Još u davna vremena bilo je poznato da ako jantar utrljate na vunu, ona počinje privlačiti lagane predmete k sebi. Kasnije je isto svojstvo pronađeno i u drugim tvarima (staklo, ebonit itd.). Taj se fenomen naziva elektrifikacija, a tijela koja su sposobna privući druge predmete k sebi nakon trljanja elektrificiraju se. Fenomen naelektrizacije objašnjen je na temelju hipoteze o postojanju naboja koje naelektrizirano tijelo stječe.

Jednostavni eksperimenti naelektrizacije različitih tijela ilustriraju sljedeće odredbe.

  • Postoje dvije vrste naboja: pozitivni (+) i negativni (-). Pozitivan naboj nastaje kada se staklo trlja o kožu ili svilu, a negativni $ - $ kada se jantar (ili ebonit) trlja o vunu.
  • Naboji (ili nabijena tijela) međusobno djeluju. Kao što se optužbe odbijaju, za razliku od $ - $ privlači.

Stanje elektrifikacije može se prenijeti s jednog tijela na drugo, što je povezano s prijenosom električnog naboja. U tom se slučaju veći ili manji naboj može prenijeti u tijelo, odnosno naboj ima veličinu. Tijekom elektrifikacije trenjem, oba tijela stječu naboj, jedno $ - $ pozitivno, a drugo $ - $ negativan. Treba naglasiti da su apsolutne vrijednosti naboja tijela naelektriziranih trenjem jednake, što potvrđuju brojni eksperimenti.

Postalo je moguće objasniti zašto se tijela elektrificiraju (tj. Naelektriziraju) tijekom trenja nakon otkrića elektrona i proučavanja strukture atoma. Kao što znate, sve se tvari sastoje od atoma, koji se pak sastoje od elementarnih čestica $ - $ negativno nabijenih elektrona, pozitivno nabijenih protona i neutralnih čestica $ - $ neutrona. Elektroni i protoni su nositelji elementarnih (minimalnih) električnih naboja. Protoni i neutroni (nukleoni) čine pozitivno nabijenu jezgru atoma, oko koje se okreću negativno nabijeni elektroni, čiji je broj jednak broju protona, tako da je atom u cjelini električki neutralan. U normalnim uvjetima, tijela koja se sastoje od atoma (ili molekula) električki su neutralna. Međutim, u procesu trenja, dio elektrona koji su ostavili svoje atome može se premještati s jednog tijela na drugo. U tom slučaju kretanje elektrona ne prelazi međuatomske udaljenosti. Ali ako se nakon trenja tijela odvoje, tada će biti nabijeni: tijelo koje je odustalo od nekih svojih elektrona bit će nabijeno pozitivno, a tijelo koje ih je steklo $ - $ negativno.

Dakle, tijela su naelektrizirana, odnosno primaju električni naboj kad izgube ili steknu elektrone. U nekim je slučajevima elektrifikacija posljedica kretanja iona. U tom slučaju ne nastaju novi električni naboji. Postoje samo podjele postojećih naboja između tijela koja se elektrificiraju: neki negativni naboji prenose se s jednog tijela na drugo.

Tijekom ove lekcije nastavit ćemo se upoznavati s "kitovima" na kojima stoji elektrodinamika - električnim nabojima. Proučit ćemo postupak elektrifikacije, razmotriti na kojem se principu temelji ovaj proces. Razgovarajmo o dvije vrste naboja i formulirajmo zakon o očuvanju tih naboja.

U posljednjoj smo lekciji već spomenuli rane eksperimente u elektrostatici. Svi su se temeljili na trljanju jedne tvari o drugu i daljnjoj interakciji tih tijela s malim predmetima (čestice prašine, ostaci papira ...). Sva ta iskustva temelje se na procesu elektrifikacije.

Definicija.Elektrifikacija- odvajanje električnih naboja. To znači da elektroni iz jednog tijela odlaze u drugo (slika 1).

Sl. 1. Razdvajanje električnih naboja

Do otkrića teorije dvaju bitno različitih naboja i elementarnog naboja elektrona vjerovalo se da je naboj neka vrsta nevidljive nadlakša tekućine, a ako je na tijelu, tijelo ima naboj i obratno.

Prve ozbiljne pokuse naelektrizacije različitih tijela, kao što je već spomenuto u prethodnoj lekciji, izveo je engleski znanstvenik i liječnik William Hilbert (1544. - 1603.), ali nije mogao elektrificirati metalna tijela, a smatrao je da je naelektrizacija metala bilo nemoguće. Međutim, pokazalo se da je to neistina, što je kasnije dokazao ruski znanstvenik Petrov. Međutim, sljedeći važniji korak u proučavanju elektrodinamike (naime, otkriće različitih naboja) napravio je francuski znanstvenik Charles Dufay (1698. - 1739.). Kao rezultat svojih eksperimenata ustanovio je prisutnost, kako ih je nazvao, stakla (trljanje stakla o svilu) i smole (jantara protiv krzna).

Nešto kasnije formulirani su sljedeći zakoni (slika 2):

1) poput optužbi međusobno se odbijaju;

2) suprotni se naboji međusobno privlače.

Sl. 2. Interakcija naboja

Oznake za pozitivne (+) i negativne (-) naboje uveo je američki znanstvenik Benjamin Franklin (1706-1790).

Prema dogovoru, uobičajeno je pozitivan naboj koji nastaje na staklenoj šipci nazvati ako ga trljate papirom ili svilom (slika 3), a negativni - šipkom od ebanovine ili jantara ako ga trljate krznom (sl. 4).

Sl. 3. Pozitivan naboj

Sl. 4. Negativni naboj

Thomsonovo otkriće elektrona napokon je natjeralo znanstvenike da shvate da se tijekom elektrifikacije tijelo ne prenosi električnom tekućinom i ne nanosi naboj izvana. Dolazi do preraspodjele elektrona, kao najmanjih nosača negativnog naboja. U regiji u koju dolaze njihov broj postaje veći od broja pozitivnih protona. Tako se pojavljuje nekompenzirani negativni naboj. Suprotno tome, na području s kojeg odlaze nedostaje negativnih naboja potrebnih za nadoknadu pozitivnih. Dakle, površina je nabijena pozitivno.

Utvrđeno je ne samo prisustvo dvije različite vrste naboja, već i dva različita principa njihove interakcije: međusobna odbojnost dvaju tijela nabijenih istim nabojima (istog znaka) i, u skladu s tim, privlačenje suprotno nabijenih tijela .

Elektrifikacija se može izvršiti na nekoliko načina:

  • trenje;
  • dodirom;
  • udarac;
  • usmjeravanje (kroz utjecaj);
  • ozračivanje;
  • kemijska interakcija.

Elektrifikacija trenjem i elektrifikacija kontaktom

Kada se staklena šipka trlja o papir, šipka se pozitivno nabije. U dodiru s metalnim postoljem, štapić prenosi pozitivni naboj na papirnati sultan, a njegove latice se međusobno odbijaju (slika 5). Ovo iskustvo sugerira da se istoimene optužbe odbijaju jedna od druge.

Sl. 5. Elektrificiranje dodirom

Kao rezultat trenja o krzno, ebonit stječe negativni naboj. Donoseći ovaj štapić papirnatom sultanu, vidimo kako ga privlače latice (vidi sliku 6).

Sl. 6. Privlačnost različitih naboja

Elektrifikacija utjecajem (vođenje)

Stavili smo ravnalo na postolje sa sultanom. Nakon elektrificiranja staklene šipke, približite je ravnalu. Trenje između ravnala i postolja bit će malo, tako da možete promatrati interakciju nabijenog tijela (štapa) i tijela koje nema naboj (ravnalo).

Tijekom svakog eksperimenta izvršeno je odvajanje naboja, nisu se pojavila nova naboja (slika 7).

Sl. 7. Preraspodjela optužbi

Dakle, ako smo nekom od gore navedenih metoda tijelu priopćili električni naboj, naravno, na neki način moramo procijeniti veličinu tog naboja. Za to se koristi elektrometarski uređaj koji je izumio ruski znanstvenik M.V. Lomonosov (slika 8).

Sl. 8. M.V. Lomonosov (1711.-1765.)

Elektrometar (slika 9) sastoji se od okrugle limenke, metalne šipke i lagane šipke koja se može okretati oko vodoravne osi.

Sl. 9. Elektrometar

Pri punjenju elektrometra u svakom slučaju (i za pozitivne i za negativne naboje) punimo i štap i strelicu istim nabojima, uslijed čega se strelica odbija. Naboj se procjenjuje iz kuta otklona (slika 10).

Sl. 10. Elektrometar. Kut otklona

Ako uzmete elektrificiranu staklenu šipku i dodirnete je elektrometar, strelica će odstupiti. To ukazuje na to da je elektrometru dodan električni naboj. Tijekom istog eksperimenta s ebonitnom šipkom taj se naboj kompenzira (slika 11).

Sl. 11. Nadoknada naboja elektrometra

Budući da je već naznačeno da se ne stvara naboj, već se događa samo preraspodjela, ima smisla formulirati zakon očuvanja naboja:

U zatvorenom sustavu algebarski zbroj električnih naboja ostaje konstantan(slika 12). Zatvoreni sustav je sustav tijela iz kojih naboji ne izlaze i u koja nabijena tijela ili nabijene čestice ne ulaze.

Sl. 13. Zakon o očuvanju naboja

Ovaj zakon podsjeća na zakon očuvanja mase, jer naboji postoje samo zajedno s česticama. Analogije se vrlo često nazivaju optužbama količina električne energije.

Zakon očuvanja naboja nije u potpunosti objašnjen, budući da se naboji pojavljuju i nestaju samo u parovima. Drugim riječima, ako se rode naboji, tada samo pozitivni i negativni odjednom i jednake veličine.

U sljedećoj ćemo se lekciji detaljnije zadržati na kvantitativnim procjenama elektrodinamike.

Popis referenci

  1. Tikhomirova S.A., Yavorskiy B.M. Fizika (osnovni nivo) - M.: Mnemosina, 2012 (monografija).
  2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Razred iz fizike 10. - M.: Ileksa, 2005. (monografija).
  3. Kasyanov V.A. Razred iz fizike 10. - M.: Drofica, 2010 (monografija).
  1. Internet portal "youtube.com" ()
  2. Internet portal "abcport.ru" ()
  3. Internet portal "planeta.edu.tomsk.ru" ()

Domaća zadaća

  1. P. 356: br. 1-5. Kasyanov V.A. Razred iz fizike 10. - M.: Drofica. 2010.
  2. Zašto igla elektroskopa odstupa pri dodiru nabijenog tijela?
  3. Jedna je kugla pozitivno nabijena, druga negativna. Kako će se promijeniti masa kuglica kad se dodirnu?
  4. * Napunjenu metalnu šipku dovedite do kugle napunjenog elektroskopa, ne dodirujući je. Kako će se promijeniti otklon strelice?
Interaktivna prezentacija materijala na temu "Objašnjenje elektrifikacije. Zakon o očuvanju naplate ";
Električno polje
Električni fenomeni u prirodi i tehnologiji
Pogledajte zvučnu prezentaciju.

Tijelo elektrificirati, tj. dobiti električni nabojkad dobiju ili gube elektrone. U tom slučaju ne nastaju novi električni naboji. Postoje samo podjele postojećih naboja između tijela koja se elektrificiraju: neki negativni naboji prenose se s jednog tijela na drugo.

Metode elektrifikacije:

1) elektrifikacija trenje: uključena su različita tijela. Tijela stječu naboje istog modula, ali različitog predznaka.

2) elektrifikacija kontakt: kada nabijeno i nenabijeno tijelo dođu u kontakt, dio naboja se prenosi na napunjeno tijelo, odnosno oba tijela stječu naboj istog znaka.

3) elektrifikacija kroz utjecaj: s elektrifikacijom utjecajem, možete dobiti negativni naboj na tijelu s pozitivnim nabojem i obrnuto.

Tijela koja se sastoje od neutralnih čestica (atoma i molekula) nemaju naboj u normalnim uvjetima. Međutim, u proces trenja neki elektroni koji su ostavili svoje atome mogu se premještati s jednog tijela na drugo. U tom slučaju, pomaci elektrona ne prelaze veličinu međuatomskih udaljenosti. Ali ako se tijela nakon trenja odvoje, tada će se ispostaviti da su nabijena: tijelo koje je odustalo od nekih svojih elektrona bit će nabijeno pozitivno, a tijelo koje ih je primilo biti će negativno nabijeno.
Elektrifikacija trenjem objašnjava se prijelazom dijela elektrona iz jednog tijela u drugo, uslijed čega se tijela različito pune.Tijela naelektrizirana trljanjem jedno o drugo privlače se. Indukcijska elektrifikacija objašnjava se preraspodjelom elektronskog plina između tijela (ili dijelova tijela), uslijed čega se tijela (ili dijelovi tijela) nabijaju različito. Međutim, postavlja se pitanje: jesu li sva tijela podložna elektrifikaciji indukcijom? Mogu se izvesti eksperimenti kako bi se vidjelo da se plastične, drvene ili gumene kuglice mogu lako elektrificirati trenjem, ali ne i indukcijom.

Znanje o elektronu i građi atoma omogućuje objašnjenje fenomena privlačenja neelektrificiranih tijela prema elektrificiranim. Zašto, na primjer, čahuru privlači napunjeni štapić, koji prethodno nismo elektrificirali? Napokon, znamo da električno polje djeluje samo na nabijena tijela.


Poanta je u tome da u rukavu ima slobodnih elektrona. Čim se čahura uvede u električno polje, elektroni će se početi kretati pod djelovanjem sila polja. Ako je štap pozitivno nabijen, tada će elektroni ići na kraj čahure, koji se nalazi bliže štapu. Ovaj će se kraj naplatiti negativno. Nedostajat će elektrona na suprotnom kraju čahure i taj će kraj biti pozitivno nabijen (slika A). Negativno nabijeni rub čahure bliži je štapiću, pa će ga rukav privlačiti (slika B). Kad rukav dodirne štapić, dio elektrona iz njega preći će u pozitivno nabijeni štapić. Nekompenzirani pozitivni naboj ostat će na čahuri (slika C).

Ako se naboj prenese s napunjene kugle na nenapunjenu kuglu, a veličine kuglica su iste, tada će se naboj podijeliti na pola. Ali ako je druga, napunjena kugla veća od prve, tada će se na nju prenijeti više od polovice naboja. Što je veće tijelo na koje se naboj prenosi, na njega će se prenijeti veći dio naboja. Uzemljenje se temelji na ovome - prijenosu naboja na tlo. Globus je velik u usporedbi s tijelima na njemu. Stoga mu nabijeno tijelo pri dodiru s tlom daje gotovo sav svoj naboj i praktički postaje električki neutralno.