочки расходятся ещё сильнее, то заряд ручки положителен: положительное тело притягивает электроны к шарику, листочки теряют часть отрицательного заряда и заряжаются ещё сильнее положительно, так что угол растёт. Если листочки сближаются (угол уменьшается), заряд ручки отрицателен: отрицательный заряд ручки отталкивает электроны вниз, на листочки, и частично нейтрализует их положительный заряд.
Типичный результат. Для пластмассовой ручки, потёртой о шерсть, листочки при приближении ручки опадают (угол уменьшается примерно с 30° до 10°): ручка заряжена отрицательно. Знак заряда зависит от материала ручки и ткани, поэтому в вашем опыте результат может быть другим.
Вывод: сравнивая, как меняется угол расхождения листочков заряженного электроскопа при приближении тела, можно определить знак заряда тела: рост угла означает заряд того же знака, что у электроскопа, уменьшение — противоположного знака.
Оговорка: ручку нужно подносить, не касаясь шарика, иначе заряд ручки перейдёт на электроскоп и разрядит или перезарядит его, результат будет неоднозначным.