И. С. Стекольников Молния и гром. Электризация тел. Два рода зарядов. Закон сохранения электрического заряда Совершенствование электростатических машин

Летний полдень. Парит. Вдруг небо начинает быстро темнеть. Веет прохладой. Налетевший порыв ветра поднимает пыль и несёт её вдоль улицы. Проходит несколько минут, и первые крупные капли дождя падают на землю, оставляя на пыли большие тёмные пятна. Скоро дождь усиливается, - вот он уже полил сильными струями, создавая сплошную завесу из воды. Вдруг в свинцовом небе сверкнула извилистая огненная лента… Молния! Она ударила где-то близко, и через одну-две секунды раздался такой звук, как будто поблизости загрохотали орудийные выстрелы. Ещё несколько молний, сильных раскатов грома - и дождь утих, небо прояснилось. Гроза пронеслась мимо.

Мощные раскаты грома и ослепительные вспышки молнии внушали раньше людям страх. Наблюдая разрушения, иногда причинявшиеся молнией, человек, полный предрассудков и суеверий, считал, что молнию вызывают боги или могущественные силы, что молния «в наказание» убивает и калечит людей и сжигает их кров. В древнегреческих легендах говорится, что главный греческий бог - громовержец Зевс - в своём гневе мечет огненные стрелы - молнии. В русских поверьях считалось, что грозой управляет «Илья-пророк», разъезжающий в своей колеснице по небу.

Однако, несмотря на страх перед молнией, уже в глубокой древности люди внимательно наблюдали и изучали это грозное и прекрасное явление природы. Уже несколько десятков лет учёные исследуют его. Благодаря их самоотверженному и упорному труду, одно из интереснейших явлений природы - молния и сопровождающий её гром - в настоящее время получило полное научное объяснение. Выяснилось, что ничего таинственного в этом явлении нет и что «божественные силы» здесь не при чём. Учёные могут искусственно создавать молнию, правда в небольших размерах, в своих лабораториях. Совсем крошечные молнии может получить, как это рассказано дальше, каждый читатель этой книжки.

Люди стремились изучить молнию не просто из любопытства. Они хотели научиться бороться с нею, хотели её победить. Непобеждённая молния очень опасна. Она может смертельно поразить человека, разрушить здание, вызвать взрывы и пожары, причиняющие миллионные убытки, создать тяжёлые аварии электростанций, которые прекратят отпуск энергии. Всё это нарушает нормальную жизнь и работу людей.

Чтобы бороться с молнией, люди стремились изучить её. Без знаний победить молнию было невозможно. «Всё даётся знанием, победа - тоже», - говорил Максим Горький.

В этой небольшой книжке мы расскажем о том, как возникают молния и гром, какой вред может причинить молния и как защититься от её разрушительного действия. Начнём мы с основных сведений об электричестве, без которых всё дальнейшее не будет читателю понятно.

I. Некоторые сведения об электричестве

1. Молния и электрическая искра

Две с половиной тысячи лет тому назад греческий учёный Фалес из города Милета заметил, что если янтарь (жёлтую смолу, употреблявшуюся для украшения) натереть мехом, то он может притягивать лёгкие предметы - например, волокна или соломинки. По-гречески янтарь назывался электроном. От этого слова и получило своё название электричество.

Потом было обнаружено, что такие же свойства, как янтарь, приобретают и некоторые другие предметы, например, стекло, эбонит (вещество, из которого делают гребёнки, граммофонные пластинки и т. д.), если их натереть шерстью, шёлком или мехом. Тогда говорят, что эти предметы наэлектризованы.

Эбонитовую гребёнку можно наэлектризовать, расчёсывая ею волосы. Тот, кто видел, как в темноте расчёсывают чисто промытые и сухие волосы гребёнкой, замечал голубоватые искорки и слышал их треск.

Одна из первых машин, которую человек построил для получения электричества (это было в конце 17 века), состояла из стеклянного шара, вращающегося на железной оси. Когда натирали сукном вращающийся шар и затем дотрагивались до него рукою, то между шаром и рукой в темноте был виден свет и слышался треск. При быстром вращении шара наблюдались слабенькие искорки. Кажется сначала удивительным, что эти маленькие слабенькие искры и их лёгкий треск имеют такое же происхождение, что и громадная ослепительная молния и сопровождающий её гром. Но это именно так. Уже 200 лет тому назад учёные окончательно установили, что молния - это электрическая искра.

Впервые это доказал в 1752 году знаменитый американский учёный и общественный деятель Вениамин Франклин.

Летом 1752 года в американском городе Филадельфия можно было наблюдать странную картину. Забравшиеся под навес два взрослых человека (старшему на вид было лет 45, другой был совсем юноша) запускали шёлковый змей. Это были Франклин и его сын. К концу шнурка змея, прикреплённого шёлковой лентой к столбу, отец с сыном привязали массивный железный ключ от садовой калитки (рис. 1). Только сына посвятил отец в тайну своих опытов, опасаясь, в случае их неудачи, язвительных насмешек. Он тревожно стоял у змея, ожидая результатов опыта, как приговора своим многолетним исследованиям.

Рис. 1. Франклин с сыном запускают змея. (Со старинной картины.)

Вот надвинулась туча и прошла мимо. Никаких результатов, никаких следов электричества… И вдруг волокна шнурка натянулись, как это бывало при опытах с электричеством, проводившихся учёным в лаборатории. Франклин быстро поднёс палец к ключу и… сотрясение, которое он получил от проскочившей при этом сильной электрической искры, показалось ему приятнейшим из ощущений.

Ведь он добился того, чего так страстно и упорно желал! Его открытие возбудило весь учёный мир того времени. Бледная искра, издавшая негромкий треск, прозвучала громом на весь мир, доказав, что молния - это электрический разряд. Франклин как бы низвёл молнию на землю, отняв её у таинственных «неземных сил».+ », а отрицательное знаком «– ». Такие обозначения и будут употребляться на рисунках этой книжки.

Тема урока: Электризация тел. Два рода электрических зарядов

(8 класс)

Цель урока:

познакомить учащихся с историей зарождения учения об электричестве, ввести понятие «Электрический заряд», «электризация, научить обнаруживать электрические заряды, на телах, потертых друг о друга и доказать, что существуют два рода зарядов; продолжить формирование умений работать с приборами и оборудованием.

Демонстрации:

электризация тел, 2 рода электрических зарядов, презентация, выполненная с использованием компьютерных дисков «Электронные уроки и тесты. Электрические поля», «Физикон. Библиотека наглядных пособий» и др.

Ход урока.

Краткий анализ ошибок, допущенных в контрольной работе по теме «Тепловые явления», рекомендации по их устранению.

Изучение нового материала.

Прежде чем объявить тему нашего сегодняшнего урока я хочу озвучить следующие ситуации и попрошу вас в конце урока ответить на вопросы, есть ли между ними общие закономерности, насколько они уместны на сегодняшнем уроке?

(Ситуации проецируются на экран

Между тучами сверкнула молния.

Генеральная уборка на кухне была в самом разгаре. Вымыв пол, Шерлок Холмс взялся за мебель. Полированную поверхность кухонных шкафов он энергично протирал сухой тряпкой из синтетической ткани, а окрашенную масляной –сырой. Результат превзошел все ожидания. Кухня сияла идеальной чистотой.

Заметка из газеты. « Было уже за полночь, когда рабочий Брянской нефтебазы А. Третьяков, заправив 8 цистерн, авиационным бензином, перевел наливной шланг в очередную порожнюю емкость. Едва шланг коснулся горловины цистерны, как высоко вверх взметнулся 15- метровый оранжево-яркий столб огня. Мощной взрывной волной Третьякова отбросило далеко от цистерны. Взрыв произошел из-за несоблюдения безопасности труда»

Предполагаемый ответ: речь идет об электрических явлениях. Ведь молния это эл. явление. Значит и остальные?

Да, действительно сегодня на уроке мы поведем речь об очень интересных явлениях. Вообще слово «электричество прочно вошло в наш обиход. У

каждого дома есть множество бытовых эл. приборов. Без электричества не обойтись ни на транспорте, ни в с/х, ни в быту, и т.д.

Тема сегодняшнего урока звучит так: электризация тел. Электрический заряд. 2 рода Эл. зарядов.(однокоренные слова)

План работы

Выяснить: 1. Происхождение терминов «электричество, эл.заряд»

2. Как осуществить электризацию тел. Какие 2 рода электрических зарядов существуют? Как взаимодействуют наэлектризованные тела? Как обнаружить, наэлектризовано тело или нет?

3. Провести эксперименты по электризации, объяснить наблюдаемые явления.

4. Практическое значение электризации.

Проблемный эксперимент по электризации тел.

На бутылке с водой укреплена деревянная линейка. Подносим эбонитовую палочку, потертую о шерсть. (Линейка приходит в движение).

Заменяем линейку на мет. фольгу, сложенную неск. раз.(Фольга приходит в движение).

Заряж. кусочки бумаги от наэлектризованной палочки (стеклянной и эбонитовой), «поднимаем человечков».

Явление, которое мы только что наблюдали (способность тел притягивать другие тела, после того как их натерли), наз. электризацией тел, или говорят, что им сообщен электрический заряд. Такая электризация еще наз. статическим электричеством.

Приходилось ли вам наблюдать такие явления?

Способность тел после натирания (кстати, не обязательно трения, достаточно тело просто привести в контакт или даже подвергнуть его деформации) притягивать мелкие предметы и не только (линейка большая, а бумажки мелкие) была известна в 6 веке до н.э .

Греческий философ Фалес Милетский обнаружил, что янтарь, потертый о мех, приобретает свойства притягивать пушинки, соломинки,

(Рассказывает ученик)

Легенда гласит, что дочь Фалеса пряла шерсть янтарным веретеном. Уронив его однажды в воду, стала обтирать веретено шерстяным хитоном и заметила, что к веретену пристали несколько ворсинок и чем сильнее она вытирала веретено, тем больше налипало ворсинок. Девица рассказала отцу, тот не замедлил провести эксперимент с различными изделиями из янтаря и обнаружил, что все они после натирания вели себя одинаково.

Именно от слова янтарь произошло слово «электричество

У .Первые научные представления об электричестве были изложены придворным врачом англ. королевы Елизаветы Уильямом Гильбертом (1544-1603 )(К),

который доказал, что способностью натертого янтаря обладают: не только стекло, сургуч, сера и притягивают они не только соломинки, но и металлы, дерево, листья, камешки, комочки земли и даже воду. Дома можно провести такой эксперимент…(притяжение струйки воды к наэлектризованной палочке).

В.Сколько тел участвует в электризации?

1 эксперимент .

Положить на полоску из бумаги полоску из полиэтилена. Прижимая тыльной стороной ладони, проглаживаем их. Затем разведем в стороны и медленно сближаем. Что наблюдается?. Полоски притягиваются друг к другу. Возьмем 2 кусочка распушенной ваты, поднесем к бумажной полоске и сразу же к пленке. Пушок притягивается и к бумаге, и к пленке .

эксперимент с гильзой из станиоля. (Она притягивается и к стеклянной палочке, потертой о бумагу, и к листу бумаги.).

эксперимент стеклянная палочка, потертая о лист резины, притягивает легкие бумажки и резина тоже. Вывод, в процессе электризации участвуют 2 тела и 2 тела электризуются.

Эксперименты о существовании двух родов электрических зарядов.

На шелковой нити подвешена гильза из станиоля.

1 Поднесем к ней палочку из стекла, потертую о шелк или бумагу (сначала гильза коснется, а потом отталкивается от палочки)

2. Поднесем к ней эбонитовую палочку, потертую о шерсть

3. Поднесем стеклянную палочку, потертую о резину

4. Опыт по электризации двух султанчиков с пом. электроф. машины .(К)

5. Опыт с «парящей ваткой» или движение ее в поле Эл. машины.

Фр. Физик Шарль Дюфе в 1730 году изучал взаимодействие наэлектризованных тел. Он заметил, что в одних случаях такие тела притягиваются, к смоляной палочке, а в другом случае отталкиваются друг от друга, например, две стеклянные палочки, потертые о шелк, отталкиваются друг от друга, но притягиваются к эбонитовой, потертой о шерсть.. Он объяснил это тем, что существует 2 рода электричества «стеклянное» и

« смоляное». Тела, заряженные электричеством одного рода отталкиваются, а разноименные притягиваются . В 1778 году американский физик и

4 политический деятель Бенджамин Франклин назвал «стеклянное электричество» положительным, а «смоляное»- отрицательным

Эксперимент.

Перед его проведением коротко рассказать о конструкции электрометра , и вкладе Рихмана.

Потереть эбонитовую палочку о сукно и, обернув ее сукном положили внутрь полого шара электрометра. Вынули палочку из сукна, стрелка при этом отклоняется. Почему?

Вставили палочку внутрь сукна, стрелка возвращается в нулевое положение.

Вывод. Заряды не возникают и не исчезают, а только разделяются, при этом на обоих соприкасающихся при трении телах оказываются равные по мод. , но противоположные по знаку заряды.

Первичное закрепление

«Слабое звено»

1.Эти явления наблюдали в древности.

2. Электрон в переводе с греческого яз.

3. Одно или два тела электризуются при трении?

4 Какие 2 рода эл. зарядов сущ. в природе?

5.Кто ввел термины «Стеклянное и смоляное» электричество?

6.Как наэлектризовать зарядами разных знаков стеклянную бутылку и лоскут кожи, имея в руках эти 2 предмета?

7. Как взаимодействуют между собой 2 эбонитовые палочки, наэлектризованные трением о мех?

8.При окраске пульверизатором метал. поверхности ей сообщают заряд одного рода, а капелькам краски заряд противоположного знака. Для чего это нужно делать? (Краска равномерно ложится).

9. Обычно говорят, что волосы, наэлектризованные при их расчесывании, притягиваются к гребню. А будет ли правильно выражение «Гребенка притягивается волосами?» (Да, т.к. действие не является односторонним).

( приложение отдельно, на усмотрение учителя, например, объяснение наблюдаемых явлений, изготовление прибора для фиксирования наличия наэлектризованности тел)

Во время отчета групп

объяснение наблюдаемых явлений:

1.При прокачке воздуха через рез. трубку происходит электризация резины и движущегося воздуха. Задаю вопрос, а если по шлангу будет подаваться горючее? Можно завести разговор о третьей ситуации (Третьякове).

5 2.При трении сухого песка происходит электризация полости шара, электрометр фиксирует эл. заряд.

3.И т.д.

Затем демонстрируется видео-сюжет «Гроза»,

после которого сообщается о вкладе в исследование атмосф. эл. явлений М.В. Ломоносова и Академика Петербургской Академии наук, друга М.В. Ломоносова,Георга Рихмана.

Возвращение ко второй ситуации.

Полированные поверхности при трении их синтетической тканью электризуются и приобретают вместе с находящейся на них пылью электрический заряд; ткань при этом тоже получает электрический заряд, но другого знака.. Вследствие этого пыль и ткань притягиваются друг к другу, и пыль плотно оседает на тряпке.. Окрашенные масляной краской поверхности при трении не электризуются, поэтому пыль с них удаляют влажной тряпкой, которая смачивает пыль, заставляя ее прилипать к ткани.

Проверочная тестовая работа. (Прилагается отдельно на усмотрение учителя).

(Взаимопроверка по ответам на тыльной стороне доски)

Подведение итогов работы.

Дом. Задание :

Проделать эксперимент и объяснить его.

Возьмите толстый лист из орг. стекла.. Тщательно потрите его куском газеты.. Возьмите шарик от настольного тенниса. Положите его на середину листа. Расставьте ладони у края стекла и медленно приближайте их к шарику. Наблюдаемые явления объясните.

Используя старую пластиковую мыльницу изготовьте «пылесос».

п.25,26.

«Детектив» Могут ли 2 одноименно заряженных тела притягиваться?

Мини-сочинение «Электризация полезна или вредна?»

Впервые это доказал в 1752 году знаменитый американский учёный и общественный деятель Вениамин Франклин.

Рис. 1. Франклин с сыном запускают змея. (Со старинной картины.)

В том же 1752 году великий русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов, откликаясь на открытие Франклина, так описывал сходство между искрой, получаемой от натёртого сукном стеклянного шара, и грозовыми разрядами - молниями:

«Вертясь Стеклянный шар даёт удары с блеском,
С громовым сходственным сверканием и треском.
Дивился сходству ум, но, видя малость сил,
До лета прошлого сомнителен в том был.
Внезапно чудный слух по всем странам течёт,
Что от громовых стрел опасности уж нет!
Что та же сила туч гремящих мрак наводит,
Котора от Стекла движением исходит,
Что зная правила, изысканны Стеклом,
Мы можем отвратить от храмин наших гром…»

2. Два рода электричества

Производя различные опыты над электричеством, люди выяснили основные его свойства. Прежде всего они открыли, что существует два рода электричества. Одно получается при натирании мехом стекла, драгоценных камней и некоторых других материалов - этот род электричества назвали стеклянным. Другой род электричества получается натиранием янтаря, смолы и ряда других веществ - это электричество назвали смоляным. Теперь для стеклянного и смоляного электричества приняты в науке другие названия. Электричество первого рода (стеклянное) называется положительным, а второго рода (смоляное) - отрицательным. В науке принято положительное электричество обозначать знаком «+ », а отрицательное знаком «– ». Такие обозначения и будут употребляться на рисунках этой книжки.

Электричество одного какого-нибудь рода отталкивает от себя электричество того же рода и притягивает электричество другого рода. Это - важное свойство электричества. Вот какими простыми опытами можно его проверить.

На вбитый в стену гвоздь наденем чистую сухую стеклянную трубочку, а к концу её подвесим на шёлковой нитке кусочек пробки (рис. 2, слева). Натрём стеклянную палочку мехом или плотной бумагой. Тогда на стекле появится положительное (стеклянное) электричество. Дотронемся затем этой палочкой до пробки. При этом часть электричества перейдёт с палочки на пробку. Теперь на пробке и на конце стеклянной палочки будет находиться электричество одного и того же рода (положительное), и пробка отскочит от палочки.

Рис. 2. Опыты с электричеством. Слева: зарядившись от натёртой палочки, пробка отталкивается от неё. Справа наверху: заряженные натёртой стеклянной палочкой две пробки оттолкнутся друг от друга. Справа внизу: если одну пробку зарядить от стеклянной, а другую - от смоляной палочки, то они притянутся друг к другу.

Подвесим теперь на стеклянную трубку две шелковинки с пробками. Если к обеим пробкам прикоснуться натёртой стеклянной палочкой, то они получат одинаковое, положительное электричество (или, как говорят, «зарядятся» положительным электричеством) и оттолкнутся друг от друга (рис. 2, справа наверху). То же самое произойдёт, если зарядить обе пробки отрицательным электричеством от натёртой смоляной палочки. Таким образом, два одинакового рода электричества отталкиваются друг от друга.

Если же одну пробку зарядить натёртой стеклянной палочкой, а другую - натёртой смоляной, то обе пробки окажутся заряженными электричествами различного рода и притянутся одна к другой (рис. 2, справа внизу).

Таким образом, два разного рода электричества притягиваются одно к другому.

3. Прибор для наблюдения действия электричества - электроскоп

Чтобы узнать, заряжен ли какой-нибудь предмет электричеством, пользуются простым прибором, который называется электроскопом. Электроскоп основан на том свойстве электричества, о котором только что говорилось - на свойстве двух предметов, заряженных электричеством одинакового рода, отталкиваться друг от друга.

Этот прибор изображён на рис. 3 (слева). Он состоит из стеклянной банки, закрытой пробкой, через которую проходит металлический стержень. На том конце стержня, который находится внутри банки, укреплены два тонких продолговатых металлических листочка, а на наружном конце находится металлический шарик. Если к шарику прикоснуться стеклянной палочкой, заряженной электричеством, то это стеклянное электричество перейдёт по стержню на листочки. Оба листочка окажутся заряженными электричеством одинакового рода (положительным), и поэтому они оттолкнутся друг от друга и примут наклонное положение. Это и показано на рис. 3 (справа).

Рис. 3. Листочки электроскопа (справа) раздвинулись - значит он заряжен электричеством.

Если ещё раз натереть стеклянную палочку и снова прикоснуться ею к шарику, то листочки электроскопа разойдутся ещё больше. Это происходит потому, что мы зарядили электроскоп дважды или, как говорят, подвели к нему двойное количество электричества. Чем больше электричества мы имеем, тем более заметно оно себя проявляет. В маленькой искре от гребёнки имеется очень немного электричества - и мы видим слабый свет и слышим тихий треск. При молнии же образуется очень большое количество электричества, и поэтому мы видим искры огромной длины и слышим оглушительный гром.

4. Электрический разряд

Произведём теперь такой опыт. Зарядим электроскоп электричеством одного рода, например - положительным (стеклянным). Листочки электроскопа разойдутся (рис. 4, слева).

Теперь поднесём к этому электроскопу натёртую смоляную палочку и, таким образом, подведём к нему некоторую новую порцию электричества, но уже другого рода - отрицательного (смоляного). Казалось бы, листочки должны разойтись ещё больше. Но оказывается, происходит обратное явление: листочки сойдутся и свободно повиснут так, как будто бы никакого электричества в электроскопе нет (рис. 4, справа). Два одинаковых количества электричества разного рода уничтожают друг друга; при их соединении ни того, ни другого электричества не остаётся.

Рис. 4. Два разного рода электричества уничтожают друг друга.

Это явление называют электрическим разрядом - говорят, что два тела, содержавшие положительное и отрицательное электричества, разрядились.

Положительное и отрицательное электричества всегда стремятся притянуться друг к другу и разрядить тело, на котором они находились. Если тела, заряженные электричествами разного рода, находятся близко друг от друга, но не соединены, то разряд может произойти и через воздух - тогда между обоими телами проскакивает искра и раздаётся короткий сухой треск. Чем сильнее тела были заряжены электричеством, тем ярче искра и сильнее треск.

В лабораториях учёные могут зарядить электричеством металлические шары так сильно, что образуется сверкающая искра до 10 метров длиной и раздаётся оглушительный удар.

Всякая электрическая искра происходит от соединения между собой положительного и отрицательного электричества, т. е. от электрического разряда.

5. Проводники и изоляторы

Все вещества, предметы, тела можно разделить на две группы - проводники электричества и электрические изоляторы.

Чем отличаются проводники от изоляторов?

Чтобы ответить на этот вопрос, сделаем следующий опыт с электроскопом. Возьмём два электроскопа и поставим их рядом на столе. Один из электроскопов зарядим электричеством, а другой оставим незаряженным (рис. 5, сверху). Прикоснёмся теперь к обоим шарикам сразу медной палочкой. Мы увидим, что угол между листочками заряженного электроскопа немного уменьшится, а листочки незаряженного электроскопа раздвинутся (рис. 5, слева). Это происходит потому, что часть электричества с одного электроскопа ушла по медной палочке к другому. Медь - проводник электричества.

Рис. 5. По проводнику электричество переходит от одного электроскопа к другому, а по изолятору перейти не может.

Сделаем теперь снова такой же опыт, но на этот раз соединим шарики обоих электроскопов палочкой, сделанной из фарфора (рис. 5, справа). Листочки электроскопа останутся в прежнем положении: с ними ничего не произойдёт. Через фарфор электричество не смогло перейти от одного электроскопа к другому. Фарфор не проводит электричества. Он является изолятором.

Проводниками электричества являются, в первую очередь, металлы (медь, железо и другие), вода и земля. Человеческое тело также относится к проводникам. Примерами электрических изоляторов являются фарфор, стекло, резина, воздух.

Проводники и носят своё название от того, что они проводят электричество, т. е. пропускают его через себя, а изоляторы не проводят - не пропускают через себя электричество.

Основную часть электрических устройств составляют проводники, переносящие электричество в определённое место, и изоляторы, которые не дают электричеству уходить в неположенные для него места. Всякий, кто видел телефонную линию или линию передачи электрической энергии (рис. 6), замечал, что провода, которые служат для передачи электричества, натянуты на фарфоровых или стеклянных изоляторах. Провода (линия передачи) несут электричество от электрической станции (где оно вырабатывается машинами) к фабрикам, заводам, МТС и жилищам. Большие фарфоровые изоляторы поддерживают провода и обеспечивают передачу по ним электричества. Изоляторы нужны именно для того, чтобы не допустить ухода электричества с проводов через столбы в землю, оградить, или, как говорят, «изолировать» его от земли.

Рис. 6. Линия передачи электричества.

Текущее в проводах электричество образует электрический ток. Чем больше электричества протекает в одну секунду через провод, тем больший ток течёт по нему.

6. Что представляет собою электричество?

Для ответа на вопрос - что же представляет собою электричество? - нужно знать, из чего состоят различные тела природы. Это изучается наукой, которая называется физикой.

Учёные-физики установили, что каждое тело, твёрдое, жидкое или газообразное, состоит из отдельных очень мелких частичек, называемых атомами. Атом же, в свою очередь, состоит из нескольких ещё более мелких частиц, заряженных электричеством. В середине атома расположена его основная часть - ядро атома. Это ядро заряжено положительным электричеством. Вокруг ядра вращаются частицы вещества, называемые электронами. Электрон заряжен отрицательным электричеством.

В обычном состоянии атом содержит одинаковое количество положительного и отрицательного электричества и поэтому он не проявляет своих электрических свойств.

Однако, если каким-либо образом разбить атом на части - отделить от него один или несколько электронов, то оставшаяся часть будет иметь больше положительного электричества, чем отрицательного. Тогда такой неполный атом проявит себя как положительно заряженное тело: он будет стремиться притянуть из окружающей среды недостающие ему электроны. Оторвавшиеся же от атома электроны будут проявлять свойства отрицательного электричества.

Этот отрыв и происходит, например, при натирании стекла мехом или плотной бумагой; его можно получать и другими способами. Электрический ток в проводе и представляет собой движение электронов. Количество электронов, т. е. количество электричества, проходящего через 1 квадратный сантиметр поперечного сечения проводника, называется силой тока.

Сила тока в электротехнике измеряется единицей, называемой ампером.

Через электрическую лампочку, горящую в комнате и имеющую среднюю яркость, протекает ток, измеряемый 1 / 3 – 1 / 2 ампера. В линиях передачи электрической энергии протекают токи, измеряемые сотнями и тысячами ампер, а в молнии ток доходит до 200 000 ампер!

7. Получение электричества через влияние

Теперь, когда мы знаем, что атомы каждого тела состоят из частиц, содержащих как положительное, так и отрицательное электричество, мы можем объяснить важное явление - получение электричества через влияние. Это поможет нам понять, как образуется молния.

Произведём следующий опыт. Поднесём к шарику электроскопа палочку, заряженную электричеством какого-нибудь рода, например - положительным, но не будем дотрагиваться палочкой до шарика, оставив между ними маленький просвет (рис. 7, слева). Листочки электроскопа разойдутся, хотя электричество с палочки на шарик не могло перейти: воздух не является проводником. Это произошло по следующей причине. Положительное электричество на палочке будет притягивать к себе отрицательное электричество, имеющееся на шарике, стержне и листочках электроскопа, и отталкивать от себя положительное электричество на этих же проводниках. Отрицательное электричество соберётся ближе к палочке - на поверхности шарика, а положительное - дальше, на листочках. А оба листочка, на которых оказалось электричество одного и того же рода (положительное), разойдутся.

Рис. 7. Получение электричества через влияние.

Но такое расположение обоих электричеств на электроскопе - непрочное. Стоит нам удалить палочку от шарика, и листочки снова спадут: оба рода электричества, притягиваясь друг к другу, опять равномерно распределятся во всех частях электроскопа, и он перестанет проявлять свои электрические свойства.

Потупим теперь так. Снова поднесём к шарику электроскопа палочку, заряженную положительным электричеством, оставив просвет. Листочки разойдутся. Затем, не унося палочки, дотронемся другой рукой до шарика. Угол между листочками немного уменьшится, но совсем листочки не спадут (рис. 7, посредине). Теперь унесём палочку и отнимем руку. Листочки останутся в прежнем положении - электроскоп будет заряжен (рис. 7, справа).

Почему это произошло? Откуда получилось электричество на электроскопе? Ведь мы заряженной палочкой к шарику не прикасались.

Когда мы дотронулись рукою до шарика электроскопа, то положительное электричество на нём, которое стремилось оттолкнуться от палочки, пошло по проводникам - нашей руке и нашему телу - и ушло в землю. А отрицательное электричество, притягиваемое палочкой, осталось на электроскопе и распределилось по всей его проводящей части, на шарике, стержне и листочках. На долю листочков досталось уже меньше электричества, и угол между ними уменьшился. Когда мы после этого унесли палочку, то ничего не изменилось, и электроскоп остался заряженным отрицательным электричеством.

Такой способ получения электричества называется получением электричества «через влияние». Здесь электричество не переходит от одного тела к другому, а получается от влияния тела, заряженного электричеством другого рода.

Мы увидим в следующей главе, что именно такое получение электричества через влияние и будет причиной молнии.

Рассказанных здесь сведений достаточно, чтобы понять, как образуется молния, какие действия она производит и как от неё защититься. Этому и посвящены следующие главы нашей книжки.

В ходе данного урока мы продолжим знакомиться с «китами», на которых стоит электродинамика, - электрическими зарядами. Мы изучим процесс электризации, рассмотрим, на каком принципе основан этот процесс. Поговорим о двух типах зарядов и сформулируем закон сохранения этих 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 – разделение электрических зарядов. Это значит, что электроны от одного тела переходят к другому (рис. 1).

Рис. 1. Разделение электрических зарядов

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

Первые серьезные опыты по электризации различных тел, как уже было сказано на предыдущем уроке, проводил английский ученый и врач Уильям Гильберт (1544-1603), однако ему не удавалось наэлектризовать металлические тела, и он посчитал, что электризация металлов невозможна. Однако это оказалось неправдой, что впоследствии доказал русский ученый Петров. Однако следующий более важный шаг в исследовании электродинамики (а именно открытие разнородных зарядов) сделал французский ученый Шарль Дюфе (1698-1739). В результате своих опытов он установил наличие, как он их назвал, стеклянных (трение стекла о шелк) и смоляных (янтаря о мех) зарядов.

Еще через некоторое время были сформулированы следующие законы (рис. 2):

1) одноименные заряды взаимно отталкиваются;

2) разноименные заряды взаимно притягиваются.

Рис. 2. Взаимодействие зарядов

Обозначения положительных (+) и отрицательных (–) зарядов было введено американским ученым Бенджамином Франклином (1706-1790).

По договоренности принято называть положительным заряд, который образуется на стеклянной палочке, если натирать ее бумагой или шелком (рис. 3), а отрицательный – на эбонитовой или янтарной палочке, если натирать ее мехом (рис. 4).

Рис. 3. Положительный заряд

Рис. 4. Отрицательный заряд

Открытие Томсоном электрона наконец дало ученым понять, что при электризации никакая электрическая жидкость не сообщается телу и никакой заряд не наносится извне. Происходит перераспределение электронов, как мельчайших носителей отрицательного заряда. В области, 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. Таким образом, область заряжается положительно.

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

Электризация может производиться несколькими способами:

трением;
прикосновением;
ударом;
наведением (через влияние);
облучением;
химическим взаимодействием.

Электризация трением и электризация соприкосновением

Когда стеклянную палочку натирают о бумагу, палочка получает положительный заряд. Соприкасаясь с металлической стойкой, палочка передает положительный заряд бумажному султану, и его лепестки отталкиваются друг от друга (рис. 5). Этот опыт говорит о том, что одноименные заряды отталкиваются друг от друга.

Рис. 5. Электризация прикосновением

В результате трения о мех эбонит приобретает отрицательный заряд. Поднося эту палочку к бумажному султану, видим, как лепестки притягиваются к ней (см. рис. 6).

Рис. 6. Притяжение разноименных зарядов

Электризация через влияние (наведение)

Поставим на подставку с султаном линейку. Наэлектризовав стеклянную палочку, приблизим ее к линейке. Трение между линейкой и подставкой будет небольшим, поэтому можно наблюдать взаимодействие заряженного тела (палочки) и тела, у которого заряда нет (линейка).

При проведении каждого эксперимента совершалось разделение зарядов, никаких новых зарядов не возникало (рис. 7).

Рис. 7. Перераспределение зарядов

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, который был придуман русским ученым М.В. Ломоносовым (рис. 8).

Рис. 8. М.В. Ломоносов (1711-1765)

Электрометр (рис. 9) состоит из круглой банки, металлического стержня и легкого стержня, который может вращаться вокруг горизонтально расположенной оси.

Рис. 9. Электрометр

Сообщая заряд электрометру, мы в любом случае (и для положительного, и для отрицательного заряда) заряжаем и стержень, и стрелку одноименными зарядами, в результате чего стрелка отклоняется. По углу отклонения и оценивается заряд (рис. 10).

Рис. 10. Электрометр. Угол отклонения

Если взять наэлектризованную стеклянную палочку, прикоснуться ею к электрометру, то стрелка отклонится. Это говорит о том, что электрометру был сообщен электрический заряд. В ходе этого же эксперимента с эбонитовой палочкой этот заряд компенсируется (рис. 11).

Рис. 11. Компенсация заряда электрометра

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 электрических зарядов остается постоянной (рис. 12). Замкнутой системой называется система тел, из которой заряды не уходят и в которую заряженные тела или заряженные частицы не поступают.

Рис. 13. Закон сохранения заряда

Данный закон напоминает о законе сохранения массы, так как заряды существуют только вместе с частицами. Очень часто заряды по аналогии называют количеством электричества .

До конца закон сохранения зарядов не объяснен, так как заряды появляются и исчезают только попарно. Другими словами, если заряды рождаются, то только сразу положительный и отрицательный, причем равные по модулю.

На следующем уроке мы подробнее остановимся на количественных оценках электродинамики.

Список литературы

Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) - М.: Мнемозина, 2012.
Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. - М.: Илекса, 2005.
Касьянов В.А. Физика 10 класс. - М.: Дрофа, 2010.

Интернет-портал «youtube.com» ()
Интернет-портал «abcport.ru» ()
Интернет-портал «planeta.edu.tomsk.ru» ()

Домашнее задание

Стр. 356: № 1-5. Касьянов В.А. Физика 10 класс. - М.: Дрофа. 2010.
Почему отклоняется стрелка электроскопа, если к нему прикоснуться заряженным телом?
Один шар заряжен положительно, второй - отрицательно. Как изменится масса шаров при их соприкосновении?
*К шару заряженного электроскопа поднесите, не дотрагиваясь, заряженный металлический стержень. Как изменится отклонение стрелки?

Электричество, получаемое путем трения на том или ином теле, оказывается по своим свойствам неодинаковым.

Проделаем следующий опыт. При помощи шёлковой ниточки подвесим на стойке легкий пробковый или бузиновый шарик и затем, наэлектризовав эбонитовую палочку трением о мех или сукно, поднесем ее к пробковому шарику. При этом произойдет следующее: шарик вначале быстро притянется к эбонитовой палочке (рис. 2), но, как только коснется ее, сразу же оттолкнется и займет положение, показанное на рис. 3. Если к этому заряженному шарику поднести стеклянную палочку, наэлектризованную трением о шелковую материю или кожу, то шарик притянется к ней.

Рис. 2. Притяжение пробкового шарика к наэлектризованной палочке

Рис. 3. Отталкивание пробкового шарика получившего заряд от наэлектризованной палочки

Возьмем теперь два шарика, подвешенных к двум стойкам на шелковых ниточках, и коснемся каждого из них наэлектризованной стеклянной палочкой.

Приближая после этого оба шарика один к другому, заметим, что они будут стремиться оттолкнуться и займут положение, показанное на рис. 4. То же самое произойдет, если оба шарика будут заряжены наэлектризованной эбонитовой палочкой.

Рис. 4. Шарики с одноименными зарядами отталкиваются

Совершенно иные свойства будут обнаружены, если первый из двух шариков зарядить, прикоснувшись к нему наэлектризованной стеклянной палочкой, а другой шарик наэлектризовать эбонитовой палочкой. Шарики будут притягиваться один к другому (рис. 5).

Рис. 5. Шарики с разноименными зарядами притягиваются

Проделанные опыты показывают, что необходимо различать два электрических состояния тел, или, как говорят, два рода электричества:

1) электричество, получаемое на стекле при трении его о шелковую материю или кожу, которое условились называть положительным электричеством;

2) электричество, получаемое на эбоните при трении его о мех или шерстяную материю, которое условились называть отрицательным электричеством.

Положительное электричество принято обозначать знаком плюс (+), а отрицательное знаком минус (—).

Тела, наэлектризованные одноименным электричеством, безразлично — положительным или отрицательным, одно от другого отталкиваются (рис. 4). Тела же, наэлектризованные разноименным электричеством, притягиваются одно к другому (риc. 5).

При этом необходимо иметь в виду, что притяжение или отталкивание наэлектризованных шариков будет тем сильнее, чем меньше расстояние между ними и чем больше по величине заряд, сообщенный каждому из шариков.

Следует также помнить, что если мы, натирая стеклянную палочку шелком, получаем на стеклянной палочке положительное электричество, то, в свою очередь, на шелке мы получаем в таком же количестве отрицательное электричество. И, наоборот, при трении эбонита о мех на эбоните мы получаем отрицательное электричество, а самый мех электризуется положительно.