Ακόμα και στην αρχαιότητα ήταν γνωστό ότι αν τρίβετε κεχριμπάρι στο μαλλί, αρχίζει να προσελκύει ελαφριά αντικείμενα στον εαυτό του. Αργότερα, η ίδια ιδιότητα βρέθηκε σε άλλες ουσίες (γυαλί, εβονίτης κ.λπ.). Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται εξηλεκτρισμός, και τα σώματα που είναι ικανά να προσελκύσουν άλλα αντικείμενα στον εαυτό τους μετά το τρίψιμο ηλεκτροδοτούνται. Το φαινόμενο της ηλεκτροδότησης εξηγήθηκε με βάση την υπόθεση της ύπαρξης φορτίων που αποκτά ένα ηλεκτρισμένο σώμα.

Απλά πειράματα για την ηλεκτροδότηση διαφόρων σωμάτων απεικονίζουν τις ακόλουθες διατάξεις.

  • Υπάρχουν δύο τύποι χρεώσεων: θετικό (+) και αρνητικό (-). Ένα θετικό φορτίο προκύπτει όταν το γυαλί τρίβεται στο δέρμα ή στο μετάξι και ένα αρνητικό $ - $ όταν το κεχριμπάρι (ή το εβονίτη) τρίβεται στο μαλλί.
  • Οι χρεώσεις (ή τα φορτισμένα σώματα) αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Όπως οι χρεώσεις αποκρούουν, σε αντίθεση με $ - $ προσελκύει.

Η κατάσταση ηλεκτροδότησης μπορεί να μεταφερθεί από το ένα σώμα στο άλλο, το οποίο σχετίζεται με τη μεταφορά ηλεκτρικού φορτίου. Σε αυτήν την περίπτωση, ένα μεγαλύτερο ή μικρότερο φορτίο μπορεί να μεταφερθεί στο σώμα, δηλαδή, το φορτίο έχει μέγεθος. Κατά την ηλεκτροκίνηση με τριβή, και τα δύο σώματα αποκτούν μια χρέωση, ένα $ - $ θετικό και το άλλο $ - $ αρνητικός. Πρέπει να υπογραμμιστεί ότι οι απόλυτες τιμές των φορτίων των σωμάτων που τροφοδοτούνται με τριβή είναι ίσες, κάτι που επιβεβαιώνεται από πολλά πειράματα.

Κατέστη δυνατό να εξηγηθεί γιατί τα σώματα ηλεκτρίζονται (δηλαδή φορτίζονται) κατά τη διάρκεια της τριβής μετά την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου και τη μελέτη της δομής του ατόμου. Όπως γνωρίζετε, όλες οι ουσίες αποτελούνται από άτομα, τα οποία, με τη σειρά τους, αποτελούνται από στοιχειώδη σωματίδια $ - $ αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, θετικά φορτισμένα πρωτόνια και ουδέτερα σωματίδια $ - $ νετρόνια. Τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια είναι φορείς στοιχειωδών (ελάχιστων) ηλεκτρικών φορτίων. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια (νουκλεόνια) αποτελούν τον θετικά φορτισμένο πυρήνα του ατόμου, γύρω από τον οποίο περιστρέφονται αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, ο αριθμός των οποίων είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων, έτσι ώστε το άτομο στο σύνολό του να είναι ηλεκτρικά ουδέτερο. Υπό κανονικές συνθήκες, τα σώματα που αποτελούνται από άτομα (ή μόρια) είναι ηλεκτρικά ουδέτερα. Ωστόσο, κατά τη διαδικασία της τριβής, μέρος των ηλεκτρονίων που έχουν αφήσει τα άτομα τους μπορεί να κινηθεί από το ένα σώμα στο άλλο. Σε αυτήν την περίπτωση, η κίνηση ηλεκτρονίων δεν υπερβαίνει τις διατομικές αποστάσεις. Αλλά εάν, μετά από τριβή, τα σώματα αποσυνδεθούν, τότε θα φορτιστούν: το σώμα που εγκατέλειψε μερικά από τα ηλεκτρόνια του θα φορτιστεί θετικά και το σώμα που τα αγόρασε αρνητικά $ - $.

Έτσι, τα σώματα είναι ηλεκτρικά, δηλαδή, λαμβάνουν ηλεκτρικό φορτίο όταν χάνουν ή αποκτούν ηλεκτρόνια. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η ηλεκτροκίνηση οφείλεται στην κίνηση των ιόντων. Σε αυτήν την περίπτωση, δεν προκύπτουν νέα ηλεκτρικά φορτία. Υπάρχει μόνο μια κατανομή των υπαρχόντων φορτίων μεταξύ των φορέων ηλεκτροδότησης: μερικά από τα αρνητικά φορτία μεταφέρονται από το ένα σώμα στο άλλο.

Κατά τη διάρκεια αυτού του μαθήματος, θα συνεχίσουμε να εξοικειώνουμε με τις «φάλαινες» στις οποίες βρίσκεται η ηλεκτροδυναμική - ηλεκτρικά φορτία. Θα μελετήσουμε τη διαδικασία ηλεκτροδότησης, θα εξετάσουμε σε ποια αρχή βασίζεται αυτή η διαδικασία. Ας μιλήσουμε για δύο τύπους χρεώσεων και διατυπώσουμε το νόμο περί διατήρησης για αυτές τις χρεώσεις.

Στο τελευταίο μάθημα, αναφέραμε ήδη τα πρώτα πειράματα στην ηλεκτροστατική. Όλα αυτά βασίστηκαν στο τρίψιμο μιας ουσίας από την άλλη και στην περαιτέρω αλληλεπίδραση αυτών των σωμάτων με μικρά αντικείμενα (σωματίδια σκόνης, απορρίμματα χαρτιού ...). Όλες αυτές οι εμπειρίες βασίζονται στη διαδικασία ηλεκτροδότησης.

Ορισμός.Εξηλεκτρισμός- διαχωρισμός των ηλεκτρικών φορτίων. Αυτό σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια από το ένα σώμα πηγαίνουν στο άλλο (Εικ. 1).

Σύκο. 1. Διαχωρισμός των ηλεκτρικών φορτίων

Μέχρι την ανακάλυψη της θεωρίας των δύο θεμελιωδώς διαφορετικών φορτίων και του στοιχειώδους φορτίου ενός ηλεκτρονίου, πιστεύεται ότι ένα φορτίο είναι ένα είδος αόρατου υπερ-ελαφρού υγρού, και εάν βρίσκεται στο σώμα, τότε το σώμα έχει ένα φορτίο και το αντίστροφο.

Τα πρώτα σοβαρά πειράματα σχετικά με την ηλεκτροδότηση διαφόρων σωμάτων, όπως ήδη αναφέρθηκε στο προηγούμενο μάθημα, πραγματοποιήθηκαν από τον Άγγλο επιστήμονα και ιατρό William Hilbert (1544-1603), αλλά δεν μπόρεσε να ηλεκτροδοτήσει τα μεταλλικά σώματα και θεώρησε ότι η ηλεκτροδότηση των μετάλλων ήταν αδύνατη. Ωστόσο, αυτό αποδείχθηκε αναληθές, το οποίο αργότερα αποδείχθηκε από τον Ρώσο επιστήμονα Petrov. Ωστόσο, το επόμενο πιο σημαντικό βήμα στη μελέτη της ηλεκτροδυναμικής (δηλαδή, η ανακάλυψη ανόμοιων φορτίων) έγινε από τον Γάλλο επιστήμονα Charles Dufay (1698-1739). Ως αποτέλεσμα των πειραμάτων του, καθιέρωσε την παρουσία, όπως τους ονόμασε, από φορτίο γυαλιού (τρίψιμο γυαλιού έναντι μεταξιού) και ρητίνης (κεχριμπάρι έναντι γούνας).

Λίγο καιρό αργότερα, διατυπώθηκαν οι ακόλουθοι νόμοι (Εικ. 2):

1) όπως οι χρεώσεις απωθούνται αμοιβαία.

2) οι αντίθετες χρεώσεις προσελκύονται αμοιβαία.

Σύκο. 2. Αλληλεπίδραση χρεώσεων

Οι ονομασίες για θετικά (+) και αρνητικά (-) φορτία εισήχθησαν από τον Αμερικανό επιστήμονα Benjamin Franklin (1706-1790).

Συνήθως, είναι συνηθισμένο να καλείτε ένα θετικό φορτίο που σχηματίζεται σε μια γυάλινη ράβδο εάν το τρίβετε με χαρτί ή μετάξι (Εικ. 3) και ένα αρνητικό - σε μια ράβδο έβενης ή κεχριμπαριού εάν το τρίβετε με γούνα (Εικ . 4).

Σύκο. 3. Θετική χρέωση

Σύκο. 4. Αρνητική χρέωση

Η ανακάλυψη του Thomson για το ηλεκτρόνιο έκανε τελικά τους επιστήμονες να καταλάβουν ότι κατά τη διάρκεια της ηλεκτροδότησης, δεν μεταδίδεται ηλεκτρικό υγρό στο σώμα και δεν εφαρμόζεται φορτίο από το εξωτερικό. Υπάρχει αναδιανομή των ηλεκτρονίων, ως οι μικρότεροι φορείς αρνητικού φορτίου. Στην περιοχή όπου έρχονται, ο αριθμός τους γίνεται μεγαλύτερος από τον αριθμό των θετικών πρωτονίων. Έτσι, εμφανίζεται ένα μη αντισταθμιζόμενο αρνητικό φορτίο. Αντίθετα, στην περιοχή από την οποία φεύγουν, υπάρχει έλλειψη αρνητικών χρεώσεων που απαιτούνται για την αντιστάθμιση των θετικών. Έτσι, η περιοχή χρεώνεται θετικά.

Καθιερώθηκε όχι μόνο η παρουσία δύο διαφορετικών τύπων χρεώσεων, αλλά και δύο διαφορετικών αρχών της αλληλεπίδρασής τους: η αμοιβαία απώθηση δύο φορέων με τις ίδιες χρεώσεις (του ίδιου σημείου) και, κατά συνέπεια, η προσέλκυση φορέων με αντίθετες χρεώσεις .

Η ηλεκτροδότηση μπορεί να γίνει με διάφορους τρόπους:

  • τριβή;
  • με άγγιγμα
  • πλήγμα;
  • καθοδήγηση (μέσω επιρροής) ·
  • ακτινοβολία;
  • χημική αλληλεπίδραση.

Ηλεκτρισμός μέσω τριβής και ηλεκτροδότηση μέσω επαφής

Όταν μια γυάλινη ράβδος τρίβεται πάνω σε χαρτί, η ράβδος φορτίζεται θετικά. Σε επαφή με μια μεταλλική βάση, το ραβδί μεταφέρει ένα θετικό φορτίο στο χαρτί σουλτάνο, και τα πέταλά του απωθούν μεταξύ τους (Εικ. 5). Αυτή η εμπειρία δείχνει ότι οι χρεώσεις με το ίδιο όνομα απωθούνται μεταξύ τους.

Σύκο. 5. Ηλεκτρισμός με άγγιγμα

Ως αποτέλεσμα τριβής κατά της γούνας, ο εβονίτης αποκτά αρνητικό φορτίο. Φέρνοντας αυτό το ραβδί στο χαρτί σουλτάνο, βλέπουμε πώς τα πέταλα προσελκύονται σε αυτό (βλ. Εικ. 6).

Σύκο. 6. Προσέλκυση αντίθετων χρεώσεων

Ηλεκτροκίνηση μέσω επιρροής (καθοδήγηση)

Βάζουμε έναν κυβερνήτη σε στάση με τον Σουλτάνο. Μετά την ηλεκτροδότηση της γυάλινης ράβδου, φέρτε την πιο κοντά στον χάρακα. Η τριβή μεταξύ του χάρακα και της βάσης θα είναι μικρή, έτσι μπορείτε να παρατηρήσετε την αλληλεπίδραση ενός φορτισμένου σώματος (ραβδί) και ενός σώματος που δεν έχει φορτίο (χάρακα).

Κατά τη διάρκεια κάθε πειράματος, πραγματοποιήθηκε διαχωρισμός φορτίου, δεν εμφανίστηκαν νέες χρεώσεις (Εικ. 7).

Σύκο. 7. Ανακατανομή των χρεώσεων

Έτσι, εάν έχουμε κοινοποιήσει το ηλεκτρικό φορτίο στο σώμα με οποιαδήποτε από τις παραπάνω μεθόδους, φυσικά, πρέπει να εκτιμήσουμε το μέγεθος αυτού του φορτίου με κάποιο τρόπο. Για αυτό, χρησιμοποιείται μια συσκευή ηλεκτρομέτρου, η οποία εφευρέθηκε από τον Ρώσο επιστήμονα M.V. Λομονόσοφ (Εικ. 8).

Σύκο. 8. M.V. Λομονόσοφ (1711-1765)

Το ηλεκτρόμετρο (Εικ. 9) αποτελείται από ένα στρογγυλό δοχείο, μια μεταλλική ράβδο και μια ελαφριά ράβδο που μπορούν να περιστρέφονται γύρω από έναν οριζόντιο άξονα.

Σύκο. 9. Ηλεκτρόμετρο

Όταν δίνουμε φόρτιση στο ηλεκτρόμετρο, σε κάθε περίπτωση (τόσο για θετικά όσο και για αρνητικά φορτία) φορτίζουμε τόσο τη ράβδο όσο και το βέλος με τις ίδιες φορτίσεις, με αποτέλεσμα την εκτροπή του βέλους. Το φορτίο εκτιμάται από τη γωνία εκτροπής (Εικ. 10).

Σύκο. 10. Ηλεκτρόμετρο. Γωνία παραμόρφωσης

Εάν πάρετε μια ηλεκτρική γυάλινη ράβδο και την αγγίξετε στο ηλεκτρόμετρο, το βέλος θα παρεκκλίνει. Αυτό υποδεικνύει ότι ένα ηλεκτρικό φορτίο έχει μεταδοθεί στο ηλεκτρόμετρο. Κατά τη διάρκεια του ίδιου πειράματος με μια ράβδο εβονίτη, αυτή η επιβάρυνση αντισταθμίζεται (Εικ. 11).

Σύκο. 11. Αποζημίωση της φόρτισης του ηλεκτρομέτρου

Δεδομένου ότι έχει ήδη αναφερθεί ότι δεν δημιουργείται καμία χρέωση, αλλά πραγματοποιείται μόνο αναδιανομή, είναι λογικό να διατυπωθεί ο νόμος για τη διατήρηση της χρέωσης:

Σε ένα κλειστό σύστημα, το αλγεβρικό άθροισμα των ηλεκτρικών φορτίων παραμένει σταθερό(εικ. 12). Ένα κλειστό σύστημα είναι ένα σύστημα αμαξιδίων από τα οποία δεν φεύγουν φορτία και στο οποίο δεν εισέρχονται φορτισμένα σώματα ή φορτισμένα σωματίδια.

Σύκο. 13. Νόμος περί διατήρησης των τελών

Αυτός ο νόμος θυμίζει τον νόμο της διατήρησης της μάζας, καθώς τα φορτία υπάρχουν μόνο μαζί με σωματίδια. Οι χρεώσεις καλούνται πολύ συχνά κατ 'αναλογία την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας.

Ο νόμος για τη διατήρηση των χρεώσεων δεν έχει εξηγηθεί πλήρως, καθώς οι χρεώσεις εμφανίζονται και εξαφανίζονται μόνο σε ζευγάρια. Με άλλα λόγια, εάν τα τέλη γεννιούνται, τότε μόνο θετικά και αρνητικά ταυτόχρονα, και ίσο σε μέγεθος.

Στο επόμενο μάθημα, θα εξετάσουμε λεπτομερέστερα τις ποσοτικές εκτιμήσεις της ηλεκτροδυναμικής.

Λίστα αναφορών

  1. Tikhomirova S.A., Yavorskiy B.M. Φυσική (βασικό επίπεδο) - Μ .: Mnemosina, 2012.
  2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Φυσική τάξη 10. - Μ.: Ileksa, 2005.
  3. Kasyanov V.A. Φυσική τάξη 10. - Μ.: Bustard, 2010.
  1. Πύλη Διαδικτύου "youtube.com" ()
  2. Διαδικτυακή πύλη "abcport.ru" ()
  3. Διαδικτυακή πύλη "planeta.edu.tomsk.ru" ()

Εργασία για το σπίτι

  1. Π. 356: Νο. 1-5. Kasyanov V.A. Φυσική τάξη 10. - Μ.: Bustard. 2010
  2. Γιατί η βελόνα του ηλεκτροσκοπίου αποκλίνει όταν αγγίζεται από ένα φορτισμένο σώμα;
  3. Η μία μπάλα φορτίζεται θετικά, η άλλη αρνητική. Πώς θα αλλάξει η μάζα των μπαλών όταν αγγίζουν;
  4. * Φέρτε τη φορτισμένη μεταλλική ράβδο στη μπάλα του φορτισμένου ηλεκτροσκοπίου, χωρίς να την αγγίξετε. Πώς θα αλλάξει η παραμόρφωση του βέλους;
Διαδραστική παρουσίαση υλικού για το θέμα "Επεξήγηση της ηλεκτροδότησης. Νόμος διατήρησης χρεώσεων ";
Ηλεκτρικό πεδίο
Ηλεκτρικά φαινόμενα στη φύση και την τεχνολογία
Παρακολουθήστε την φωνητική παρουσίαση.

Σώμα ηλεκτρίζω, δηλ. πάρτε ένα ηλεκτρικό φορτίοόταν κερδίζουν ή χάνουν ηλεκτρόνια. Σε αυτήν την περίπτωση, δεν προκύπτουν νέα ηλεκτρικά φορτία. Υπάρχει μόνο μια κατανομή των υπαρχόντων φορτίων μεταξύ των φορέων ηλεκτροδότησης: μερικά από τα αρνητικά φορτία μεταφέρονται από το ένα σώμα στο άλλο.

Μέθοδοι ηλεκτροδότησης:

1) ηλεκτροδότηση τριβή: εμπλέκονται ανόμοια σώματα. Τα σώματα αποκτούν χρεώσεις για το ίδιο συντελεστή, αλλά διαφορετικό σε σημείο.

2) ηλεκτροδότηση Επικοινωνία: Όταν ένα φορτισμένο και ένα μη φορτισμένο σώμα έρχεται σε επαφή, μέρος της φόρτισης μεταφέρεται στο μη φορτισμένο σώμα, δηλαδή, και τα δύο σώματα αποκτούν μια φόρτιση του ίδιου σημείου.

3) ηλεκτροδότηση μέσω επιρροής: με την ηλεκτροδότηση μέσω επιρροής, μπορείτε να πάρετε μια αρνητική φόρτιση στο σώμα με θετική φόρτιση και το αντίστροφο

Τα σώματα που αποτελούνται από ουδέτερα σωματίδια (άτομα και μόρια) δεν έχουν φορτίο υπό κανονικές συνθήκες. Ωστόσο, το διαδικασία τριβής μερικά από τα ηλεκτρόνια που έχουν αφήσει τα άτομα τους μπορούν να κινηθούν από το ένα σώμα στο άλλο. Σε αυτήν την περίπτωση, οι μετατοπίσεις ηλεκτρονίων δεν υπερβαίνουν το μέγεθος των διατομικών αποστάσεων. Αλλά εάν τα σώματα διαχωρίζονται μετά από τριβή, τότε θα αποδειχθούν φορτισμένα: το σώμα που εγκατέλειψε μερικά από τα ηλεκτρόνια του θα φορτιστεί θετικά και το σώμα που τα έλαβε θα φορτιστεί αρνητικά.
Ηλεκτρισμός τριβής εξηγείται από τη μετάβαση μέρους των ηλεκτρονίων από το ένα σώμα στο άλλο, ως αποτέλεσμα του οποίου τα σώματα φορτίζονται διαφορετικά.Τα σώματα ηλεκτροδοτούνται με τρίψιμο μεταξύ τους προσελκύονται. Επαγωγή ηλεκτρισμού εξηγείται από την ανακατανομή του αερίου ηλεκτρονίων μεταξύ σωμάτων (ή μερών του σώματος), ως αποτέλεσμα του οποίου τα σώματα (ή τα μέρη του σώματος) φορτίζονται διαφορετικά. Ωστόσο, τίθεται το ερώτημα: είναι όλα τα σώματα επιδεκτικά ηλεκτροδότησης μέσω επαγωγής; Μπορούν να γίνουν πειράματα για να διαπιστωθεί ότι οι σφαίρες από πλαστικό, ξύλο ή καουτσούκ μπορούν εύκολα να ηλεκτροδοτηθούν με τριβή, αλλά όχι με επαγωγή.

Η γνώση σχετικά με το ηλεκτρόνιο και τη δομή του ατόμου καθιστά δυνατή την εξήγηση του φαινομένου της έλξης μη ηλεκτρισμένων σωμάτων σε ηλεκτροφόρα. Γιατί, για παράδειγμα, μια θήκη κασέτας έλκεται σε φορτισμένο ραβδί, το οποίο δεν έχουμε ηλεκτρίσει προηγουμένως; Εξάλλου, γνωρίζουμε ότι το ηλεκτρικό πεδίο λειτουργεί μόνο σε φορτισμένα σώματα.


Το θέμα είναι ότι υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια στο μανίκι. Μόλις το χιτώνιο εισαχθεί στο ηλεκτρικό πεδίο, τα ηλεκτρόνια θα αρχίσουν να κινούνται υπό τη δράση των δυνάμεων πεδίου. Εάν η ράβδος είναι θετικά φορτισμένη, τότε τα ηλεκτρόνια θα πάνε στο άκρο του χιτωνίου, το οποίο βρίσκεται πιο κοντά στη ράβδο. Αυτό το τέλος θα χρεωθεί αρνητικά. Θα υπάρχει έλλειψη ηλεκτρονίων στο αντίθετο άκρο του χιτωνίου, και αυτό το άκρο θα φορτιστεί θετικά (Εικ. Α). Το αρνητικά φορτισμένο άκρο του χιτωνίου είναι πιο κοντά στο ραβδί, έτσι το χιτώνιο θα έλκεται σε αυτό (Εικ. Β). Όταν το μανίκι αγγίζει το ραβδί, μερικά από τα ηλεκτρόνια από αυτό θα πάνε στο θετικά φορτισμένο ραβδί. Θα παραμείνει θετικό φορτίο χωρίς αντιστάθμιση στο χιτώνιο (Εικ. C).

Εάν μια χρέωση μεταφερθεί από μια φορτισμένη μπάλα σε μια μη φορτισμένη μπάλα και τα μεγέθη των σφαιρών είναι τα ίδια, τότε η χρέωση θα χωριστεί στο μισό. Αλλά αν η δεύτερη, χωρίς φόρτιση μπάλα είναι μεγαλύτερη από την πρώτη, τότε περισσότερο από το ήμισυ της χρέωσης θα μεταφερθεί σε αυτήν. Όσο μεγαλύτερο είναι το σώμα στο οποίο μεταφέρεται η χρέωση, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η χρέωση. Η γείωση βασίζεται σε αυτό - τη μεταφορά χρέωσης στο έδαφος. Ο πλανήτης είναι μεγάλος σε σύγκριση με τα σώματα πάνω του. Επομένως, κατά την επαφή με το έδαφος, ένα φορτισμένο σώμα του δίνει σχεδόν όλο το φορτίο του και πρακτικά γίνεται ηλεκτρικά ουδέτερο.