Чем можно наэлектризовать металл

Чем можно наэлектризовать металл

Электризация в физике

Электризация — процесс разделения зарядов, при котором электрически нейтральные тела становятся заряженными. Ее можно описать с помощью таких законов физики, как закон Кулона и закон сохранения заряда.

Законы Кулона и сохранения заряда

Закон Кулона описывает, как заряды действуют друг на друга. Сила их взаимодействия (притяжения или отталкивания) прямо пропорциональна произведению их величин и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Противоположные заряды притягиваются, одинаковые — отталкиваются.

Закон сохранения утверждает, что алгебраическая сумма зарядов сохраняется. Если, как в определении явления, на одном предмете возник положительный заряд, на другом должен появиться такой же по величине отрицательный.

Чем можно наэлектризовать металл

Электрический заряд не может существовать без носителя. Значит, на телах накапливаются носители — электроны. Тело с их избытком заряжается отрицательно, а с недостатком — положительно.

Названия «отрицательный» и «положительный» для зарядов условны, важно то, что они бывают двух разных типов.

Свойства статического электричества

Наэлектризоваться могут не только твердые тела, но и жидкости и газы. В них происходит перераспределение ионов. Электризуются вещества разных классов: диэлектрики, полупроводники, изолированные проводники.

При разделении наэлектризованных предметов заряд на них сохраняется. Чем больше будут удалены тела друг от друга, тем больше будет разность потенциалов на них.

При соприкосновении с нейтральными или по-другому заряженными телами заряд может релаксировать — перетечь на другое тело, поэтому человека в синтетической одежде может «ударить током», если он прикоснется к металлической батарее или холодильнику. Также может произойти электрический разряд через воздух от заряженного тела к незаряженному, расположенному на некотором расстоянии.

Как наэлектризовать предмет

Создать статическое электричество на поверхности тела можно разными способами:

Чем можно наэлектризовать металл

  • взаимодействием с заряженным предметом,
  • трением,
  • при резком перепаде температуры,
  • воздействием ионизирующего излучения.

При соприкосновении электрически незаряженного тела с заряженным предмет электризуется с тем же знаком.

При трении предметов из различных видов материалов на их поверхностях возникают разноименные электрические заряды. Причина явления — различие сил, с которыми взаимодействуют атомы или молекулы. Кратко можно сказать, что вещество, в котором атомы или молекулы связаны друг с другом сильнее, притягивает к себе электроны из другого, где частицы взаимодействуют с меньшей силой.

Примеры явления

Само явление электризации было открыто еще в Древней Греции, когда заметили, что при натирании янтаря шерстью он начинает притягивать пыль, нитки, ворс. Это вещество по-гречески называется «электрон», отсюда и получили название все связанные с электричеством явления.

Чем можно наэлектризовать металл

Положительно электризуется стекло при трении о шелк, отрицательно — эбонит при трении о шерсть. Все знают примеры электризации в быту, например, положительно заряжаются волосы, когда расчесываются пластиковой расческой, а сама расческа электризуется отрицательно. Заряжаются положительно стекло, бумага, шерсть, отрицательно — резина, силикон, пластик.

Статическое электричество дольше всего сохраняется на предметах, если воздух сухой. Влажный воздух проводит электричество, и предметы быстро перестают быть наэлектризованными. В присутствии комнатных растений, кипящего чайника, которые повышают влажность, статика на одежде и волосах появляется реже.

Известный пример электролизации — молния. Это электрический разряд, проскакивающий между разноименно заряженными облаками или между облаком и землей. Заряженные грозовые тучи могут вызывать электризацию различных предметов на земле из-за перераспределения зарядов на них.

Показательные опыты

Показать взаимодействие одинаково или противоположно заряженных тел можно при помощи обычного скотча. Для этого необходимо две полоски клейкой ленты по 12,5 см.

Чтобы продемонстрировать отталкивание, полоски приклеивают к столу так, чтобы кусочек длиной 2,5 см остался свободным. Эти свисающие концы закрепляют на двух карандашах.

Если резко оторвать скотч от стола, не касаясь его руками, полоски наэлектризуются одинаково. Теперь их нужно развести на некоторое расстояние и постепенно сближать.

На определенном расстоянии будет заметно отталкивание полосок.

Чтобы продемонстрировать притяжение разноименно заряженных тел, одну полоску скотча электризуют, как в предыдущем опыте, а затем кладут на стол липкой стороной вверх.

Другую полоску, предварительно закрепленную на карандаше, кладут на первую, а затем отрывают. Тогда полоски будут заряжены противоположно.

Как и в предыдущем опыте, на определенном расстоянии можно заметить притягивание полосок.

Опасность процесса

Заряд на наэлектризованном предмете может быть довольно большим, и напряжение может достигать десятков киловольт, но из-за очень маленьких значений силы тока оно для человека неопасно.

Чем можно наэлектризовать металл

Однако такие небольшие разряды могут оказать отрицательное влияние на точную электронику, например, микропроцессоры, поэтому при работе с электронными компонентами: при их производстве, ремонте или использовании особое внимание уделяют предотвращению электронизации.

При некоторых условиях релаксация большого накопленного заряда может привести к возгоранию. Самолеты электризуются в полете, поэтому может произойти разряд, когда подводят трап. Чтобы избежать этого, с самолета снимают статическое электричество, отводя его в землю. По этой же причине на бензовозы всегда прикрепляют цепочку, соприкасающуюся с землей. Так предупреждают возгорание топлива.

Практическое применение

Накопление статического электричества на предметах может быть опасно, но у этого явления есть и положительные стороны. Электризация тел применяется на практике в различных областях:

Чем можно наэлектризовать металл

  1. Электростатические фильтры для очистки воздуха от загрязнений, главным образом от пыли используют в быту и в промышленности.
  2. Электростатическая окраска поверхностей, например, автомобилей. Частицы наэлектризованной краски притягиваются к окрашиваемой поверхности, в результате расходуется меньше краски.
  3. Производство искусственного меха. Готовый ворс пропускают сквозь сетку, он приобретает заряд и падает перпендикулярно покрытой клеем основе.
  4. Копчение продуктов питания с помощью электростатики.

Также это явление используется для сортировки, фильтрации, очищения. Электростатика используется и в медицине.

Электризация связана с возникновением избытка или недостатка электронов на поверхности или внутри предметов. Создать их можно разными способами, например, трением или прикосновением к заряженном предмету. Электризация имеет практическое применение, но в некоторых случаях может быть опасной.

Электризация тел: что это такое, условия возникновения, применение на практике

Явления, связанные с электричеством, довольно распространены в природе. Одним из самых наблюдаемых явлений является электризация тел. Так или иначе с электризацией приходилось сталкиваться каждому человеку. Иногда мы не замечаем статического электричества вокруг нас, а иногда его проявление ярко выражено и довольно ощутимо.

Например, владельцы автотранспорта, при определённых стечениях обстоятельств, замечали, как их машина вдруг начинала «бить током». Обычно это происходит при выходе из салона автомобиля. Ночью даже можно заметить искрение между кузовом и рукой, прикасающейся к нему. Объясняется это электризацией, о которой поговорим в данной статье.

Определение

В физике электризацией называют процесс, при котором происходит перераспределения зарядов, на поверхностях разнородных тел. При этом на телах скапливаются заряженные частицы противоположных знаков. Наэлектризованные тела могут передавать часть накопленных заряженных частиц другим предметам или окружающей среде, контактирующей с ними.

Заряженное тело передаёт заряды при непосредственном контакте с ним нейтральных или противоположно заряженных предметов, либо через проводник. По мере перераспределения взаимодействие электрических зарядов уравновешивается, и процесс перетекания прекращается.

Важно помнить, что при электризации тел новые электрические частицы не возникают, а лишь перераспределяются уже существующие.

При электризации действует закон сохранения заряда, согласно которому алгебраическая сумма отрицательных и положительных зарядов всегда равна нулю.

Другими словами – количество отрицательных зарядов переданных другому телу при электризации равняется количеству оставшихся заряженных протонов противоположного знака.

Читайте также:  Что приложить к грудной железе при мастопатии

Известно, что носителем элементарного отрицательного заряда является электрон.

Протоны же обладают положительными знаками, но эти частицы прочно связаны ядерными силами и не могут свободно перемещаться при электризации (за исключением кратковременного высвобождения протонов в процессе разрушения атомных ядер, например, в различных ускорителях). В целом атом, обычно, электрически нейтрален. Его нейтральность может нарушить электризация.

Однако, отдельные электроны из облака, окружающего многопротонные ядра, могут покидать свои отдалённые орбиты и свободно перемещаться между атомов. В таких случаях образуются ионы (иногда называемые дырками), имеющие положительные заряды. См. схему на рис. 1.

Чем можно наэлектризовать металлРис. 1. Два рода зарядов

В твёрдых телах ионы связаны атомными силами и, в отличие от электронов, не могут изменить своё расположение. Поэтому только электроны являются переносчиками заряда в твёрдых телах. Для наглядности мы будем считать ионы просто заряженными частицами (абстрактными точечными зарядами), которые ведут себя так же, как и частицы с противоположным знаком – электроны.

Чем можно наэлектризовать металлРис. 2. Модель атома

Физические тела в естественных условиях электрически нейтральные. Это значит, что их взаимодействия уравновешены, то есть, количество ионов заряженных положительно равно количеству отрицательно заряженных частиц. Однако, электризация тела нарушает это равновесие. В таких случаях электризация является причиной изменения баланса кулоновских сил.

Условия возникновения электризации тел

Прежде чем перейти к определению условий электризации тел, заострим ваше внимание на взаимодействии точечных зарядов. На рисунке 3 изображена схема такого взаимодействия.

Чем можно наэлектризовать металлРис. 3. Взаимодействие заряженных частиц

На рисунке видно, что одноимённые точечные заряды отталкиваются, тогда как разноимённые – притягиваются. В 1785 г. силы этих взаимодействий исследовал французский физик О. Кулон. Знаменитый закон Кулона гласит: два неподвижных точечных заряда q1 и q2, расстояние между которыми равно r, действуют друг на друга с силой:

F = (k*q1*q2)/r2

Коэффициент k зависит от выбора системы измерений и свойств среды.

Исходя из того, что на точечные заряды действуют кулоновские силы, имеющие обратно пропорциональную зависимость от квадрата расстояния между ними, проявление этих сил может наблюдаться только на очень небольших расстояниях. Практически, эти взаимодействия проявляются на уровне атомных измерений.

Таким образом, для того чтобы электризация тела произошла, необходимо максимально приблизить его к другому заряженному телу, то есть, прикоснуться к нему. Тогда под действием кулоновских сил часть заряженных частиц переместится на поверхность заряжаемого предмета.

Строго говоря, при электризации перемещаются только электроны, которые распределяются по поверхности заряжаемого тела. Избыток электронов образует определённый отрицательный заряд.

Создание положительного заряда на поверхности реципиента, электроны с которого перетекли на заряжаемый объект, возложено на ионы.

При этом модули величин зарядов на каждой из поверхностей равны, но знаки их противоположны.

Электризация нейтральных тел из разнородных веществ возможна только в том случае, если у одного из них электронные связи с ядром очень слабые, а у другого, наоборот – очень сильные.

На практике это означает, что в веществах, у которых электроны вращаются на удалённых орбитах, часть электронов теряют свои связи с ядрами и слабо взаимодействуют с атомами.

Поэтому, при электризации (тесном контакте с веществами), у которых проявляются более сильные электронные связи с ядрами, происходит перетекание свободных электронов. Таким образом, наличие слабых и сильных электронных связей является главным условием электризации тел.

Поскольку в кислотных и щелочных электролитах могут перемещаться и ионы, то электризация жидкости возможна путём перераспределения собственных ионов, как это имеет место при электролизе.

Способы электризации тел

Существует несколько способов электризации, которые
условно можно разделить на две группы:

  1. Механическое воздействие:
    • электризация соприкосновением;
    • электризация трением;
    • электризация при ударе.
  2. Влияние внешних сил:
    • электрическое поле;
    • воздействие света (фотоэффект);
    • влияние тепла (термопары);
    • химические реакции;
    • давление (пьезоэффект).

Чем можно наэлектризовать металлРис. 4. Способы электризации

Наиболее распространённым способом электризации тел в природе является трение. Чаще всего происходит трение воздуха при контакте его с твёрдыми или жидкими веществами. В частности, в результате такой электризации происходят грозовые разряды.

Электризация трением нам известна ещё со школьной скамьи. Мы могли наблюдать наэлектризованные трением небольшие  эбонитовые палочки. Отрицательный заряд потёртых об шерсть палочек определяется избытком электронов. Шерстяная ткань при этом заряжается положительным электричеством.

Подобный опыт можно провести со стеклянными палочками, но натирать их необходимо шёлком или синтетическими тканями. При этом,  в результате трения стеклянные наэлектризованные палочки заряжаются положительно, а ткань – отрицательно. В остальном между стеклянным электричеством и зарядом эбонита  различий нет.

Чтобы наэлектризовать проводник (например, металлический стержень), необходимо:

  1. Изолировать металлический предмет.
  2. Прикоснуться к нему положительно заряженным телом, например стеклянной палочкой.
  3. Отвести часть заряда на землю (кратковременно заземлить один конец стержня).
  4. Убрать заряженную палочку.

При этом заряд на стержне равномерно распределится по его поверхности. Если металлический предмет неправильной формы, заряды распределятся неравномерно – концентрация электронов будет больше на выпуклостях и меньше на впадинах. При разделении тел происходит перераспределение заряженных частиц.

Свойства наэлектризованных тел

  • Притягивание (отталкивание) мелких предметов – признак наэлектризованности. Два тела, заряженных одноимённо, противодействуют (отталкиваются), а разнознаковые – притягиваются. На этом принципе основана работа электроскопа – прибора для измерения величины заряда (см. рис. 5).

Чем можно наэлектризовать металлРис. 5. Электроскоп

  • Избыток зарядов
    нарушает равновесие во взаимодействии элементарных частиц. Поэтому каждое
    заряженное тело стремится избавиться от своего заряда. Часто такое избавление
    сопровождается молниеносным разрядом.

Применение на практике

  • очистка воздуха с помощью электростатических фильтров;
  • электростатическая окраска металлических поверхностей;
  • производство синтетического меха, путём притягивания наэлектризованного ворса к тканевой основе, и др.

Вредное воздействие:

  • влияние статических разрядов на чувствительные электронные изделия;
  • воспламенение паров ГСМ от разрядов статического электричества.

Способы борьбы: заземление ёмкостей с горючим, работа в антистатической одежде, заземление инструментов и т.п.

Видео в дополнение темы

Электризация тел при соприкосновении. Взаимодействие заряженных тел. Два рода зарядов

948. Шар заряжен положительно. Ученик дотронулся до него пальцем. Как изменился заряд шара? Заряд через тело ученика уйдет в землю.

949. Металлическая сфера имеет заряд, равный -1,6 нКл. Сколько избыточных электронов на сфере?

Чем можно наэлектризовать металл

950. После того как стеклянную палочку потерли, ее заряд стал равен 3,2 мкКл. Сколько электронов было снято с палочки при трении?

Чем можно наэлектризовать металл

951. На металлическом шарике находится 4,8 • 1010 избыточных электронов. Чему равен его заряд?

Чем можно наэлектризовать металл

952. Электроскоп зарядили до -3,2 • 10-10 Кл. Сколько избыточных электронов на электроскопе?

Чем можно наэлектризовать металл

953. Можно ли наэлектризовать кусок металла? Какие условия для этого необходимы? Можно, воздействуя на него электрическим полем.

954. При взаимном трении электризуются оба тела, но зарядами противоположного знака. Каким опытом это можно продемонстрировать? Если потереть сухое сукно о эбонитовую палочку, то палочка притягивается к сункну.

955. На тонких шелковых нитях подвешены два одинаковых пробковых шарика, один заряженный, другой — незаряженный. Как определить, какой шарик заряжен? Поднести к шарикам наэлектризованную эбонитовую палочку. Заряженный шар притянется либо оттолкнется от нее.

956. Два разных по величине заряда находятся на некотором расстоянии друг от друга. Между ними помещен третий заряд одинакового с ними знака, который остается в равновесии. Ближе к какому из двух зарядов находится третий? Третий заряд находится ближе к меньшему заряду, т.е. от большего он отталкивается сильнее.

Читайте также:  Как получают металл для детей

957. Чем объяснить, что легкий пробковый шарик сначала притягивается к наэлектризованной палочке, а затем отталкивается от нее? Шарик в электростатическом поле поляризуется. На поверхности сосредотачивается противоположный заряд и шарик притягивается к палочке. После соприкосновения, часть заряда переходит на шарик, который получает заряд такого же знака и отталкивается от палочки.

958. Между двумя горизонтальными противоположно заряженными пластинами висит в воздухе незаряженная капля воды (рис. 88). Почему капля не падает вниз? На каплю действует электростатическая сила, противоположно направления силе тяжести.

959. Электронная теория утверждает, что в металлических проводниках свободно передвигаться могут только электроны — отрицательные заряды. Тогда как объяснить, что металлический предмет может быть заряжен положительно? Положительный заряд можно объяснить недостатком электронов.

960. На рисунке 89 изображены два противоположно заряженных тела А и В. Около тела А поместили легкий положительно заряженный шарик а. Что произойдет с шариком а? Начертите кривую, по которой будет двигаться шарик а.

Чем можно наэлектризовать металл

961. Почему незаряженный бузиновый шарик притягивается как к положительно, так и отрицательно заряженному шарику? На незаряженном шарике сосредотачивается заряд, противоположный по знаку заряженному шару и шарик притягивается к нему.

962. Почему, держа в руке, можно наэлектризовать трением пластмассовую расческу и нельзя — металлическую расческу? Потому что пластмасса является диэлектриком, а металл – проводником.

963. Почему, держа в руке, нельзя наэлектризовать трением металлический стержень, даже если коснуться этим стержнем заряженного тела? Потому что заряд через тело сразу уйдет в землю.

964. Если к заряженному шарику электроскопа поднести, не касаясь шарика, тело с противоположным зарядом, листочки электроскопа сближаются. Почему? Часть заряда с листочков под действием электростатических сил перейдет шарик электроскопа.

965. Если коснуться шарика заряженного электроскопа рукой, электроскоп разряжается. Почему? Заряд через тело человека пройдет в землю.

966. Когда к шарику заряженного электроскопа, не касаясь шарика, подносят руку, листочки электроскопа сближаются. Почему? На руке сосредотачивается заряд, противоположный по знаку заряду электроскопа и часть заряда с листочков переходит в шарик.

967. Палочку, заряженную положительно, подносят к шарику незаряженного электроскопа (не касаясь шарика). Какой заряд получается на листочках электроскопа? На поверхности шарика появится отрицательный заряд, на листочках- положительный.

968. Шары А и В заряжены противоположно. Помещенный между ними положительно заряженный маленький шарик движется к телу В. Какой из шаров заряжен положительно? Шар В заряжен отрицательно, шар А- положительно.

969. Для чего стержень электроскопа делают металлическим? Чтобы заряд с шарика передавался на листочки.

970. Для того чтобы электроскоп точнее показал величину заряда, его заземляют — соединяют его внешнюю поверхность с землей (рис. 90). Зачем это делается? Что бы на корпусе электроскопа не было заряда.

971. В опытах по электризации рекомендуется подвешивать наэлектризованные предметы на простых нитях, а не на шелковых. Почему? Шелк хуже проводит электрический заряд.

972. Почему наэлектризованная стеклянная палочка притягивает к себе легкие предметы: кусочки бумаги, пробки, бузиновые шарики и др.? На поверхности этих тел сосредотачивается противоположные заряды, которые будут притягиваться.

973. Как с помощью электроскопа определить знак заряда тела? Прикоснутся заряженным телом шарика электроскопа, после, приблизить заряженное тело, знак заряда которого известен. Если листочки опустятся, заряды различны.

974. Почему при высокой влажности воздуха трудно, а иногда почти невозможно зарядить электроскоп? Заряд уходит с электроскопа через частицы влаги.

975. Известно, что если к заряженному металлическому шару прикоснуться незаряженным, то после разъединения оба шара оказываются заряженными. Однако при соединении заряженного шара с землей он почти совершенно разряжается. Почему? Большая часть заряда переходит к большему телу. Размер Земли несоизмеримо больше любого находящегося на ней тела.

976. Почему в проводниках избыточные заряды располагаются только по поверхности? Электроны отталкиваются друг от друга и распределяются так, чтобы напряженность поля внутри была минимальной.

977. К шарику незаряженного электроскопа (не касаясь его) подносят отрицательно заряженное тело. Определите знаки зарядов у шарика и у листочков электроскопа. На шарике появляется положительный заряд, на листочках отрицательный.

978. Два незаряженных электроскопа соединены между собой металлической проволокой (рис. 91). К шарику одного (не касаясь его) поднесли положительно заряженную палочку. Какие заряды окажутся на шариках и листочках каждого электроскопа?

На правом электроскопе: на шарике «-» на листочках «+»; на левом электроскопе: на шарике «+» на листочках «-».

979. Заряженную палочку убрали от электроскопов предыдущей задачи. Что произошло с листочками обоих электроскопов? Листочки опустятся.

980. Что нужно сделать, чтобы электроскопы (см. рис. 91) после отведения палочки оставались заряженными? Перерезать металлическую проволоку.

981. Если электроскопы (см. рис. 91) после отведения палочки остались заряженными, то какого знака заряды окажутся на шариках и листочках каждого электроскопа? Левый — отрицательный, правый – положительный.

982. Ответьте на вопросы задач 969-972 для случая, когда к электроскопу подносится эбонитовая палочка, потертая о мех. На палочке будет отрицательный заряд. Все заряды поменяются на положительные.

983. Чтобы наэлектризовать электроскоп положительно, к шарику его приближают отрицательно наэлектризованную палочку. Затем, не удаляя палочки, на мгновение прикасаются к шарику рукой. После этого убирают палочку, и электроскоп оказывается заряженным. Проделайте такой опыт и объясните его.  Отрицательный заряд палочки переменят положительный заряд с руки на шарик.

984. Зарядите таким же образом электроскоп отрицательно. Каким зарядом и какую палочку нужно для этого наэлектризовать и поднести к электроскопу? Объясните этот процесс на основе электронной теории. Нужно поднести к нему положительно заряженную палочку, затем на мгновение коснуться шарика рукой. Положительный заряд палочки перетянет отрицательный заряд с руки на шарик.

985. Металлический изолированный цилиндр соединен с электроскопом. Наличие каких зарядов покажет электроскоп в следующих случаях: а) в цилиндр вносится положительно заряженный шарик, не соприкасающийся с ним; б) заряженным шариком прикасаются к внутренней поверхности цилиндра;

  • в) шарик вводится внутрь цилиндра (не касаясь его), затем прикасаются к цилиндру рукой, отнимают руку и удаляют шарик из цилиндра?
  • В) отрицательно, если шарик был заряжен положительно.

А) положительных Б) положительных, если шарик заряжен положительно.

Способ электризации, который возможен только в металлах

Поставим две разноименные заряженные пластины, одну с положительным зарядом, другую с отрицательным зарядом.

Дальше нужен специальный стержень из металла, лучше из цветного, например, из меди. Стержень надо разделить на две половинки и каждую часть закрепить на стеклянной (диэлектрик) ручке.

Половинки соединяем и внесем в пространство между пластинами. Между пластинами действует электрическое поле, значит стержень, внесенный между пластинами, находится в электрическом поле.

Стрелкой показано направление движения электронов.Стрелкой показано направление движения электронов.

Теперь стержень, держа за ручки из диэлектрика, надо разделить, не убирая из пространства между пластинами (из электрического поля). выносим половинки по отдельности из поля и проверяем с помощью бумаги их заряд. Обнаруживаем, что части стержня зарядились, причем зарядились разными зарядами, одна положительно, вторая отрицательно.

Левая заряжена отрицательно, правая положительно.Левая заряжена отрицательно, правая положительно.

Сложим половинки вместе, и опа, заряда нет. Металл — нейтральный.

Металл в процессе опыта ни к чему не прикасался и ничем не натирался. В чем же суть процесса? В том, что в металле есть свободные электроны, которые могут перемещаться по всему металлу. Электроны с отрицательными зарядами притягиваются к положительной пластине и начинают двигаться в ее сторону.

Рисунок автора.

Читайте также:  Где можно собирать металл

Соответственно одна половинка стержня заряжается отрицательно, другая половинка из которой сбежали электроны становится положительно заряженной.

При соединении частей вместе, все электроны вернутся на свои места и металлический стержень станет нейтральным.

Такой способ называется электризация влиянием. Она возможна только в металлах. Фарфор. стекло, резину таким способом наэлектризовать не удастся.

Подписывайтесь, делитесь в соцсетях. Не забывайте про лайки. Спасибо.

Способы наэлектризовать тело (с примерами) — Наука — 2022

Видео: Способы наэлектризовать тело (с примерами)

Видео: Способы электризации тел

Содержание:

Есть три способы наэлектризовать тело, или что то же самое, вызывают небольшой дисбаланс в его электрических зарядах, так что объект приобретает чистый заряд. Эти формы электризации — трение, индукция и контакт.

Древние греки заметили, что янтарь, ископаемый сок дерева, был способен притягивать волосы или кусочки волокна, когда их натирали кожаной тканью. Из-за этого материал на короткое время был наэлектризован.

Этим интересным свойством обладают и другие материалы, например стекло, пластик и некоторые драгоценные камни.

Например, когда вы отделяете части одежды, только что вынутые из сушилки, вылетают искры, что указывает на то, что одежда каким-то образом наэлектризовалась после вращения в барабане. А если энергично расчесать волосы пластиковой расческой, они будут притягивать кусочки бумаги.

Также бывает, что при скольжении по сиденью автомобиля ощущается неприятный толчок при прикосновении к ручке или кузову.

Эти явления происходят из субатомных частиц: протонов с положительным зарядом, нейтронов без заряда и электронов с отрицательным зарядом.

Обычно вещества находятся в нейтральном состоянии, поскольку атомы имеют такое же количество протонов, что и электроны. Но натерев некоторые из них шерстью, шелком или мехом, они могут притягивать или отталкивать другие материалы.

И если электрически заряженное тело соприкасается со вторым объектом или приближается к нему, оно способно давать или собирать заряды, оставляя другой в равной степени наэлектризованным. Посмотрим, как это происходит.

Электрификация трением

Электрификация трением состоит из трения одного материала о другой, таким образом, один из них захватывает или отдает электроны, оставляя оба с определенным общим зарядом.

Электроны, хотя и прикреплены к ядру атома, состоящему из протонов и нейтронов, обладают хорошей подвижностью, а в некоторых случаях самые удаленные из них могут даже отсоединяться. Конечно, для этого вам придется проделать объем работы, который будет зависеть от характера материала.

Расчесывание волос пластиковой расческой высвобождает электроны из волос и попадает в пластик, оставляя его с избытком.

Мы также можем попробовать натереть стеклянные или эбонитовые бруски шелковой тканью. Электроны выходят из стекла и переходят на шелк, который легко принимает их.

Теперь, подойдя к двум стеклянным стержням, натертым шелковой тканью, можно заметить, чтоони отталкивают. С другой стороны, протерев эбонитовый или пластиковый брусок кроличьей шерсти и поднося поближе стеклянный, натертый шелком, мы видим, чтоони привлекают.

То же самое происходит и с другими материалами: одни притягиваются друг к другу после трения, а другие отталкиваются. В любом случае это связано с избытком или дефектом электронов.

Это означает, что существует два вида электрического заряда. Когда два тела имеют разные типы заряда, они притягиваются. Но если они одного типа, они отталкивают друг друга.

Бенджамин Франклин (1706-1790) провел много таких экспериментов и предложил имя положительное электричество который приобретает стекло, натертое шелком, а другой вид груза был переименован отрицательное электричество.

Сохранение и квантование электрического заряда

Важно отметить, что в процессе загрузки он не создается и не уничтожается. Мы наблюдаем, что нагрузка переходит от одного материала к другому, поэтому можно установить принцип сохранения электрического заряда, как основополагающий принцип физики.

Это аналогично тому, когда мы говорим, что энергия не создается и не уничтожается, а трансформируется. Таким же образом установлено, что электрический заряд не создается и не разрушается, он только передается от одного тела к другому.

  • Другой важный факт заключается в том, что когда происходит перенос электронов от одного материала к другому, он всегда происходит целиком, потому что электроны не разделены на фракции.
  • Таким образом, делается вывод, что электрический заряд квантован, являясь квант заряд — наименьший возможный заряд — у электрона, обозначается символом а также и отрицательный знак:
  • е = -1,6 х 10 -19 кулон.
  • Кулон, обозначаемый сокращенно C, является единицей СИ для электрического заряда.

Объект, заряженный, скажем, избыточными электронами, имеет отрицательный заряд в n раз больше. С другой стороны, один с электронным дефектом имеет заряд н.э. сположительный знак.

Индукционная электрификация

Как бы сильно они ни терлись, металлические предметы не приобретают чистый заряд в результате трения.

Но металлический шар наэлектризуется, когда к заряженному жесткому пластиковому или резиновому бруску приближают с одной стороны и не трогают, а к нему прикасаются пальцем с противоположной стороны.

Таким образом, отрицательный заряд перейдет от сферы к телу человека. Затем палец убирается, и стержень удаляется, и, таким образом, сфера остается с чистым положительным зарядом.

Эксперимент работает независимо от того, имеет ли стержень положительный или отрицательный заряд, но сфера должна быть металлической, потому что, если она сделана из стекла, ее нельзя заряжать таким образом.

Это связано с очень интересным свойством: электроны в металле обладают большей подвижностью, чем в стекле или пластике.

Проводники и изоляторы

Как мы видели, материалы по-разному реагируют на электрификацию. Янтарь, пластик, стекло и жесткая резина относятся к группе, известной какизоляторы, а металлы и солевые растворы — водители.

  1. В проводниках, по крайней мере, один из самых удаленных электронов атома имеет возможность отделяться и перемещаться внутри материала.
  2. Таким образом, если агент выполняет необходимую работу, электроны могут упорядоченно перемещаться по металлическим проводам или в соленой воде и, таким образом, создавать электрический ток.
  3. Следует отметить, что существует также большое разнообразие материалов с промежуточным поведением, которые называются полупроводники, очень важно при производстве электронных устройств.

Контактная электризация

Электрический заряд протекает между двумя объектами, находящимися в прямом контакте. Если в одном есть избыточные электроны, часть перейдет к другому объекту. А если наоборот — дефект, один из объектов может отдать электроны другому, оставив тела с зарядами одного знака.

Например, при прикосновении к металлической сфере предварительно заряженным пластиковым стержнем часть лишних электронов от стержня проходит прямо в сферу.

Таким образом, металлический шар заряжается прямым контактом, распределяя избыточный заряд между ними, всегда соблюдая принцип сохранения заряда.

Мы также можем поставить в контакт два заряженных металлических шара, помещенных в изолирующие опоры. Если сферы идентичны, заряд делится между ними поровну.

Ссылки

  1. Бауэр, В. 2011. Физика для инженерии и науки. Том 2. Мак Гроу Хилл.
  2. Фигероа, Д. Серия по физике для науки и техники. Том 5 Электростатика. Под редакцией Д. Фигероа. USB.
  3. Джамбаттиста, А. 2010. Физика. 2-й. Эд. Макгроу Хилл.
  4. Джанколи, Д. 2006. Физика: принципы с приложениями. 6-е. Эд Прентис Холл.
  5. Томас, В. 2007. Концептуальная физика. Макгроу Хилл.
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector