Ketika elektrifikasi terjadi, terjadi gesekan. Elektrifikasi tubuh. Dua jenis biaya. Hukum kekekalan muatan listrik. Sifat-sifat benda yang dialiri listrik

Bahkan di zaman kuno diketahui bahwa jika Anda menggosokkan amber pada wol, ia mulai menarik benda-benda ringan ke dirinya sendiri. Belakangan, sifat yang sama ditemukan pada zat lain (kaca, ebonit, dll.). Fenomena ini disebut elektrifikasi, dan benda yang mampu menarik benda lain ke dirinya sendiri setelah digosok akan dialiri arus listrik. Fenomena elektrifikasi dijelaskan berdasarkan hipotesis adanya muatan yang diperoleh suatu benda yang dialiri arus listrik.

Eksperimen sederhana tentang elektrifikasi berbagai benda menggambarkan hal-hal berikut.

• Ada dua jenis muatan: positif (+) dan negatif (-). Muatan positif muncul ketika kaca bergesekan dengan kulit atau sutra, dan muatan negatif muncul ketika amber (atau ebonit) bergesekan dengan wol.
• Muatan (atau benda bermuatan) berinteraksi satu sama lain. Muatan sejenis tolak menolak, muatan sejenis $-$ tarik menarik.

Keadaan elektrifikasi dapat berpindah dari satu benda ke benda lain, yang berhubungan dengan transfer muatan listrik. Dalam hal ini, muatan yang lebih besar atau lebih kecil dapat ditransfer ke benda, yaitu muatan tersebut mempunyai besaran. Ketika dialiri arus listrik melalui gesekan, kedua benda memperoleh muatan, yang satu $-$ positif, dan yang lainnya $-$ negatif. Perlu ditekankan bahwa nilai absolut muatan benda yang dialiri arus listrik oleh gesekan adalah sama, yang dikonfirmasi oleh banyak percobaan.

Menjadi mungkin untuk menjelaskan mengapa benda menjadi teraliri listrik (yaitu bermuatan) selama gesekan setelah penemuan elektron dan studi tentang struktur atom. Seperti yang Anda ketahui, semua zat terdiri dari atom, yang pada gilirannya terdiri dari partikel elementer$-$ elektron bermuatan negatif, proton bermuatan positif, dan partikel netral $-$ neutron. Elektron dan proton adalah pembawa muatan listrik dasar (minimal). Proton dan neutron (nukleon) membentuk inti atom yang bermuatan positif, disekitarnya elektron-elektron bermuatan negatif berputar, yang jumlahnya sama dengan jumlah proton, sehingga atom secara keseluruhan netral secara listrik. Dalam kondisi normal, benda yang terdiri dari atom (atau molekul) bersifat netral secara listrik. Namun selama proses gesekan, sebagian elektron yang telah meninggalkan atomnya dapat berpindah dari satu benda ke benda lain. Pergerakan elektron dalam hal ini tidak melebihi jarak antar atom. Tetapi jika, setelah gesekan, benda-benda tersebut terpisah, maka benda-benda tersebut akan menjadi bermuatan: benda yang melepaskan sebagian elektronnya akan bermuatan positif, dan benda yang memperolehnya $-$ akan bermuatan negatif.

Jadi, benda menjadi teraliri listrik, yaitu menerima muatan listrik ketika kehilangan atau memperoleh elektron. Dalam beberapa kasus, elektrifikasi disebabkan oleh pergerakan ion. Dalam hal ini, tidak timbul muatan listrik baru. Yang ada hanyalah pembagian muatan yang ada di antara benda-benda yang menggemparkan: sebagian muatan negatif berpindah dari satu benda ke benda lain.

Dalam pelajaran ini, kita akan terus mengenal “pilar” tempat berdirinya elektrodinamika - muatan listrik. Kami akan mempelajari proses elektrifikasi, mempertimbangkan prinsip apa yang mendasari proses ini. Mari kita membahas dua jenis muatan dan merumuskan hukum kekekalan muatan tersebut.

Dalam pelajaran terakhir kita telah menyebutkan percobaan awal dalam elektrostatika. Semuanya didasarkan pada gesekan satu zat dengan zat lain dan interaksi lebih lanjut antara benda-benda ini dengan benda-benda kecil (titik debu, potongan kertas...). Semua eksperimen ini didasarkan pada proses elektrifikasi.

Definisi.Elektrifikasi– pemisahan muatan listrik. Ini berarti elektron dari satu benda berpindah ke benda lain (Gbr. 1).

Beras. 1. Pemisahan muatan listrik

Sampai ditemukannya teori dua muatan yang berbeda secara mendasar dan muatan dasar sebuah elektron, diyakini bahwa muatan tersebut adalah sejenis cairan ultra-ringan yang tidak terlihat, dan jika berada pada suatu benda, maka benda tersebut mempunyai muatan dan dan sebaliknya.

Eksperimen serius pertama tentang elektrifikasi berbagai benda, seperti yang telah disebutkan dalam pelajaran sebelumnya, dilakukan oleh ilmuwan dan dokter Inggris William Gilbert (1544-1603), tetapi dia tidak dapat menyetrum benda logam, dan dia menganggap bahwa elektrifikasi logam tidak mungkin dilakukan. Namun, hal tersebut ternyata tidak benar, yang kemudian dibuktikan oleh ilmuwan Rusia Petrov. Namun, yang berikutnya lebih dari itu langkah penting dalam studi elektrodinamika (yaitu penemuan muatan berbeda) dilakukan oleh ilmuwan Perancis Charles Dufay (1698-1739). Sebagai hasil eksperimennya, ia menemukan adanya, demikian ia menyebutnya, muatan kaca (gesekan kaca pada sutra) dan resin (amber pada bulu).

Setelah beberapa waktu, undang-undang berikut dirumuskan (Gbr. 2):

1) muatan sejenis saling tolak menolak;

2) Muatan-muatan yang berbeda tarik menarik satu sama lain.

Beras. 2. Interaksi biaya

Sebutan muatan positif (+) dan negatif (–) diperkenalkan oleh ilmuwan Amerika Benjamin Franklin (1706-1790).

Sesuai kesepakatan, muatan yang terbentuk pada batang kaca jika digosok dengan kertas atau sutra (Gbr. 3) biasanya disebut positif, dan muatan negatif pada batang ebonit atau amber jika digosok dengan bulu (Gbr. 3). 4).

Beras. 3. Muatan positif

Beras. 4. Muatan negatif

Penemuan elektron oleh Thomson akhirnya menjelaskan kepada para ilmuwan bahwa dalam elektrifikasi tidak ada cairan listrik yang diberikan ke tubuh dan tidak ada muatan yang dialirkan dari luar. Terjadi redistribusi elektron sebagai pembawa muatan negatif terkecil. Di wilayah tempat mereka tiba, jumlahnya menjadi lebih besar daripada jumlah proton positif. Dengan demikian, muncul muatan negatif yang tidak terkompensasi. Sebaliknya, di daerah asal mereka, tampaknya terdapat kekurangan muatan negatif yang diperlukan untuk mengimbangi muatan positif. Dengan demikian, daerah tersebut menjadi bermuatan positif.

Didirikan bukan hanya kehadiran dua orang jenis yang berbeda muatan, tetapi juga dua prinsip interaksinya yang berbeda: tolakan timbal balik antara dua benda yang bermuatan sejenis (bertanda sama) dan, karenanya, tarik-menarik benda yang bermuatan berlawanan.

Elektrifikasi dapat dilakukan dengan beberapa cara:

• gesekan;
• dengan sentuhan;
• meniup;
• bimbingan (melalui pengaruh);
• penyinaran;
• interaksi kimia.

Elektrifikasi melalui gesekan dan elektrifikasi melalui kontak

Ketika batang kaca digosokkan pada kertas, batang tersebut menerima muatan positif. Jika bersentuhan dengan dudukan logam, tongkat memindahkan muatan positif ke gumpalan kertas, dan kelopaknya saling tolak menolak (Gbr. 5). Percobaan ini menunjukkan bahwa muatan sejenis akan tolak menolak.

Beras. 5. Sentuhan yang menggetarkan

Akibat gesekan dengan bulu, ebonit memperoleh muatan negatif. Membawa tongkat ini ke bulu-bulu kertas, kita melihat bagaimana kelopak bunga tertarik padanya (lihat Gambar 6).

Beras. 6. Daya tarik muatan yang berbeda beda

Elektrifikasi melalui pengaruh (panduan)

Mari kita letakkan penggaris pada dudukan yang dilengkapi bulu-bulu. Setelah menyetrum batang kaca, dekatkan ke penggaris. Gesekan antara penggaris dan dudukannya akan kecil, sehingga dapat diamati interaksi benda bermuatan (tongkat) dan benda tidak bermuatan (penggaris).

Selama setiap percobaan, muatan dipisahkan; tidak ada muatan baru yang muncul (Gbr. 7).

Beras. 7. Redistribusi biaya

Jadi, jika kita telah mengkomunikasikan muatan listrik ke suatu benda menggunakan salah satu metode di atas, tentu saja kita perlu memperkirakan besarnya muatan ini. Untuk ini, perangkat elektrometer digunakan, yang ditemukan oleh ilmuwan Rusia M.V. Lomonosov (Gbr. 8).

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

Elektrometer (Gbr. 9) terdiri dari kaleng bundar, batang logam, dan batang ringan yang dapat berputar pada sumbu horizontal.

Beras. 9. Elektrometer

Dengan memberikan muatan ke elektrometer, bagaimanapun juga (untuk muatan positif dan negatif) kita mengisi batang dan anak panah dengan muatan yang sama, akibatnya anak panah tersebut menyimpang. Sudut defleksi digunakan untuk memperkirakan muatan (Gbr. 10).

Beras. 10. Elektrometer. Sudut defleksi

Jika Anda mengambil batang kaca yang dialiri arus listrik dan menyentuhkannya ke elektrometer, jarumnya akan menyimpang. Hal ini menunjukkan bahwa muatan listrik telah diberikan ke elektrometer. Selama percobaan yang sama dengan tongkat ebonit, muatan ini dikompensasi (Gbr. 11).

Beras. 11. Kompensasi muatan elektrometer

Karena telah ditunjukkan bahwa tidak terjadi penciptaan muatan, tetapi hanya terjadi redistribusi, maka masuk akal untuk merumuskan hukum kekekalan muatan:

Dalam sistem tertutup, jumlah aljabar muatan listrik tetap(Gbr. 12). Sistem tertutup adalah sistem benda yang muatannya tidak keluar dan benda bermuatan atau partikel bermuatan tidak masuk.

Beras. 13. Hukum kekekalan muatan

Hukum ini mengingatkan kita pada hukum kekekalan massa, karena muatan hanya ada bersama partikel. Sangat sering, muatan disebut dengan analogi jumlah listrik.

Hukum kekekalan muatan belum dapat dijelaskan sepenuhnya, karena muatan muncul dan hilang hanya berpasangan. Dengan kata lain, jika muatan lahir, maka hanya muatan positif dan negatif yang sekaligus, dan besarnya sama.

Pada pelajaran berikutnya kita akan melihat lebih dekat penilaian kuantitatif elektrodinamika.

Bibliografi

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fisika (tingkat dasar) - M.: Mnemosyne, 2012.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fisika kelas 10. - M.: Ilexa, 2005.
3. Kasyanov V.A. Fisika kelas 10. - M.: Bustard, 2010.

1. Portal internet “youtube.com” ()
2. Portal internet “abcport.ru” ()
3. Portal internet “planeta.edu.tomsk.ru” ()

Pekerjaan rumah

1. Halaman 356: No.1-5. Kasyanov V.A. Fisika kelas 10. - M.: Bustard. 2010.
2. Mengapa jarum elektroskop menyimpang ketika disentuh oleh benda bermuatan?
3. Satu bola bermuatan positif, yang kedua bermuatan negatif. Bagaimana massa bola berubah ketika disentuh?
4. *Bawakan batang logam bermuatan ke bola elektroskop bermuatan tanpa menyentuhnya. Bagaimana perubahan defleksi jarum?

Tubuh menjadi teraliri listrik, yaitu menerima muatan listrik ketika mereka memperoleh atau kehilangan elektron. Dalam hal ini, tidak timbul muatan listrik baru. Yang ada hanyalah pembagian muatan yang ada di antara benda-benda yang menggemparkan: sebagian muatan negatif berpindah dari satu benda ke benda lain.

Metode elektrifikasi:

1) elektrifikasi gesekan: badan heterogen terlibat. Benda memperoleh muatan yang besarnya sama, tetapi berbeda tandanya.

2) elektrifikasi melalui kontak: Ketika benda bermuatan dan tak bermuatan bersentuhan, sebagian muatan berpindah ke benda tak bermuatan, yaitu kedua benda memperoleh muatan dengan tanda yang sama.

3) elektrifikasi melalui pengaruh: dengan elektrifikasi melalui pengaruh, muatan negatif dapat diperoleh dengan menggunakan muatan positif pada benda, dan sebaliknya.

Pengetahuan tentang elektron dan struktur atom memungkinkan kita menjelaskan fenomena tarik-menarik benda tak berlistrik ke benda berlistrik. Mengapa, misalnya, wadah selongsong peluru, yang sebelumnya belum pernah kita listrikkan, tertarik pada tongkat bermuatan? Bagaimanapun, kita tahu bahwa medan listrik hanya bekerja pada benda bermuatan.

Jika muatan berpindah dari bola bermuatan ke bola tak bermuatan dan ukuran bola sama, maka muatannya akan terbagi dua. Tetapi jika bola kedua yang tidak bermuatan lebih besar dari bola pertama, maka lebih dari separuh muatan akan berpindah ke bola tersebut. Semakin besar benda ke mana muatan dipindahkan, semakin besar pula muatan yang akan berpindah ke bola tersebut. Inilah yang menjadi dasar landasan - mentransfer muatan ke tanah. Bola bumi ini besar jika dibandingkan dengan benda-benda yang ada di dalamnya. Oleh karena itu, ketika benda bermuatan bersentuhan dengan tanah, ia melepaskan hampir seluruh muatannya dan praktis menjadi netral secara listrik.